آموزش SPI در میکروکنترلر AVR

ارتباط SPI در میکروکنترلر AVR:

در این قسمت از آموزش AVR درباره ی SPI در میکروکنترلر AVR توضیحاتی ارائه می شود بعد از این پست راه اندازی ماژول NRF به صورت کامل در پستی جداگانه شرح داده خواهد شد.

SPI چیست ؟

SPI یا serial peripheral interface یک ارتابط سریع سریال است. که بوسیله ی شرکت موتورلا طراحی شده است. SPI به صورت full-Duplex عمل کرده و امکان ارسال و دریافت همزمان را دارد. از واسط SPI برای انتقال اطلاعات با سرعت انتقال بالا و برای فواصل کوتاه استفاده می کنند.

در باس SPI ارتباط دو وسیله به صورت MASTER/SLAVE است. آغاز کننده ی ارتباط همیشه Master است و فقط Master است که می تواند شروع به انتقال کند و Slave باید منتظر دریافت اطلاعات بماند.

هر وسیله ی SPI دارای 4 پایه ی زیر است:

MISO: Master Input Slave Output

MOSI: Master Output Salve Input

SCK:   Serial Clock

SS: Slave Select

خصوصیات SPI در میکروکنترلر AVR به صورت زیر می باشد:

• Full-Duplex ارسال اطلاعات به صورت سنکرون توسط 3 سیم
• عملکرد در حالت های Master و Slave
• ارسال بیت ابتدایی LSB یا MSB
• هفت سرعت قابل برنامه ریزی
• ایجاد و قفه در پایان ارسال
• بیدار شدن از مد Idle
• امکان دو برابر کردن سرعت ارسال

بلوک دیاگرام SPI:

سیستم دارای دو بخش Master وSlave است. در بخش Master سیستم دارای یک شیفت رجیستر 8 بیتی و مولد پالس است و بخش slave فقط شامل یک شیفت رجیستر هشت بیتی است.

کلاک این دو رجیستر از واحد تولید کلاک در وسیله ی Master تامین می شود. با اعمال هر پالس کلاک به طور هم زمان یک بیت از شیفت رجیستر Master خارج شده و وارد شیفت رجیستر Slave می شود. و یک بیت نیز از شیفت رجیستر Slave وارد شیفت رجیستر Master خواهد شد. پایه ی SS فعال ساز شیف رجیستر Slave است و تا زمانی که بوسیله ی Master ضفر نشود بیتی را منتقل نخواهد شد.

در صورتی که محتوای این رجیستر ها 8 بیت شیفت پیدا کند محتویات رجیستر داده ی Master و Slave با یکدیگر تعویض می شود. به صورت چرخشی محتوای master با slave عوض می شود . یعنی محتویات slave به master منتقل شده و در مقابل محتوای master نیز با slave تعویض خواهد شد.

آشنایی با رجیستر های SPI:

رجیستر SPCR:

SPI Control Register

بیت 7 – SPIE :

این بیت وقفه ی SPI را فعال می کند اگر بیت SPIF در رجیستر SPSR یک شود وقفه روی میدهد.

بیت 6 – SPE :

با یک شدن این بیت SPI فعال می شود.

بیت 5 – DORD:

با یک شدن این بیت ابتدا بیت LSB ارسال  می گردد و اگر صفر باشد اول بیت MSB ارسال می شود.

بیت 4 – MSTR :

اگر این بیت 1 شود SPI در حالت MASTER فعال می شود و اگر صفر یاد در حالت SLAVE تنظیم می شود.

بیت 3 – CPOL :

اگر این بیت 1 باشد در حالت بیکاری پایه ی SCK یک خواهد بود در غیر این صورت این پایه ضفر خواهد بود.

بیت 2 – CPHA :

این بیت مربوط به نحوه ی نمونه برداری از دیتا با توجه به لبه ی کلاک SCK می باشد.

بیت 0 و 1 – SPR0, SPR1:

این دو بیت فرکانشس کلاک پایه ی SCK را در حالت MASTER تعیین می کند طبق جدول پایین

رجیستر SPSR :

SPI Status Register

بیت 7 – SPIF:

زمانی که ارسال داده تکمیل می شود پرچم SPIF یک میگردد و در صورتی که بیت SPIE در SPCR یک و وقفه ی سراسری فعال باشد وقفه ایجاد می شود.

بیت 6 – WCOl :

اگر رد حین انتقال داده داده ی جدیدی در رجیستر داده ی SPI نوشته شود بیت WCOL  یک می شود. با خواندن رجیستر وضعیت SPI بیتهای WCOL و SPIF پاک می شوند و سپس دسترسی به رجیستر داده ی SPI صورت می گیرد.

بیت های 1 تا 5:

این بیت ها رزرو شده هستند و کاربرد خاصی ندارند.

بیت 0 – SPI2X :

زمانی که SPI در حالت master باشد با یک کردن این بیت سرعت SPI دو برابر خواهد شد.(فرکانس SCK دو برابر می شود.

رجیستر SPDR :

رجیستر داده SPI یک رجیستر R/W است. که برای انتقال داده بین فایل رجیستر و شیفت رجیستر به کار میرود با نوشتن بر روی این رجیستر داده ارسال می شود و خواندن این رجیستر هم باعث خواندن بافر مربوط به دریافت شیفت رجیستر می شود.

تعیین جهت پایه های SPI در حالت Master و Slave:

ارتباط سریال دارای 4 پایه ی MOSI , MISO , SCK و SS است در حالت Master  باید پایه ی MOSI ورودی باشد و بقیه ی پیاه ها خروجی شوند. و در حالت Slave باید پایه ی MISO خروجی و سایر پایه ها ورودی باشند. تنظیم تمام پایه ها به طور خودکار توسط واحد SPI انجام نمی شود و تنها جهت پایه هایی که باید خروجی باشند را به طور خودکار تنظیم می کند.

تنظیم این پایه ها در میکروکنترلر ATmega32 به صورت زیر می باشد:

در حالت Master :

PORTB=0x00;
DDRB=0xB0;

و در حالت Slave:

PORTB=0x00;
DDRB=0x40;

برنامه نمونه برای میکروکنترلر در حالت Master:

#include <mega32.h>
#asm
   .equ __lcd_port=0x1B ;PORTA
#endasm
#include <lcd.h>
#include <spi.h>
#include <stdlib.h>
unsigned char data_send;
unsigned char data_get;
unsigned char buffer[];

void io_int(void);

void main(void)
{
 io_int();
lcd_init(16);
PORTB.0=0;
data_send=110;
data_get=spi(data_send);
itoa(data_get,buffer);
lcd_puts(buffer);
}


void io_int(void){
  PORTB=0x00;
  DDRB=0xB1;
  SPCR=0B01110111;
  SPSR=0x00;
  }

برنامه نمونه برای میکروکنترلر در حالت Slave:

#include <mega32.h>
#asm
   .equ __lcd_port=0x1B ;PORTA
#endasm
#include <lcd.h>
#include <spi.h>
#include <stdlib.h>
unsigned char data_send;
unsigned char data_get,buffer[];

void io_int(void);

void main(void)
{
 io_int();
 lcd_init(16);
 data_send=111;
 data_get=spi(data_send);
 itoa(data_get,buffer);
 lcd_puts(buffer);
}

void io_int(void){
  PORTB=0x00;
  DDRB=0x40;
  ACSR=0x80;
  SFIOR=0x00;
  SPCR=0B01100100;
  SPSR=0x00;
  }

در نوشتن این برنامه ها از کتابخانه spi.h استفاده شده تابع spi هم عمل فرستادن دیتا و هم عمل دریافت دیتا را انجام می دهد. اگر مشکلی در مورد برنامه داشتید در قسمت نظرات بنویسید تا بیشتر توضیح دهم.

مدار لازم برای تست برنامه :

 دانلود پروژه و فایل شبیه سازی پرتیوس: