基于LPC2103的SPI总线技术的应用

基于LPC2103的SPI总线技术的应用 * 基于 LPC2103 的 SPI 总线技术的应用 王 莹 (枣庄学院 计算机科学系，山东 枣庄 27760)1 摘 要:介绍了一种基于 SI 总线技术的 2103 对 数码管显示实现控制的方法。采用 8 位PLPCLED 74HC595 串并转换芯片驱动 LED 数码管。结合 74HC595 芯片的特点给出了 SPI 控制的驱动电路，描 述了基于 SPI 总线主模式的 74HC595 芯片的数据传输过程，给出了相关应用程序流程图及软件实现。 关键词: SI 总线;主模式;2103;74595PLPCHC 中图分类号:TP274文献标识码:A Application of SPI bus technology based on LPC2103 microcontrolelr WANG Ying (Computer and Science Department, Zaozhuang Universiyt, Zaozhuan2g7 716,0 China) bstract: This paper introduces the way of monitoring LED digiatl display under LPC2103 microcontroller with SPI bus technology, putsA forward of driving LED digitral with 74HC595 chip, designs SPI bus driving circui twith 74HC595 chip characteristic, and puts emphasis on the process of 74HC595 chip data transmission based on SPI bus cleint-server, wiht the corresponding prorgam flowchart and certain sofwtare realziatoin. Key ords: SPI bus; host mode; LPC2103; 74HC595 w SI( Serial eripheral Interface) 总线是otorola公司提器有:(1)S控制寄存器 。该寄存器 包含一些 可编程PPMPCR 出的一个同步串行外设接口, 允许MCU与各种外围器件 位来控制SPI总线的功能，而且在数据传输之前进行设 以串行方式进行通信、数据交换。SPI可以同时发出和 定 ， 主 要 有 时 钟 相 位 控 制 、 时 钟 极 性 控 制 、 主 从 模 式 接收串行数据, 它只需4条线就可以完成MCU与各种外围 选择、字节传输移动方向及SPI中断使能;(2)SPSR状态 器件 的 通信 。 一般 使 用的4条线 为: 串 行时 钟 线SCK、 寄存器(为只读寄存器)。用于监视SPI功能模块的状态， 主机输入/从机输出数据线MISO、主机输出/从机输入数 包 括 一 般 性 功 能 和 异 常 情 况 。 主 要 用 途 是 检 测 数 据 传 据线SI和低电平 有效的从 机选择线SSEL。这些外 围 输是否完成，通过判断SPIF位来实现，其他位用于指示 MO 器件可以是简单的TTL移位寄存器、复杂的LC显示驱 异常情况;(3)SP数据寄存器。为SPI提供数据的发送 DDR 动 器 、 Flash、 、 /转 换 器 、 网 络 控 制 器 及 其 他 和 接 收 ， 处 于 主 模 式 时 ， 向 该 寄 存 器 写 入 数 据 ， 将 启 RAMAD [1]MCU等。 动SPI数据传输。串行数据的发送和接收通过内部移位 寄存器来实现;(4)SPCCR时钟计数器寄存器。用于设置 本 文 给 出 了 一 种 基 于 SPI总 线 的 LPC2103控 制 外 围 SPI时钟分频值，SPI处于主模式时，该寄存器用于控制 LED显示的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 方法。利用74HC595驱动静态共阳LED数 时钟速率，即SPI总线速率，寄存器值为1位CS时钟所 K码管，使用串转并的方式实现I/O口的扩展。 占用的PCL周期数，并且值为偶数，必须不小于8;(5) K 1 LPC2103 中的 SPI 功能特性SPIT中断标志寄存器。包含了PSI的中断标志位，由数 NLPC2103是一个基于支持实时仿真的1/632位ARM7 [2]据传输完成及发生模式错误来引发。 TDMI-S CPU的微控制器，内部具有2个完全独立的PSI控 1.1 SPI 电气连接 制 器 ， 采 用 全 双 工 的 数 据 通 信 方 式 ， 最 大 数 据 位 速 率 利用SPI总线可在软件的控制下构成各种系统，如 1为外设时钟Fpclk的1/8。与SPI总线接口有关的专用寄存 *基金项目:山东省教 育厅科技 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 项目(JOTJ29)W 《信息化纵横》2009年第7期 20 硬件纵横 Hardware Technique 个主MCU和几个从MCU、几个从MCU相互连接构成多主号;(3)描述CPHA为1时的MOSI和MISO信号。SSEL信号机系统(分布式系统)、1个主MCU和1个或几个从I/O设备 为低电平，说明SPI工作在从模式。其中，MOSI和MISO 所构成的各种系统等。 在大多数应用场合, 可使用1个 信号中的bit1,bi8t表示传输的第几位数据。 MCU 作为主机来控制数据，并向1个或几个从外围器件 2 74HC595 扩展 I/O 接口电路传 送 该 数 据 。 从 器 件 只 有 在 主 机 发 命 令 时 才 能 接 收 或 SPI是一个串行输入输出的接口，使用串转并的接 发送数据。同一时刻只允许有1个主机操作总线。在数 口芯片可以实现扩展I/O口。74HC595芯片为一种常用的 据传输过程中，总线上只能有1个主机和1个从机通信。 8位串转并移位寄存器芯片，本系统利用74C595来驱动 H在 一 次 数 据 传 输 中 ， 主 机 总 是 向 从 机 发 送 1个 字 节 数 静态共阳LED数码管。74HC595的主要优点:具有数据 [3]据，而从机也总是向主机发送1个字节数据。图1为SPI 存 储 寄 存 器 ， 在 移 位 过 程 中 ， 输 出 端 的 数 据 可 以 保 持 在主模式下控制2个SPI从机的硬件连接图。 不 变 。 这 在 串 行 速 度 慢 的 场 合 很 有 用 处 ， 数 码 管 没 有 闪烁感。LPC2103工作在SPI主模式下。 图3为74HC595逻辑图。图中，SI为串行数据输入引 脚，用来连接LPC2103的MOSI功能引脚;SCK为移位寄 存器的时钟输入，连接LPC2103串行时钟线SCK; 为清 移位寄存器引脚;为锁寄存器锁存时钟引脚; RCK 即输出触发端与SSEL连接;为输出使能引脚;SQ H 为串行数据输出引脚，连接IS;~引脚为并行输MOQQ AH 出 。 当为 高 电 平 、使 能 接 低 时 ， SCK产 生 一 个上升沿，SI引脚当前电平值将在移位寄存器中左移1 位 ， 在 下 一 个 上 升 沿 到 来 时 移 位 寄 存 器 中 的 所 有 位 都 会向左移1位，同时SQ引脚也会串行输出移位寄存器中 H 图1 SPI主模式硬件连接图的高位的值。当产生上升沿时，移位寄存器的值将 RCK1.2 SPI 数据传输 会被锁存到锁存器里，并从Q~Q引脚输出。 AH在 SPI数 据 传 输 中 ， SPCR控 制 寄 存 器 的 CPHA和 位作用非常关键。为时钟相位控制，该位决 CPOLCPHA 定SPI传输时数据和时钟的关系，并控制从机传输的起 始和结束，该位为1，时钟前沿数据输出，后沿数据采 样;为0，时钟前沿数据采样，后沿数据输出。CPL为 O 时 钟 极 性 控 制 ， 为 1时 ， S为 低 电 平 有 效 ; 为 0时 ， CK [4]S为高电平有效。 CK 图2为SPI的4种不同数据传输 格式 pdf格式笔记格式下载页码格式下载公文格式下载简报格式下载 时序，描述的是8 位 数 据 传 输 。 该 时 序 图 水 平 方 向 分 成 3部 分 : (1)描 述 SCK和SSEL信 号 ; (2)描 述 CPHA为0时 的 MOSI和MISO信 图3 74595逻辑图HC 图4为SI接口与74595的连接原理图。其中, PHCQAQ分别连接共阳LED数码管的8个段。在SPI输出1个字节 H 的数据时，SSEL产生1个低电平，SPI主机串行地发该字 节的各个位，各个位都依次被锁存在74HC595的移位寄 存器内，当1个字节的数据传输完成后，SSEL由低电平 变为高电平，从而使74HC595的移位寄存器的值被锁存 到74HC595的锁存器并从其Q,Q引脚输出;在SPI输出 AH 1个字节数据的同时，7H4C595移位寄存器之前的值也通 过MISO引脚被SPI主机读回。 图2 SPI数据传输格式时序 《信息化纵横》2009年第7期 21 硬件纵横 Hardware Technique { SPI_SPCCR = 0x52;//设置SPI时钟分频 SPI_SPCR = (0<<3)| //CPHA=0,数据再从SCK //的第一时 钟沿采样 //1,S为低有效 CPOL=CK (1<<4)|//1,SI处于主模式 MSTR=P(1<<5)| //LSBF=0，SPI数据传输 (0<<6)| //S(位7)在先 MB //SPIE=0，SPI中断被禁止 (0<<7); } 3.2 SPI 总线主模式下数据发送过程 首先选择从机，设置片选。选择74HC595为从机， 置片选端SSEL为低有效。将发送的数据写入PSDR，发 送 出 去 。 等 待 SPIF置 位 ， 即 数 据 发 送 完 毕 。 最 后 可 从 图4 SPI接口与74HC595的连接原理图 SPDR读取收到的数据。以下为发送函数: [5] 3 软件设计uint8 MSendData(uint8 data) 软件设计包括:进行I/口初始化，设置SI引脚连 OP 接，启用2103的SI 0总线，设置I的0.4、0.5、 LPCPGPOPP {IOCLR=HC595_CS; //片选端，由LPC2103指定的P0.6、P0.7为SPI 0总线的SC0、IS0、SI0、SSEL0特 KMOMO/I//O口置 位 殊功能，置74HC595片选端的I/O口为输出功能。其代码 SPI_SPDR=data; 如 下 : hile(0(SI_SS0x80)); //等待SI置位，即 w==PPR&PF //等 待 数 据 发 送 完 毕 //设置SPI引脚连接IS00x00005500;PNEL= PISEL1=0x00000000; N IOSET=HC595_CS;//片选置高无效，结束发送 IODIR=HC595_CS; /设置片/选端I/O口为输出return(SI_S); //返回接收到的数据 PPDR3.1 SPI 总线操作初始化 }图5为SI总线操作流程图。使用2103的SI总线 PLPCP3.3 控制 LED 数码管主函数 主 模 式 下 实 现 对 74HC595的 数 据 传 输 ， 用 来 驱 动 外 围 主函数使用LPC2103的SPI接口输出给74HC595，用来 LED数码管。设置SPI时钟，在SPI主模式下，SPCCR寄存 控制LED数码管显示。DISP_TAB[ ]为LED显示0-F字模的 器控制SCK的频率，SPI速率为Fpclk / SPCCR。通过SPCR 16进制码表。MSendData( )实现每一字节数据的发送。 控 制 寄 存 器 设 置 时 钟 相 位 、 时 钟 极 性 、 主 模 式 控 制 、 字节移动方向及SPI中断使能等。代码实现如下: #define 595_S 0x00000100HCC/P/0.8口为74C595HVoid MSpiInivo(id) //的 片 选 uint8 const ISP_TB[16]={0xC0,0xF9,0x4,0xB0,0x99,DAA0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xC6,0x1,0x86,0x8E}; A int main(void) { uint8 rcv_data; uint8 i; //设置SPI引脚连接PINSEL0=0x00005500; PINSEL1=0x00000000; IODIR=HC595_CS; //设置LPC2103片选I/O口为 //输 出 功 能 //初始化SPI接口 MSpiIni (); whiel(1) { for (i=0;i<16;i++) {rcv_data=MSendData(DISP_TAB[i]; ) //发送显示数据 //延时DelayNS(50); } } 图5 SPI总线操作流程图 《信息化纵横》2009年第7期 22 ardare TechniqueHw硬件纵横 return(0);98-108. [2] 华卓立，姚若河(一种通用SPI总线接口的FPGA设计与实现 } [J](微计算机信息，2008, 24(6): 212-213. 基于SI总线的数据通信技术已经广泛应用在PMCU [3] 周立功(ARM嵌入式系统基础教程(北京:北京航空航天大 与各种外围设备的串行通信中。如存储系统、A/D转换 学出版社，2005: 350-354. 系 统 、 网 络 控 制 器 和 多 MCU构 成 的 分 布 式 系 统 。 本 文 [4] 张经爱，许凯华，刘玉华(基于430的模拟SI串口通信 MSPP给出了74595芯片驱动数码管显示的电路，采用 HCLED 的实现[J](计算机工程与设计，2008, 29(5): 1169-1171. SPI总线技术实现对LED显示的数据传输，方便快捷、准 [5] 蔡尧，崔峰，贺玉成，等(Liunx环境下基于C8250的SPI MP确 性 高 、 速 度 快 ， 满 足 了 复 杂 微 控 制 系 统 对 外 围 设 备 接口驱动程序开发[J](电子元器件应用，2007, 9(11): 12-15. 控 制 的 要 求 。 (收稿日期:2009-01-12) 参考文献 [1] 广州周立功单片机发展有限公司(EasyARM2103教材(2007: (上接第19页)8951单片机的定时/计数器和1.0口编程。其主控程序CP[2]流程框图如图6所示。 本设计的特点是实 现了单片机与静 电技术的结合, 用 数 字 化 计 算 机 控 制 技 术 替 代 了 模 拟 电 子 控 制 技 术 ， 使 高 压 静 电 发 生 器 的 输 入 、 输 出 信 号 显 示 从 模 拟 化 变 成了数字化，且应用C语言编程和频压转换技术使单片 机 产 生 不 同 频 率 的 脉 冲 电 压 ， 从 而 产 生 相 对 应 的 静 电 高 压 并 输 出 。 参考文献 [1] 赵依军，胡戎(单片微机接口技术(北京:人民邮电出版 社，1989. [2] 陈龙山(8051单片机,语言控制与应用(北京:清华大学出 版社，1999. (收稿日期:20081217) -- 图 6主 控 程 序 流 程 图 (上接第17页)[3] 舒世则, 王红玉, 常士忠, 等. PLC控制在焦炉出焦除尘系统中 的应用. 河南冶金, 2001(5). 温 度 、 烟 尘 密 度 、 振 动 强 度 、 压 力 、 气 体 流 量 等 [4] 范明, 孟小峰. 数据挖掘概念与技术[M](北京:机械工业出 相 关 数 据 获 取 的 有 效 性 、 实 时 性 。 对 数 据 进 行 分 类 汇 版社，2001. 总 ， 并 实 时 存 储 到 数 据 库 中 进 行 数 据 挖 掘 是 整 个 系 统 的 关 键 所 在 。 [5] 康晓东. 基于数据仓库的数据挖掘技术[M]. 北京: 机械工业出 版社, 2004. 数 据 挖 掘 技 术 在 焦 化 除 尘 中 的 应 用 研 究 为 提 高 出 焦 质 量 、 减 少 烟 尘 和 粉 尘 排 放 、 建 设 节 约 型 工 业 提 供 [6] 范明, 范宏建. 数据挖掘导论[M]. 北京: 人民邮电出版社, 2006. 了一种新的尝试方法。同时，提高了PLC焦化出焦除尘 [7] Jia ei, E M.ata Mining Concepts and Techniques HANWKAMBRD 系 统 的 抗 干 扰 能 力 和 运 行 稳 定 性 ， 改 进 生 产 ， 节 约 资 [M]. China Machine Press, 2005. 金和 维 护 费 用。 [8] LECH Polkowski, SHUSAKU Tsumoto,TSAU Y. Lin.Rough Set Method and Applicaions: New Deverlopments in Knowledge Dis- 参考文献 covery in Information Systems.Physica-Verlag,2000,56: 649-681. [1] 劳有兰,曾文波,宁常红,等.基于PLC焦化出焦除尘控制系统的 [9] 李萌. 基于粗集理论的数据挖掘的数据预处理研究[D]. 武汉: 设计. 广西工学院学报, 2005, 16(3). 华中科技大学, 2004. [2] 叶清, 赵守庭. PI-C在焦炉出焦除尘控制系统中的应用[J]. 基 (收稿日期:2009-02-11) 础自动化, 2000(2): 39-41. 《信息化纵横》2009年第7期 23