第五讲 内容回顾 1、SCI的特点 1）F2812包含两个SCI接口，记做SCIA和SCIB 2） SCI是一种异步串行通信接口，即通常所说的UART 3）SCI支持16级接收和发送FIFO，有助于减少CPU的开销 4） SCI可工作于半双工或全双工模式（RS485/422） 2、SCI多处理器通信 1）空闲线模式：10位或更多位个高电平表示数据块的开始; 2）地址位模式：每帧的最后一个数据位后有一个地址位； 1、SCI的主要特点 F2812包含两个SCI接口，记做SCIA和SCIB SCI是一种异步串行通信接口，即通常所说的UART SCI支持16级接收和发送FIFO，有助于减少CPU的开销 如果不使用FIFO时，SCI接收器和发送器采用两级缓冲方式 SCI可工作于半双工或全双工模式（RS485/422） 两种多处理器通信模式：空闲线与地址位多处理器模式 为保证数据的完整性，SCI模块对接收到的数据可以进行间断、奇偶、超限和帧错误检测。 2、地址位多处理器协议中，每帧的最后一个数据位后有一个附加的地址位； 数据块的第一帧的地址位设置为1，其余帧的地址位为0； 数据传输与数据块间的空闲周期无关。 3、RS232： 采用负逻辑电平：－5V～－15V 规定为逻辑 “1” ＋5V～＋15V 规定为逻辑 “0” RS485：VA－VB > 0.2V 逻辑“1” ；VA－VB <－ 0.2V 逻辑“0” 实际差动输出：最小 ±1.5V , 最大±6V 。 距离1km（100kbps），速率达10Mbps 3、标准串行总线接口 1）RS232：成本低，速率较低，距离短，限双机通信 2）RS485/RS422：差分信号，传输距离远，速率较高

SCI串行通信接口 SCIA/SCIB 电平转换芯片 标准串行总线接口 RS232/485 数据和握手信号 在与DSP通信的另一侧，也需要CPU、UART、电平转换和DB9这样的流程。 如果距离较短，也可以不经过电平转换，直接采用TTL电平通信，但这样就不是标准串口。 SCIA/SCIB 电平转换芯片 标准串行总线接口 数据和握手信号 RS232/485

F2812串行外设接口 Serial Peripheral Interface（SPI） DSP原理及其应用技术 F2812串行外设接口 Serial Peripheral Interface（SPI） 6.1 SPI模块概述 6.2 SPI的工作原理 相当于教材的第六章。 6.3为扩充内容，介绍了典型的SPI接口芯片。 6.4结合实验要求介绍了软件编程。 6.3 通过SPI接口扩展外设 6.4 软件编程举例

6.1 SPI模块概述 SPI与SCI有什么区别？ 串行外设接口（SPI）是一种同步串行输入/输出接口，传输速率较高（LSPCLK/4），适于板级通信。 串行通信接口（SCI）是一种异步串行接口，通常需经过收发器进行电平转换，通信速率较低，适于长距离通信。 SPI适于那些应用场合？ 通常用于DSP与扩展外设以及其它处理器间进行通信，如显示驱动器、ADC、DAC、EPROM、RTC以及主从模式的多处理器应用等。 多通道缓冲串口（第九章）相当于增强型SPI接口。 F2812包含一个SPI接口，支持16级的接受和传输FIFO。

SPI与XINTF SPI与XINTF有什么区别？ 串行外设接口（SPI）是一种同步串行输入/输出接口 传输速率最高可达37.5Mbps 信号线少（2－4条） 适于板级扩展的外设输入/输出接口 适于板级微处理器间通信。 外部扩展接口（XINTF）是一种并行输入/输出接口 传输速率较很高，可达75M×16=1200Mbps 信号线多（DB16、AB19、CB11） 限用于板级扩展外设的输入/输出接口。 多通道缓冲串口（第九章）相当于增强型SPI接口。

SPI模块的特点与信号 数据长度：1～16位可编程 两种工作方式：主/从工作方式 波特率：126种可编程 4种时钟模式：由极性和相位控制 可同时进行发送和接收操作 接口方式：中断或查询 4个外部引脚 SCI的数据长度1－8位。SCI的波特率寄存器16位。 四种时钟模式：无/有相位延迟的下降沿、无/有相位延迟的上降沿。 外部引脚：SPISIMO从输入/主输出（输出） SPISOMI从输出/主输入（输入） /SPISTE（SPI发送使能引脚） SPICLKE（SPI串行时钟引脚） 同步串行接口必须有靠同一个时钟同步，只需主控制器设置波特率。 而异步串口依靠各自的时钟同步，必须保证线路两端的波特率相同。 12个寄存器

SPI模块寄存器概述 共12个寄存器 双缓冲结构 FIFO寄存器 SPI接口可以接收或发送16位数据，并且接收和发送都是双缓冲。 SPITXBUF：包含下一个要发送的数据； SPIRXBUF: 包含接收的数据； SPIDAT：作为发送接收移位寄存器使用。 阴影部分为与FIFO有关的寄存器。 FIFO寄存器

6.2 SPI的工作原理 SPI有主/从两种工作模式,由Master/Slave位(SPICTL.2)选择. SPI的引脚SPICLK为整个串行通信网络提供时钟； 通过SPIBRR寄存器设定通信网络的数据传输速率； 数据从SPISIMO输出，并锁存从SPISOMI输入的数据； /SPISTE通常作为片选信号，数据传输过程置低电平，传输完成后置高. 发送数据： 写数据到SPIDAT或SPITXBUF，启动SPISIMO引脚上的数据发送，首先发送最高有效位（MSB）（与SCI有所不同）。 如果两个DSP间通过SPI进行通信，需要一个为主模式，一个工作于从模式。 接收数据： 当指定数量的数据位已经通过SPIDAT移位后，SPIDAT中的数据发送到SPIRXBUF中，且SPI INF FLAG置1。

6.2 SPI的工作原理 从模式：Master/Slave＝0 TALK位(SPICTL.D1) 从模式下，SPICLK时钟由主控制器提供，并决定了传输速率。 数据从SPISIMO引脚输入，从SPISOMI引脚输出。 /SPISTE通常作为从设备的片选信号，数据传输过程置低电平，传输完成后置高. TALK位(SPICTL.D1) 当TALK位清零，数据发送被禁止，输出引脚（SPISOMI）处于高阻状态。若发送期间清零TALK位，SPI要继续完成当前的字符传输，以保证SPI设备正确接受数据。 TALK位允许在一个网络上连接多个从SPI设备，但同一时刻只能有一个从设备允许驱动SPISOMI。这点与多机通信的RS485接口相似。 通常DSP工作于主模式，而外设芯片为从模式，无需进行配置。

SPI的典型接口 主控制器通过SPICLK信号来启动数据传输； 通常在一个时钟的边沿发送数据，而在时钟的另一个边沿接收数据； 两个微处理器能够同时发送和接收数据或一侧接收一侧发送。 双缓冲结构，但SPIDAT可直接写（右对齐），不建议直接读。 发送时是先移出最高位，接收时是先接收最低位。 SPI可工作于全双工或半双工。 主处理器 从处理器 主从式微处理器间的SPI连接

SPI的中断 SPI中断控制和状态位： 提示：SPISTS.7和SPISTS.6共享一个中断向量SPIRXINT。 SPI中断使能位（SPICTL.0）：1－使能中断，0－禁止中断 当中断使能置位，且满足中断条件时，产生相应的中断。 SPI中断标志位（SPISTS.6）：只读，由硬件设置。 指示SPI接收器中已经存放字符可以被读取或已完成指定长度的数据发送。 该位置位时已接收数据送入SPIRXBUF，当DSP读SPIRXBUF中的数据后自动清除中断标志。 超时中断使能位（SPICTL.4）：1－使能中断，0－禁止中断 接受超时中断标志位（SPISTS.7）：新的字符接受完成后，前一个字符还未读取，则置位中断标志。该标志位必须由软件清除。 SPITXINT仅用于SPI FIFO模式，标准模式下仅用SPIRXINT一个中断向量。 标准模式下需要在ISR中判断是SPI中断还是超时中断。 提示：SPISTS.7和SPISTS.6共享一个中断向量SPIRXINT。

数据格式 SPICCR.3~SPICCR.0确定了字符的位数（1～16）； 当数据写入SPIDAT和SPITXBUF寄存器时必须左对齐； 当数据从SPIRXBUF读取时，必须是右对齐； SPIRXBUF中包含最新接收的字符，以及上次接收且已移位到左边的位。 例1：发送数据长度为1，SPIDAT当前值为737BH，数据格式见下图。 7 3 7 B 因为数据长度为1位，因此，接收一位就将SPIDAT中数据送SPIRXBUF。 与SCI不同，没有起始位、停止位和校验位等，只有数据位。

波特率设置 波特率的计算方法： 1）当SPIBRR＝3～127时： SPI波特率＝LSPCLK/（SPIBRR＋1） 主模式下，SPICLK引脚为通信网络提供时钟，时钟频率≤LSPCLK/4。 从模式下，SPICLK引脚接收外部时钟信号，时钟频率≤ LSPCLK/4。 波特率的计算方法： 1）当SPIBRR＝3～127时： SPI波特率＝LSPCLK/（SPIBRR＋1） 2）当SPIBRR＝0、1、2时： SPI波特率＝LSPCLK/4 SCI的波特率最大值为LSPCLK/16，且需要包含额外的起始位、停止位等。 显而易见，SPI无法工作于较低的波特率，因此仅适于短距离的高速通信。 例2：假定LSPCLK＝75MHz，试确定SPI的波特率范围。 SPI波特率最大值：LSPCLK/4＝18.75MHz SPI波特率最小值：LSPCLK/128＝0.586MHz SCI的波特率范围？ LSPCLK/[(2～65536)×8]

SPI的时钟模式 SPI时钟控制方式选择 SPI支持4中不同的时钟模式： 时钟极性选择位（SPICCR.6）选择时钟上升或下降沿有效； 时钟相位选择位（SPICTL.3）选择是否有半个周期的时钟延迟。 SPI时钟控制方式选择 SPICLK时钟方式 极性选择 相位控制 工作方式描述 无相位延迟的上升沿 上升沿发送，下降沿接收 有相位延迟的上升沿 1 上升沿前的半个周期发送数据，上升沿接收 无相位延迟的下降沿 下降沿发送，上升沿接收 有相位延迟的下降沿 下降沿前的半个周期发送数据，下降沿接收 灵活的时序设置便于和多种串行外设接口。 下面举例说四种时钟模式。

SPI的时钟模式波形 数据长度:8位 00 01 10 11 提示：某一种SPI接口的外设芯片可能支持几种时钟模式，对于实验中采用MAX525芯片，测试一下支持那几种时钟模式。 T R

数据传输举例 数据传输过程说明： 给出的例子中SPI数据长度为8位，F2812的数据长度为16位； 在主控制器将数据写入SPIDAT来启动传输前，从控制器必须处于使能状态，且将待发数据写入SPIDAT； 当读取SPIRXBUF中数据时，自动清除中断标志位； 只有一次完整的发送结束，SPIDAT中的数据才送入SPIRXBUF中； 本例中设定字符长度为5位，共主/从控制器间共进行两个字符的传送。 状 态 主控制器(DAT/RXBUF) 从控制器(DAT/RXBUF) 第一次发送前 01011000B－－58H 11010000B－－D0H 第一次发送后 00011010B－－1AH 00001011B－－0BH 第二次发送前 01101100B－－6CH 01001100B－－4CH 第二次发送后 10001001B－－89H 10001101B－－8DH SPIDAT寄存器为16位，这里为了简化时序图，采用了8位方法。 具体传输过程见下面的时序图。

数据传输举例 字符长度5位 A、从控制器将D0H写入到SPIDAT，等待主控制器移出数据； 4CH 从SPI 主SPI 58H 6CH A、从控制器将D0H写入到SPIDAT，等待主控制器移出数据； F、从控制器将4CH写入SPIDAT中等待主控制器移出数据； G、主控制器将6CH写入SPIDAT中来启动发送过程； B、主控制器将从控制器的/SPISTE引脚拉低； H、主控制器从SPIRXBUF中读取1AH，清中断标志； C、主控制器将58H写入SPIDAT来启动发送过程； 发送时字符右对齐，故为7－3位，实际为15－11位。 两次均为全双工收发。 D、第一个字节发送完成，置中断标志； I、第二个字节发送完成，置中断标志； E、从控制器从它的SPIRXBUF中读取0BH，清除中断标志； J、主从控制器分别从各自的SPIRXBUF中读取89H和8DH； K、主控制器将从控制器的/SPISTE引脚置高电平。

6.3 通过SPI接口扩展外设 MAX5253的主要特点： 串行数据格式 F2812与MAX5253间的SPI接口 四个12-bit电压输出DACs 单3.0-3.6V电源供电(0.82mA) 典型建立时间12µs SPI兼容串行外设接口 时钟频率可达10MHz /CL、/PDL、UPO引脚 对于DAC芯片MAX5253而言，通常无需连接引脚SPIMISO。 而对于ADC芯片，通常无需连接SPIMOSI引脚。 DSP 串行数据格式 F2812与MAX5253间的SPI接口

多个SPI外设的扩展方法 菊花链式 共享总线式 16个SPICLK 16个SPICLK 16个SPICLK 菊花链式传输时间较长，但只需一个片选信号。 共享总线式各个SPI芯片的传输时间相同，但每个芯片需一个IO引脚作为片选。 基于SPI接口的多点温度检测。

DSP与MAX5253的接口电路 VOUTx=3.0V×NB/4096 MAX5253配置为单极性输出方式 CPLD专门用于DAC的异步清零，可直接由复位信号控制。 UPO－用户可编程的逻辑输出。

MAX5253的编程命令 MAX5253的编程命令 方法1 方法2 方法1：可以先将数据装载到输入寄存器，然后一起更新DAC寄存器；

MAX5253接口时序 MAX5253的时序图（仅输入部分） 数据传送过程，/CS必须保持低电平； 提示：SPICTL中的TALK位控制/SPISTE引脚电平；若TALK＝1，使能发送，且移位过程/SPISTE保持低电平。 每个数据位在SCLK的上升沿采样并送入DAC的移位寄存器； 数据在/CS的上升沿被锁存到MAX5253的输入或DAC寄存器； /CS保持高电平的脉冲宽度必须大于100ns，即两次发送的时间间隔要大于100ns； MAX5253的最高时钟频率10MHz。 对于本例，SPI必须设置为16位数据格式。 MAX5253的时序图（仅输入部分）

MAX6629－SPI接口的数字温度传感器 DSP MAX6629与F28×的接口电路 SPISOMI SPISTE SPICLK MAXIM类似的温度传感器芯片很多。 教材6.7.2节介绍了一种温度传感器芯片ADT7301：13位，－20～150℃ MAX6629与F28×的接口电路

MAX6629的接口时序和数据格式 /CS上升沿启动转换，高电平必须保持300ms以便完成转换； 转换结果为16位（D0、D1未定义）： D15位符号位 D14－D3为数据 D2位验证位 温度传感器的转换速率均较低。 D0、D1位未定义。 MAX6629的接口时序图

采用XINTF扩展的DAC接口 AD7835 PQFP-44 DB:14 AB:3 MAX5253 SSOP-20 CB:4 DSP与MAX5253的信号线数据为3－4，而通过XINF需要21根信号线。 SPI串行接口电路简单，芯片引脚数目少，功耗略低，尺寸小。 XINTF并行接口速率高，F2812可达75MHz×16位。 SSOP-20 CB:4 XINFT:21

6.4 软件编程与实例 当系统复位后，SPI外设模块配置为如下的缺省状态： 1）配置为从模式（Master/Slave＝0）； 2）禁止发送功能（TALK＝0）； 3）在SPICLK信号的下降沿输入的数据被锁存（00）； 4）字符长度为1位； 5）禁止SPI中断； 6）SPIDAT中的数据复位为0000H； 7）SPI模块引脚 被配置为通用输入。 复位后SPI接口不工作。使用SPI接口必须使能SPI时钟。 本节针对实验系统中通过SPI接口扩展的MAX5253芯片，介 绍软件SPI的初始化和软件编程。

SPI的配置和操作 为配置SPI模块，应完成以下操作： 1）清零SPI SW RESET位（SPICCR.7），软件复位SPI； 式、引脚功能; 3）置位SPI SW RESET位，使SPI退出复位状态，进入工 作状态； 4）写数据到SPIDAT或SPITXBUF， （主模式下就启动通信过程）； 5）数据传输结束后（SPISTS.6＝1），读取SPIRXBUF中 的数据。 初始化过程见下面的函数InitSpi()。 提示：通信过程不要改变SPI的设置，以免产生不期望的事件.

SPI的初始化 void InitSpi(void) { EALLOW; GpioMuxRegs.GPFMUX.all = 0x000F; //SPI引脚配置为外设模式 EDIS; SpiaRegs.SPICCR.all = 0x0F; //软件复位，上升沿输出，字符长度16位 SpiaRegs.SPICTL.all = 0x0F; //时钟延迟半个周期，主模式，发送与中断使能 SpiaRegs.SPIBRR = 0x07; //波特率＝150/4/8=4.69MHz SpiaRegs.SPICCR.all = 0x8F; //退出复位状态，准备接收、发送字符 PieCtrl.PIEIER6.bit.INTx1 = 1; //使能SPI接收中断 PieCtrl.PIEIER6.bit.INTx2 = 1; //使能SPI发送中断，（仅用于FIFO模式） IER |= M_INT6; //使能PIE组6中断 ClearSPI[0]=0x01; //*ClearSPI=(volatile unsigned int *)0x80006; } 可以时序分析和实验测试MAX5253可以采用那些时钟模式。 也可以设置不同的波特率，但要小于10MHz。

状态查询 当一个字符写入SPITXBUF时，该位置位。 当字符全部位装入串行移位寄存器SPIDAT 中后，该位被清除。 unsigned int Spi_TxReady(void) { unsigned int i; if(SpiaRegs.SPISTS.bit.BUFFULL_FLAG == 1) { i = 0; } else { i = 1; } return(i); } unsigned int Spi_RxReady(void) { unsigned int i; if(SpiaRegs.SPISTS.bit.INT_FLAG == 1) { i = 1; } else { i = 0; } return(i); } 如果使用中断方式，标准SPI模式下只能使用SPIRX中断，在ISR中判断到底发生了什么事件。 当整个字符移入或移出SPIDAT寄存器， 该位置位，已接收的数据送SPIRXBUF。 如果SPI中断使能，会引起一个外设中断。 响应中断或读取SPIRXBUF会复位该位。

MAX5253测试程序 查询方式实现四通道DAC固定电压输出. void main(void) { InitSysCtrl(); //初始化系统，使能SPI时钟 DINT; IER = 0x0000; IFR = 0x0000; InitPieCtrl(); //初始化PIE控制寄存器 InitPieVectTable(); // 初始化PIE参数表 InitSpi(); EINT; // spi initialization; for(;;) { if(Spi_TxReady() == 1) SpiaRegs.SPITXBUF =0x1400; delay_loop(); if(Spi_TxReady() == 1) SpiaRegs.SPITXBUF =0x5800; if(Spi_TxReady() == 1) SpiaRegs.SPITXBUF =0x9C00; if(Spi_TxReady() == 1) SpiaRegs.SPITXBUF =0xDFFF; if(Spi_TxReady() == 1) SpiaRegs.SPITXBUF =0x4000; } 注意在InitSysCtr()中使能SPI时钟。

应用DAC芯片产生周期性波形 通过软件编程可以使DAC产生任意波形、幅度和频率的信号，如三角波、方波、锯齿波、三角函数及其它任意函数。如y(t)=2×COS（200t)×SIN(100t）。 以产生锯齿波为例： 通过定时器中断或软件延迟，使DAC的模拟输出线性递增，在一个波形周期后复位为零，重新开始下一个周期。 目前虚拟仪器和DDS芯片采用数字合成波形，灵活性很强，但不易产生高频信号，如高于10MHz的信号。 ∆t T= n×∆t T

改变周期性波形的频率和幅值 如何改变波形周期? 1）改变定时器时间间隔 2）改变每个周期合成波形的数字量数目 如何改变幅值？ 大家可以思考一下，是否还有其它方法来改变信号的周期和幅值。 如何改变幅值？ 将每一时刻的数字量乘 一个比例系数或直接改变前后时刻的数字增量。 MAX5253的数字量范围：0－4095，输出模拟电压0－3V

正弦波形的产生 软件产生正弦波的方法主要有两种: 1)直接使用SIN函数--double sin(double x) 需要在头文件中include “math.h”,并且需要注意SIN函数的自变量应该是DOUBLE型的变量。 2)使用查表方法:查表方法的计算量小，占用CPU的时间少。 大家可以思考一下，是否还有其它方法来改变信号的周期和幅值。 实验中12位DAC的数字量范围为0－4095，因此一个正弦波周期最多包含4096个点。 实验中DAC芯片的输出电压范围为0－3V，因此输出的周期波形存在直流偏置。 33

思考题 与SCI接口相比，SPI接口有何特点？ 与外部扩展接口（XINF）相比， SPI接口有何特点？ 采用DAC芯片和微处理器产生周期信号波形的方法也称作直接数字合成（DDS），与采用振荡器产生的波形（如文氏电桥正弦波振荡器）相比，DDS方法有何优缺点？