英創(chuàng)信息技術(shù)GPIO控制SPI接口的AD芯片簡(jiǎn)介

在實(shí)際應(yīng)用中，英創(chuàng)的嵌入式工控主板經(jīng)常需要與客戶外部擴(kuò)展的AD芯片相連。一般來(lái)講AD單元的擴(kuò)展有兩種方法，一種是通過(guò)英創(chuàng)工控主板的精簡(jiǎn)ISA總線擴(kuò)展，另一種則是通過(guò)同步串口的方法，如SPI、I2C接口，與AD連接。前一種方法所涉及的AD芯片一般具有并行接口，如MAX197等；而后一種方法的AD芯片則帶有SPI或I2C接口。采用SPI或I2C接口的AD芯片，可使芯片的管腳數(shù)大幅減少，進(jìn)一步使芯片本身的尺寸也大幅減小，從而大大擴(kuò)展了這些AD芯片的應(yīng)用范圍。為了方便廣大客戶在英創(chuàng)的嵌入式工控主板上快速應(yīng)用這類AD芯片，本文將介紹如何通過(guò)EM9160工控主板的GPIO信號(hào)來(lái)控制TI公司的帶有SPI接口的TLC2543 AD芯片。

TI公司的TLC2543是一款支持11路模擬輸入，量化分辨率12-bit的低成本AD芯片。EM9160是英創(chuàng)公司的一款預(yù)裝Windows CE實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的高性價(jià)比ARM9工控主板產(chǎn)品。EM9160最多可支持16位方向可獨(dú)立設(shè)置的GPIO，這些GPIO均可被用來(lái)作為同步串口接口SPI的信號(hào)。在本文以下部分，SPI信號(hào)方向都是以工控主板EM9160為參考的。4線制的SPI接口其接口信號(hào)包括：

1、SPI_CS：SPI片選信號(hào)，低電平有效；從EM9160輸出，接到TLC2543

2、SPI_CK：SPI接口的同步時(shí)鐘信號(hào)；從EM9160輸出，接到TLC2543

3、SPI_DO：SPI接口數(shù)據(jù)輸出，從EM9160輸出的轉(zhuǎn)換命令，輸入到TLC2543

4、SPI_DI： SPI接口數(shù)據(jù)輸入，從AD芯片輸出的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，輸入到EM9160

用EM9160的GPIO仿真SPI接口的第一步是根據(jù)具體的設(shè)計(jì)情況，選擇合適的GPIO信號(hào)來(lái)作為SPI的各個(gè)信號(hào)，用C代碼可表述如下：

#include ‘em9160_dio_ex.h’

#include ‘em9160_isa_dio.h’

#define GPIO0_PIN 0x0001

#define GPIO1_PIN 0x0002

#define GPIO2_PIN 0x0004

#define GPIO3_PIN 0x0008

#define GPIO4_PIN 0x0010

#define GPIO5_PIN 0x0020

#define GPIO6_PIN 0x0040

#define GPIO7_PIN 0x0080

#define GPIO8_PIN 0x0100

#define GPIO9_PIN 0x0200

#define GPIO10_PIN 0x0400

#define GPIO11_PIN 0x0800

#define GPIO12_PIN 0x1000

#define GPIO13_PIN 0x2000

#define GPIO14_PIN 0x4000

#define GPIO15_PIN 0x8000

//

// 輸入輸出方向是以主板為參考來(lái)定義的。

//

#define SPI_CS_PIN GPIO0_PIN // 可根據(jù)實(shí)際情況更改

#define SPI_CK_PIN GPIO1_PIN // 可根據(jù)實(shí)際情況更改

#define SPI_DI_PIN GPIO2_PIN // 可根據(jù)實(shí)際情況更改

#define SPI_DO_PIN GPIO3_PIN // 可根據(jù)實(shí)際情況更改

第二步是實(shí)現(xiàn)SPI各個(gè)控制信號(hào)的操作函數(shù)，即各個(gè)控制信號(hào)的置位和清零以及輸入狀態(tài)的讀入。通過(guò)調(diào)用EM9160_ISA_DIO.LIB中的相關(guān)GPIO函數(shù)，函數(shù)原型定義在頭文件“em9160_dio_ex.h”中，可很容易實(shí)現(xiàn)下列函數(shù)：

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

// SPI接口各管腳控制函數(shù)

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

void Set_SPI_CS（） // SPI片選置高，注意SPI_CS片選一般是低有效信號(hào)

PIO_OutSetEx（ SPI_CS_PIN ）;

void Clear_SPI_CS（） // SPI片選清零，注意SPI_CS片選一般是低有效信號(hào)

PIO_OutClearEx（ SPI_CS_PIN ）;

void Set_SPI_CK（） // SPI時(shí)鐘置高，注意SPI_CK初始狀態(tài)為低

PIO_OutSetEx（ SPI_CK_PIN ）;

void Clear_SPI_CK（） // SPI時(shí)鐘置低，注意SPI_CK初始狀態(tài)為低

PIO_OutClearEx（ SPI_CK_PIN ）;

void Set_SPI_DO（） // SPI數(shù)據(jù)輸出高電平

PIO_OutSetEx（ SPI_DO_PIN ）;

void Clear_SPI_DO（） // SPI數(shù)據(jù)輸出低電平

PIO_OutClearEx（ SPI_DO_PIN ）;

int Get_SPI_DI（） // 讀取SPI數(shù)據(jù)輸入電平，‘0’表示低電平，‘1’表示高電平

{

UINT16 uState;

PIO_StateEx（ &uState ）;

if（uState & SPI_DI_PIN）

return 1;

return 0;

}

void Init_SPI（） // 設(shè)置SPI接口各控制信號(hào)，只初始化階段運(yùn)行一次

{

Set_SPI_CS（）;

Clear_SPI_CK（）;

Clear_SPI_DO（）;

// 設(shè)置SPI_CS、SPI_CK、SPI_DO為數(shù)據(jù)輸出

PIO_OutEnableEx（ SPI_CS_PIN | SPI_CK_PIN | SPI_DO_PIN ）;

// 設(shè)置SPI_DI為數(shù)據(jù)輸入

PIO_OutDisableEx（ SPI_DI_PIN ）;

}

第三步就是根據(jù)SPI的時(shí)序，構(gòu)造相應(yīng)的讀寫(xiě)函數(shù)。TLC2543是4線制SPI接口，因此它的讀寫(xiě)操作是同時(shí)進(jìn)行的，即所謂全雙工串行數(shù)據(jù)傳輸。在構(gòu)造函數(shù)時(shí)，需要仔細(xì)研究AD芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)上提供的SPI接口時(shí)序關(guān)系，如下圖所示：

這里需要注意的有以下幾點(diǎn)：

1、在SPI_CS片選有效后，TLC2543將把上次AD轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)，按MSB在先的順序，呈現(xiàn)在SPI_DI信號(hào)線上，并在SPI_CK的下降沿更新數(shù)據(jù)

2、SPI_CK的上升沿將把對(duì)AD芯片的操作指令鎖存到AD芯片，輸出的數(shù)據(jù)也是按MSB在先的順序

3、輸入AD的操作指令只有8個(gè)bit，而從AD讀出的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)有12個(gè)bit，在讀入低4bit時(shí)，輸入指令用“0”填充

4、芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)中串行輸入輸出數(shù)據(jù)與我們的定義SPI_DO和SPI_DI是正好相反的

根據(jù)上述時(shí)序構(gòu)造的啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換并讀取上次轉(zhuǎn)換結(jié)果的函數(shù)如下：

///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

// 輸入參數(shù)uCmdCode：發(fā)送給AD芯片的轉(zhuǎn)換命令，具體內(nèi)容參考AD數(shù)據(jù)手冊(cè)

// 輸出參數(shù)pADData：從AD讀取的數(shù)據(jù)，低12-bit有效

//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

BOOL ReadAD（ UCHAR uCmdCode， UINT16* pADData ）

{

int i1;

volatile UINT16 ui1， uCmd16;

// activiate AD chipselection

Clear_SPI_CS（）;

// wait 1.4us before clocking 1st bit （AD TLC2543 required）

EM9160_DelayInUs（ 2 ）;

uCmd16 = （UINT16）uCmdCode 《《 4; // convert cmd to 12-bit format

ui1 = 0; // save shift-out data from AD

for （ i1 = 0; i1 《 12; i1++ ） // set coverting channel

{

ui1 = ui1 《《 1;

if（Get_SPI_DI（）） // read AD_DOUT

ui1 = ui1 | 0x0001;

if（ uCmd16 & 0x0800 ） // issue Cmd onto AD_DIN， MSB first

Set_SPI_DO（）;

else

Clear_SPI_DO（）;

EM9160_DelayInUs（ 1 ）; // insert delay if required

Set_SPI_CK（）; // AD_CLK low-to-high

EM9160_DelayInUs（ 1 ）; // insert delay if required

Clear_SPI_CK（）; // AD_CLK high-tolow

EM9160_DelayInUs（ 1 ）; // insert delay if required

uCmd16 = uCmd16 《《 1;

}

// assign ui1 to ADdata

*pADData = ui1;

// de-activiate AD chipselection

Set_SPI_CS（）;

// wait for next AD data ready if necessary

Sleep（1）;

return TRUE;

}

在程序中最后的Sleep（1），是為了保證在下次調(diào)用函數(shù)時(shí)，AD的數(shù)據(jù)已轉(zhuǎn)換完畢。應(yīng)用程序也可采用其他方法來(lái)保證AD有足夠時(shí)間，在應(yīng)用程序再次調(diào)用ReadAD（…）前已完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。特別需要注意的是，第一次調(diào)用ReadAD（…）讀取的數(shù)據(jù)是無(wú)意義的，因?yàn)榇藭r(shí)還沒(méi)有設(shè)置轉(zhuǎn)換命令。在SPI輸入輸出過(guò)程中，是否加入適當(dāng)?shù)难訒r(shí)，主要是由AD芯片SPI接口的響應(yīng)速度來(lái)決定的，客戶可查看所選AD芯片，如TLC2543，的數(shù)據(jù)手冊(cè)，就可獲得正確的選擇。

盡管本文是以EM9160為例來(lái)介紹如何構(gòu)造SPI接口的，這個(gè)方法也完全適合英創(chuàng)公司的其他嵌入式工控主板產(chǎn)品，如EM9000、EM9161、EM9260、ETR232i等。對(duì)于不同的主板，主要的修改在第二步驟中對(duì)SPI接口信號(hào)操作函數(shù)的實(shí)現(xiàn)上。此外，英創(chuàng)公司還準(zhǔn)備了3線制SPI接口以及I2C接口的范例參考代碼，需要使用的英創(chuàng)用戶可聯(lián)系免費(fèi)獲得。