SPI接口控制开关及模拟量输出课案.docx

电子线路与仿真技术课程设计说明书题 目： SPI接口控制开关及模拟量输出 系 部：信息与控制工程学院专 业：电子信息工程 班 级： 2013级2班学生姓名:AA 学 号导教师:马曰武 2015年 5月24日目 录1设计背景11.1SPI的简介11.2SPI的应用与特点11.3接口信号11.4数据传输21.5时钟极性和时钟相位32设计任务与要求42.1设计任务42.2设计要求43设计方案44SPI主机接口设计54.1SPI总线标准54.2SPI主机功能描述74.3单片机扩展SPI总线的系统框图74.4单片机SPI总线的时序模拟95从机的接口设计95.1从机设计原理95.274HC595资料105.374HC595的连接原理图135.416路开关量输出电路145.5模拟量输出电路155.6整体程序框图156 实验仿真图167 实验结果分析167.1 16路开关量输出电路分析167.2 模拟量输出电路178 结论与体会17参考文献19设计背景SPI的简介SPI(Serial Peripheral Interface--串行外设接口)总线系统是一种同步串行外设接口，它可以使MCU与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息。SPI有三个寄存器分别为：控制寄存器SPCR，状态寄存器SPSR，数据寄存器SPDR。外围设备包括FLASHRAM、网络控制器、LCD显示驱动器、A/D转换器和MCU等。SPI总线系统可直接与各个厂家生产的多种标准外围器件直接接口，该接口一般使用4条线：串行时钟线（SCLK）、主机输入/从机输出数据线MISO、主机输出/从机输入数据线MOSI和低电平有效的从机选择线NSS(有的SPI接口芯片带有中断信号线INT、有的SPI接口芯片没有主机输出/从机输入数据线MOSI)。SPI的应用与特点应用：PI接口的全称是Serial Peripheral Interface，意为串行外围接口,是Motorola首先在其MC68HCXX系列处理器上定义的。SPI接口主要应用在EEPROM、FLASH、实时时钟、AD转换器，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。SPI接口是在CPU和外围低速器件之间进行同步串行数据传输，在主器件的移位脉冲下，数据按位传输，高位在前，低位在后，为全双工通信，数据传输速度总体来说比I2C总线要快，速度可达到几Mbps。特点：SPI一共有11位有用信号，每位信号差分成两个信号用来提高传输抗干扰性，在物理连接上用标准25芯D型插头座(DB25)传输，因此连线多且复杂，传输距离短，容易出现故障。而ASI(异步串行接口)用串行传输，只需要一根同轴电缆线，连线简单，传输距离长。缺点：没有指定的流控制，没有应答机制确认是否接收到数据。接口信号（1）MOSI – 主器件数据输出，从器件数据输入（2）MISO – 主器件数据输入，从器件数据输出（3）SCLK –时钟信号，由主器件产生,最大为fPCLK/2，从模式频率最大为fCPU/2（4）NSS – 从器件使能信号，由主器件控制,有的IC会标注为CS(Chip select)在点对点的通信中，SPI接口不需要进行寻址操作，且为全双工通信，显得简单高效。在多个从器件的系统中，每个从器件需要独立的使能信号，硬件上比I2C系统要稍微复杂一些。SPI接口在内部硬件实际上是两个简单的移位寄存器，传输的数据为8位，在主器件产生的从器件使能信号和移位脉冲下，按位传输，高位在前，低位在后。如下图1所示，在SCLK的上升沿上数据改变，同时一位数据被存入移位寄存器。图1 接口内部硬件连接图串行外设接口 (SPI) 总线是一种运行于全双工模式下的同步串行数据链路。用于在单个主节点和一个或多个从节点之间交换数据。SPI 总线实施简单，仅使用四条数据信号线和控制信号线（请参见图 2）。图2 基本的 SPI 总线数据传输数据传输通常会包含一次数据交换。当主节点向从节点发送数据时，从节点也会向主节点发送数据。为此，主节点的内部移位寄存器和从节点被设置成环形（请参见图 3）。图 3 两个移位寄存器形成一个内部芯片环形缓冲器在一个SPI时钟周期内，会完成如下操作：主机通过MOSI线发送1位数据，从机通过该线读取这1位数据；从机通过MISO线发送1位数据，主机通过该线读取这1位数据；这是通过移位寄存器来实现的。如上图3所示，主机和从机各有一个移位寄存器，且二者连接成环。随着时钟脉冲，数据按照从高位到低位的方式依次移出主机寄存器和从机寄存器，并且依次移入从机寄存器和主机寄存器。当寄存器中的内容全部移出是，相当于完成了两个寄存器内容的交换。时钟极性和时钟相位在数据交换之前，主节点和从节点使其内部移位寄存器加载存