维普资讯 http://www.cqvip.com 第２３卷第３期 黄石理工学院学报 Ｖ０１．２３ ＮＯ．３ ２００７年６月 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＨＵＡＮＧＳＨＩ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ ＯＦ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｊｕｎ ２０ｏ７ 文章编号：１００８—８２４５（２００７）０３—００３４—０４ 串行Ａ／Ｄ与８２５５ Ａ接口的设计与实现 黄志文 邓彬伟 （黄石理工学院电气与电子信息工程学院，湖北黄石４３５００３） 摘 要：８２５５Ａ并行接口芯片是一种十分通用的接口芯片，ＳＰＩ总线作为一个全双工的串行接口，在工业控 制中得到广泛应用。文章给出了一种采用８０８６处理器控制８２５５Ａ来模拟ＳＰＩ总线，实现按字节传输数据，控 制ＭＡＸＩ２７０ Ａ／Ｄ的设计方法，并给出了详细的设计与实现过程。 关键字：ＳＰＩ总线；ＳＰＩ总线模拟；８２５５Ａ；８０８６；ＭＡＸ１２７０ Ａ／Ｄ 中图分类号： ７４ 文献标识码：Ａ Ｔｈｅ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｈｅ ８２５５Ａ Ａｃｃｅｓｓ ＳＰＩ Ｄ Ｈｕａｎｇ Ｚｈｉｗｅｎ Ｄｅｎｇ Ｂｉｎｗｅｉ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ ａｎｄ Ｅｌｃｅｔｒｏｎｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎ￣ｎｅｅｉｆｎｇ，Ｈｕａｎｇｓｈｉ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｕａｎｇｓｈｉ Ｈｕｂｅｉ ４３５００３） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ８２５５ ｉｓ ａｎ ｏｒｄｉｎａｒｙ ｐａｒａｌｌｅｌ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｃｈｉｐ ａｎｄ ＳＰＩ，ａｓ ａ ｆｕｌｌ ｄｕｐｌｅｘ ｓｅｒｉａｌ ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ，ｉｓ ｗｉｄｅｌｙ ａｐｐｈｅｄ ｉｎ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｃｏｎｔｒｏ１．Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ ａｂｏｕｔ ｔｈｅ ８２５５ ｓｔｉｍｕｌａｔｉｎｇ ＳＰＩ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ＭＡＸ１２７０ Ａ／Ｄ ｗｉｔｈ ８０８６ ＣＰＵ ｉＳ ｉｎｔｒｏｄｕｃｏｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＳＰＩ；ＳＰＩ Ｓｔｉｍｕｌａｔｅ；８２５５Ａ；８０８６；ＭＡＸ１２７０ Ａ／Ｄ ＳＰＩ是一个同步串行外设接口，具有简单易实 现与具有ＳＰＩ总线接口功能的各种Ｉ／Ｏ器件进行 现的特点。８２５５并行接口芯片是一种十分通用 连接，而扩展并行总线则需要８根数据线、８一ｌ６ 的接口芯片，价格低。采用８０８６控制８２５５Ａ来 位地址线、２～３位控制线，因此，采用ＳＰＩ总线 模拟ＳＰＩ接口，可以方便地实现对各种ＳＰＩ设备的 接口可以简化电路设计，节省很多常规电路中的 访问，使８２５５并行接口芯片更具生命力，且性价 接口器件和Ｉ／Ｏ口线，提高设计的可靠性…。在 比高。 基于ＳＰＩ总线接口构成的通信网络中，通信可由 主节点发起，也可由从节点发起。当主节点发起 １ ＳＰＩ总线标准 通信时，它可主动对从节点进行数据的读写操作。 工作过程叙述如下：首先选中要与之通信的从节 ＳＰＩ是一个全双工的串行接口。它设计成可 点（通常片选端低电平有效），而后送出时钟信 以在一个给定总线上处理多个互联的主机和从 号，读取数据信息的操作将在时钟的上升沿（或下 机。在一定数据传输过程中，接口上只能有一个 降沿）进行。每送出八个时钟脉冲，从节点就产生 主机和一个从机能够通信。在一次数据传输中， 一个中断信号，该中断信号通知主节点１个字节 主机总是向从机发送一个字节数据，而从机也总 已完整接收，可以发送下１个字节的数据。ＳＰＩ网 是向主机发送一个字节数据，可以使ＭＣＵ与各种 络主从点需要完成的是给出片选信号及时钟信 外围设备以串行方式进行通信以交换信息。由于 号，它可以主动地与各从节点进行信息的交流；而 ＳＰＩ总线一共只需３～４位数据线和控制线即可实 在从节点主动要求服务的情况下，它却是一种半 收稿日期：２００７—０３—０６ 作者简介：黄志文（１９８５一），男，福建漳州人，黄石理工学院２００７届本科生。 维普资讯 http://www.cqvip.com 第３期 黄志文邓彬伟：串行Ａ／Ｄ与８２５５Ａ接口的设计与实现 ３５ 主动的形式。由ＳＰＩ接口技术构成的网络接口信 号线（ＣＬＫ、ＭＯＳＩ、ＭＩＳＯ、／ＳＳ和ＩＮＴ），其中ＣＬＫ是 时钟信号引脚，ＭＯＳＩ（ＤＯＵＴ）是串行数据输出引 脚，ＭＩＳＯ（ＤＩＮ）是串行数据输入引脚，／ＳＳ是片选 ▲ ＭＩＳ０ ＼ ▲ ｌ ８位移位寄存器 ＼ ８位移位寄存器卜Ｍ０ＳＩ Ｊ 主机 引脚，ＩＮＴ为中断信号引脚。如果辅之以相应完 备的通信协议，其服务功能必然会大大的增强，相 ＳＰＩ Ｉ ｌ ＣＬＫ ｌ ＳＰＩ 从机 比于４８５等主从式分布网络而言，其通信速率也 有较大的提高。 ｌ ＳＰＩ时钟发生器 １．１ ＳＰＩ硬件结构 ＳＰＩ接口在内部硬件实际上是两个简单的移 图１ ＳＰＩ硬件结构 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，ＳＰＩ内部硬件结构如图１所示。 ＣＬＫ ／ＳＳ １．２ ＳＰＩ时序 在ＳＣＬＫ的下降沿上数据改变，同时１位数据 被存入移位寄存器，ＳＰＩ时序如图２所示。 ］ 图２ ＳＰＩ时序 厂 输入 行的Ａ／Ｄ转换芯片，ＭＡＸ１２７０提供与ＳＰＩ兼容的 ２ ＭＡＸ１ ２７０简介 ＭＡＸ１２７０芯片是ＭＡＸ公司生产的８通道的 １２位串行Ａ／Ｄ转换芯片，可以采用内部或外部 电压参考，具有４个软件可编程的输入范围。模 接口，支持通过三线协议与处理器串行口或ＳＰＩ 接口器件进行连接。作为一种支持ＳＰＩ协议的芯 片，它的主要管脚有：①ＳＣＬＫ：串行时钟输入端； ￣／ｃｓ：片选输入端，仅仅为低时数据才可以输 入；③ＤＩＮ：串行数据输入端；④ＳＳＴＲＢ：串行数据 输出选输出端。 拟输入通道共有８个，最大的采样率可以高达 １ １０ｋｂｐｓ，采样时钟内部或外部可选。作为一种串 ＭＡＸ１２７０控制字定义如表１所示。 表１ ＭＡＸ１２７０控制字 输入电压范围００— 一＋５Ｖ １０ 一＋１０Ｖ ０１：±５Ｖ １１：±１０Ｖ ００：内部时钟模式 ０１．夕 部时钟模式 １０：待机状态 １１：关机状态 ３ 采用８２５５实现ＳＰＩ总线访问 ＭＡＸ１２７０的设计 ３．１ 硬件电路 采用８０８６，８２５５Ａ芯片对ＭＡＸ１２７０进行访 问，８２５５模拟ＳＰＩ电路如图３所示。 ３．２地址及控制字设置 由图３可得８２５５寄存器地址及控制字分配 情况ｌ 如下： 图３ ８２５５访问ＭＡＸ１２７０ Ａ／Ｄ芯片 维普资讯 http://www.cqvip.com 黄石理工学院学报 ２００７正 ８２５５Ａ控制寄存器地址：０ｘ０３（Ａ２Ａ１Ａ０＝ ０１１）；８２５５Ａ的Ｐｃ口地址：０ｘ０２，使用Ｐｃ口来控 制可直接按位控制输出０或１。ＰＣ ＶＩ高４位为１ 组，使用其中３位作为输出，Ｐｃ口低４位为１组， 使用其中１位做输入，且采用工作方式０。由此 ０时为０ｘ０ａ，输出１时为０ｘ０ｂ；ＰＣ３输出０为 ０ｘ０６，输出１为０ｘ０７。 根据ＭＡＸ１２７０的控制字节可设控制字节为 ０ｘ８１，即模拟对０通道的数据读取，采用外部时 钟，电压范围０一＋５Ｖ。 可得到８２５５的控制字可为０ｘ８１，ＰＣ７设置为输 出０时置位／复位控制字为０ｘ０ｅ，ＰＣ７设置为输 出１时置位／复位控制字为０ｘ０ｆ；同理，ＰＣ６输出 ０时，控制字为ＯｘＯｃ，输出１时为ＯｘＯｄ；ＰＣ５输出 ３．３ 程序设计 ＭＡＸ１２７０外部时钟模式（１８个时钟周期）时 序如图４所示。 ／ｃｓ－ｌ 厂 ｝．｜——————一１８字节—————— 图４ ＭＡＸ１２７０外部时钟模式（１８个时钟周期）时序 ８０８６控制８２５５Ａ模拟图４的ＳＰＩ时序。 ＭＯＶ ＢＬ，８１Ｈ；ＭＡＸ１２７０控制字节 ＭＯＶ ＣＬ，０８Ｈ；计数 ＳＰＩＩＮ１： ＭＯＶ ＡＬ，ＯＣＨ；ＣＬＫ＝１ ＯＵＴ ０３Ｈ．ＡＬ １ ＲＣＬ ＢＬ．１ ８２５５Ａ首先模拟时序使／ＣＳ＝０，然后模拟ＣＬＫ时 钟，并同时模拟启动Ａ／Ｄ即向ＤＩＮ发送０ｘ８１。然 后发ＣＬＫ并等待ＳＳＴＲＢ中断的到来，在ＩＮＴ０中 断处理程序采用全局量ＦＬＡＧ表明Ａ／Ｄ转化结 束，并在主程序中继续产生ＣＬＫ并读取ＤＯＵＴ中 的数据，并通过对ＣＬＫ的计数在第１８个ＣＬＫ后 再次发出启动Ａ／Ｄ的０ｘ８１到ＤＩＮ中依次实现对 Ａ／Ｄ的控制和访问【引。８２５５Ａ模拟ＳＰＩ访问 ＭＡＸ１２７０ Ａ／Ｄ流程图如图５所示。 ＪＮＣ ｏｕｔ０ ＭＯＶ ＡＬ，０ＦＨ；ＤＩＮ＝１ ＯＵＴ ０３Ｈ．ＡＬ １ ＪＭＰ ＮＥＸＴ Ｏｕｔ０： ＭＯＶ ＡＬ，０ＥＨ；ＤＩＮ＝０ ｎＴ ＴＴ ０３Ｈ．Ａ１ 尉８０ｘ８６汇编编写的部分关键代码：（向ＤＩＮ 发送８位启动Ａ／Ｄ控制字节） ＳＰＩＩＮ１ ＰＲＯｒ ＣＡＬＬ Ｄｅｌａｙ；延时 ＭＯＶ ＡＬ，ＯＤＨ；ＣＬＫ＝１ ＯＵＴ ０３Ｈ．ＡＬ ＤＥＣ ＣＬ ＭＯＶ ＡＬ，８１Ｈ；设置８２５５Ａ控制字 ＯＵＴ ０３Ｈ．ＡＬ １ ＭＯＶ ＡＬ，０ＡＨ；／ＣＳ＝０ ＯＵＴ ０３Ｈ．ＡＬ１ ＭＯＶ ＡＬ，ＯＤＨ；ＣＬＫ＝１ ＯＵＴ ０３Ｈ．ＡＬ １ ＪＮＺ ＳＰＩＩＮ１ ＲＥＴ ＳＰⅡＮ ＥＮＤＰ 维普资讯 http://www.cqvip.com 第３期 黄志文邓彬伟：串行Ａ／Ｄ与８２５５Ａ接口的设计与实现 ３７ 图５ ８２５５Ａ模拟ＳＰＩ访问ＭＡＸ１２７０ Ａ／Ｄ流程图 （上接第２２页） ［２］ Ｂｌａｚｅ，Ｍ．，Ｆｅｉｇｅｎｂａｕｍ，Ｊ．，Ｌａｃｙ，Ｊ．Ｄｅｃｅｎｔｒａ１． ｉｚｅｄ ｔｒｕｓｔ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ［Ｃ］．Ｉｎ：Ｄａｌｅ，Ｊ．，Ｄｉｎｏｈ， Ｇ．，ｅｄｓ．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ １７ｔｈ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｓｅｃｕｒｉｔｙ ａｎｄ Ｐｒｉｖａｃｙ．Ｏａｋｌａｎｄ，ＣＡ：ＩＥＥＥ Ｃｏｍｐｕｔ— ｅｒ Ｓｏｃｉｅｔｙ Ｐｒｅｓｓ，１９９６：１６４—１７３ ［３］ Ｍ Ｂｌａｚｅ，Ｊ Ｆｅｉｇｅｎｂａｕｍ，Ｊ Ｉｏａｎｎｉｄｉｓ，ｅｔ ａ１．Ｔｈｅ Ｋｅｙ． Ｎｏｔｅ Ｔｒｕｓｔ Ｍａ—ｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ ｖｅ￣ｉｏｎ ２［Ｓ］． ＲＦＣ ２７０４，１９９９ ［４］ Ｙ．Ｈ．Ｃｈｕ，Ｊ．Ｆｅｉｇｅｎｂａｕｍ，Ｂ．ＬａＭａｃｃｈｉａ，ｅｔ ａ１．ＲＥＦＥＲＥＥ：Ｔｒｕｓｔ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｆｏｒ Ｗｅｂ Ａｐｐ￣ｃａ・ ｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｉｎ Ｗｏｄｄ Ｗｉｄｅ Ｗｅｂ Ｊｏｕｒｎａｌ，１９９２ （２）：１２７—１３９ ［５］ Ｃａｒｌ Ｅｌｌｉｓｏｎ，Ｂｉｌｌ Ｆｒａｎｔｚ，Ｂｕｆｆｅｒ Ｌａｍｐｓｏｎ ｅｔ ａ１． ＳＰＫＩ ｃｅｒｔｉｉｆｃａｔｅ ｔｈｅｏｒｙ［Ｓ］．ＲＦＣ ２６９３，ＩＥＴＦ， ４ 结束语 本文以８２５５Ａ模拟ＳＰＩ总线控制ＭＡＸ１２７０ 为例，详细介绍了根据ＳＰＩ时序和控制字来实现 对Ａ／Ｄ数据的访问，文中所介绍的设计和实现方 法是目前嵌入式系统硬件设计和无嵌入式操作系 统下驱动编程的重要方式，对于嵌入式系统低层 软件、硬件设计和软件模拟各种接口具有现实意 义。利用８２５５Ａ模拟ＳＰＩ角度出发进行的设计， 从实际使用中也可直接使用带有ＳＰＩ功能的ＣＰＵ 与外设，这样可简化电路设计。 参考文献 胡邦南．ＳＰＩ总线——主多从方式的应用［Ｊ］．宜春 学院学报（自然科学版），２００６，２８（６）：５８—６０ ［２］ 周明德．微型计算机系统原理及应用［Ｍ］．北京：清 华大学出版社，１９９８ ［３］ 孙冰洁，周洪利．ＳＰＩ模式下单片机对ＭＭＣ卡的读 写控制［Ｊ］．电脑知识与技术，２００６（５）：１５４—１５５ Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ １９９９ ［６］ 陈飞舟，王茜，朱庆生．ＳＰＫＩ证书结构及其应 用［Ｊ］．重庆大学学报，２００４（７）：８６—８９ ［７］ Ｎｉｎｇｈｕｉ Ｌｉ，Ｍｉｔｃｈｅｌｌ Ｃ Ｊ，Ｗｉｎｓｂｏｒｏｕｇｈ Ｈ Ｗ．Ｄｅ— ｓｉｇｎ ｏｆ ａ Ｒｏｌｅｂａｓｅｄ Ｔｒｕｓｔ—ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｆｒａｍｅｗｏｒｋ ［ｃ］．Ｉｎ：Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ２００２ ＩＥＥＥ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｓｅｃｕｒｉｔｙ ａｎｄ Ｐｒｉｖａｃｙ，ＩＥＥＥ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓ￣ｉｅｔｙ Ｐｒｅｓｓ， ２００２（５）：１１４—１３０ ［８］ Ｗｉｎｓｂｏｒｏｕｇｈ ＷＨ，Ｓｅａｍｏｎｓ ＫＥ，Ｊｏｎｅｓ ＶＥ．Ａｕｔｏ－ ｍａｔｄｅ ｔｕｒｓｔ ｎｅｇｏｔｉａｔｉｏｎ［ｃ］．Ｉｎ：ＤＡＲＰＡ ｌ￣ｏｒｍａ． ｔｉｏｎ Ｓｕｒｖｉｖａｂｉｌｉｙｔ Ｃｏｎｆ．Ａｎｄ Ｅｘｐｏｓｉｔｉｏｎ．Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ： ＩＥＥＥ Ｐｒｅｓｓ，２０００（１）：８８—１０２