AD7888與S3C2410的SPI接口及Linux下嵌入式驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)
串行外圍設(shè)備接口SPI(serial peripheral interface)總線技術(shù)是Motorola公司推出的一種同步串行接口，它允許CPU與TTL移位寄存器、A/D或D/A轉(zhuǎn)換器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTO)、存儲(chǔ)器以及LCD和LED顯示驅(qū)動(dòng)器等外圍接口器件以串行方式進(jìn)行通訊。
SPI總線只需3～4根數(shù)據(jù)線和控制線即可擴(kuò)展具有SPI接口的各種I/O器件，其硬件功能很強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)軟件相當(dāng)簡(jiǎn)單。串行A/D轉(zhuǎn)換器具有電路簡(jiǎn)單、工作可靠的特點(diǎn)，而ARM芯片被設(shè)計(jì)用于手持設(shè)備以及普通的嵌人式應(yīng)用的集成系統(tǒng)，將上述兩種實(shí)用的芯片和SPI總線技術(shù)相結(jié)合以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集十分有效。
1 AD7888的功能與使用
AD7888是美國(guó)模擬器件公司推出的一款高速低功耗12位A/D轉(zhuǎn)換器，采用2.7～5.25 V單電源供電，最大通過(guò)率可達(dá)到125 kSPS。AD7888的輸入采樣/保持電路在500 ns內(nèi)獲取一個(gè)信號(hào)，采用單端采樣模式，包含8個(gè)單端模擬輸入，模擬輸入電壓從0到VREF。AD7888有2.5 V的片內(nèi)基準(zhǔn)電壓，也可以使用外部基準(zhǔn)電壓，范圍從1.2 V到VDD。CMOS制造工藝確保了低功耗，正常工作時(shí)為2 mW，掉電狀態(tài)下為3uW。可以選擇多種電源管理模式(包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后自動(dòng)處于掉電模式)，與多種串行接口兼容(SPI/QSPI/MICOWIRE/DSP)。AD7888可廣泛應(yīng)用于電池供電系統(tǒng)(個(gè)人數(shù)字助理、醫(yī)療儀器、移動(dòng)通信)、儀表控制系統(tǒng)和高速調(diào)制/解調(diào)器等領(lǐng)域。該器件采用16腳SOIC和TSSOP外形封裝，外形及引腳定義見(jiàn)圖1和表1。
圖1 AD7888的引腳圖
AD7888的控制寄存器是8位只寫寄存器。數(shù)據(jù)在SCLK的上升沿從DIN引腳載人，同時(shí)獲取外部模擬量轉(zhuǎn)換的結(jié)果。每次數(shù)據(jù)的傳輸需要準(zhǔn)備16個(gè)連續(xù)時(shí)鐘信號(hào)。只有在片選信號(hào)下降之后的前8個(gè)時(shí)鐘脈沖的上升沿提供的信息裝入控制寄存器。
圖2顯示了詳細(xì)的串行接口時(shí)序圖，串行時(shí)鐘提供了轉(zhuǎn)換時(shí)序，且控制AD7888轉(zhuǎn)換信息的輸入輸出。CS初始化數(shù)據(jù)傳送和轉(zhuǎn)換處理。在其下降沿之后的1.5個(gè)時(shí)鐘周期開(kāi)始采樣輸入信號(hào)，這段時(shí)間表示為tACQ(獲取時(shí)間)。整個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程還需要14.5個(gè)時(shí)鐘周期來(lái)完成，這段時(shí)間表示為 tCONVERT(轉(zhuǎn)換時(shí)間)。
從AD7888獲取數(shù)據(jù)的整個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程需要16個(gè)時(shí)鐘周期。CS上升沿之后，總線返回高阻狀態(tài)。如果CS繼續(xù)保持低電平，則準(zhǔn)備新一輪的轉(zhuǎn)換。進(jìn)行采樣的輸入通道的選擇是提前寫入控制寄存器的，因此在轉(zhuǎn)換時(shí)，用戶必須提前寫入以備通道的轉(zhuǎn)換。也就是說(shuō)，在進(jìn)行當(dāng)前轉(zhuǎn)換時(shí)，用戶就必須提前寫入通道的地址以備下次轉(zhuǎn)換使用。
圖2串行接口時(shí)序圖
2 S3C2410的主要功能
S3C2410是三星公司推出的采用RISC結(jié)構(gòu)的16/32位微處理器。它基于ARM920T內(nèi)核，采用五級(jí)流水線和哈佛結(jié)構(gòu)，最高頻率可達(dá)203 MHz，是高性能和低功耗的硬宏單元。ARM920T具有增強(qiáng)ARM體系的MMU(支持WinCE，EPOC 32和Linux)、16kB的指令和數(shù)據(jù)高速緩存以及高速AMBA總線接口。
S3C2410被設(shè)計(jì)用于手持設(shè)備以及普通的嵌入式應(yīng)用的集成系統(tǒng)，為了降低整個(gè)系統(tǒng)的成本，S3C2410還包括下面的部分：LCD控制器 (STN&TFT)、NAND Flash引導(dǎo)裝入程序、系統(tǒng)管理(片選邏輯和SDRAM控制器)、3通道UART，4通道DMA、4通道PWM時(shí)鐘、I/O口、RTC、8通道10位ADC及觸摸屏接口、IIC總線接口、IIS總線接口、USB主口和USB設(shè)備口、SD主口和多媒體卡接口、2通道SPI和2通道PLL。
S3C2410有2個(gè)SPI口，可以實(shí)現(xiàn)串行數(shù)據(jù)的傳輸。每個(gè)SPI接口各有2個(gè)移位寄存器分別負(fù)責(zé)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。在傳送數(shù)據(jù)期間，發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)是同步進(jìn)行的，傳送的頻率可由相應(yīng)的控制寄存器設(shè)定。如果只想發(fā)送數(shù)據(jù)，則接收數(shù)據(jù)為啞元;如果只想接收數(shù)據(jù)。則需發(fā)送啞元“0xff”。SPI接口共有4個(gè)引腳信號(hào)：串行時(shí)鐘SCK(SPICLK0，1)、主入從出MISO(SPICLK0，1)和主出從入MOSI(SPIMOSI0，1)數(shù)據(jù)線、低電平有效引腳/SS(nSSO，1)。
S3C2410的SPI接口具有如下特點(diǎn)
(1)兼容SPI協(xié)議(ver.2.11);
(2)有分別用于發(fā)送和接收的8位移位寄存器;
(3)有設(shè)定傳送頻率的8位寄存器;
(4)有輪詢、中斷和DMA三種傳送模式。
3 接口與驅(qū)動(dòng)
根據(jù)S3C2410的SPI特點(diǎn)及AD7888的工作原理確定其接口如圖3所示。
圖3 AD7888與S3C2410的連接圖
為了實(shí)現(xiàn)S3C2410和AD7888在嵌入式Linux下的高速A/D轉(zhuǎn)換，還編寫了兩者接口的驅(qū)動(dòng)程序，該驅(qū)動(dòng)程序功能的實(shí)現(xiàn)主要由以下幾個(gè)函數(shù)完成。
(1)Init_SPI()完成SPI的初始化
void Init_SPI(void)
{
int i;
rSPPRE0=0x32;
rSPCON0=0x1e;
for(i=0;i<10;i++)
rSPTDAT0=0xff;
rGPECON |=0x0a800000;
rGPECON&=(~0x05400000);
rGPEUP |=0x3800;
//GPH5----->CS
rGPHCON |=0x0400;
rGPHCON&=(~0x0800);
rGPHUP&=(~0x20);
rGPHDAT |=0x20;
}
(2)ad_wr()寫入要求A/D轉(zhuǎn)換的通道
static ssize_t ad_wr(struCt file *file,const char *bur,size_t count,loft_t *offset)
{
int ret="0";
int i="0";
dbuf="kmalloc"(count *sizeof(unsigned char),GFP_KERNEL);
copy_from_user(dbuf,bur,count);
for(i=0;i ADTXdata[i]=dbuf[i];
kfree(dbuf);
return ret;
}
(3)ad_rd()得到A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果
statie ssize_t ad_rd(struet file *file,char *bur,size_t count,loft t *offset)
{
int ret="0";
int i="0";
ad_convert();
ad_convert();
dbuf="kmalloc"(count *sizeof(unsigned char),GFP KERNEL);
for(i=0;i dbuf[i]=ADRXdata[i];
copy_to_user(bur,dbuf,count);
kfree(dbuf);
return ret;
}
(4)ad_convert()實(shí)際完成A/D轉(zhuǎn)換
void ad_convert(void)
{
rGPHDAT&=(~0x20);
udelay(100000);
spi_tx_data(ADTXdata[0]);
ADRXdata[0]=rSPRDATO;
spi_tx_data(0xff);
ADRXdata [1 ]=rSPRDATO;
rGPHDAT |=0x20;
}
(5)spi_tx_data()完成發(fā)送數(shù)據(jù)
void spi_tx_data(unsigned char data)
{
spi_poll_done();
rSPTDAT0=data;
spi_poll_done();
}
(6)spi_poll_done()輪詢SPI狀態(tài)
static void spi_poll_done(void)
{
while(!(rSPSTA0&0x01));
}
說(shuō)明：1)ADTXdata和ADRXdata是unsigned char的全局?jǐn)?shù)組變量，分別負(fù)責(zé)存放AD7888的控制寄存器數(shù)據(jù)和A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果。2)ad_rd()中ad_convert()調(diào)用了2次，第1 次調(diào)用用于通知要采某通道的數(shù)據(jù)，第2次調(diào)用用于得到該通道A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果。這樣雖然犧牲了一些轉(zhuǎn)換的速度，但可使應(yīng)用程序編程更加直觀。
4 結(jié)論
應(yīng)用帶SPI接口的串行A/D轉(zhuǎn)換器占用較少的微處理器I/O資源，硬件聯(lián)接簡(jiǎn)單、軟件易于實(shí)現(xiàn)，程序運(yùn)行效率高。帶有SPI接口的串行A/D轉(zhuǎn)換器和ARM微處理器的結(jié)合可廣泛應(yīng)用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能的掌上設(shè)備及其他嵌入式的系統(tǒng)，如：醫(yī)療儀器、通信設(shè)備、抄表設(shè)備等領(lǐng)域。
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