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[導(dǎo)讀]SPI總線在XF-S4240與MCS51通信中的應(yīng)用介紹

SPI總線技術(shù)是Motorola公司推出的一種同步串行接口。它可以使MCU與各種外圍設(shè)備以串行方式進行通信以交換信息,并且硬件連接較少,編程方便。 SPI接口已經(jīng)是一種標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)接口,目前已有很多MCU及外設(shè)都帶有SPI接口。MCS51雖然也有帶SPI接口的單片機——AT89S8252,但價格相對較高。在開發(fā)基于RFID的自助語音導(dǎo)游系統(tǒng)中,由于RFID讀卡模塊帶有SCI接口,XF-S4240語音合成模塊帶有SCI及SPI接口,如采用不帶有SPI接口的AT89C51單片機,必然存在擴展接口的問題。

     本文介紹的C51軟件模擬實現(xiàn)SPI通信接口的方法,編程簡單,有效降低了系統(tǒng)的成本。該方法已在項目開發(fā)中得到了驗證。

  1 語音模塊XF-S4240

  XF-S4240中文語音合成模塊是中科大訊飛信息科技有限公司面向高端應(yīng)用推出的嵌入式中文語音合成模塊,可支持任意的中文文本、英文字母的語音合成。該模塊可以通過異步串口(UART)、SPI接口及I2C總線3種方式接收待合成的文本,直接合成為語音輸出。

  XF-S4240語音模塊封裝成16引腳形式,其13~16腳就是SPI通信接口。

  其命令格式由幀頭、數(shù)據(jù)長度區(qū)及數(shù)據(jù)區(qū)3部分組成。如要合成“歡迎您參觀莫高窟。”,只需對模塊發(fā)送格式為GB2312的文本代碼:

  


 

  其中0xFD為幀頭,0x00為數(shù)據(jù)區(qū)長度的高字節(jié),0x14為數(shù)據(jù)區(qū)長度的低字節(jié)(注意:長度字節(jié)為合成代碼字節(jié)長+2),0x01為語音合成命令,0x00為GB2312的命令碼。0xBB、0xB6為“歡”的GB2312碼,0xD3、0xAD為“迎”的G132312碼……0xA1、 0xA3為“。”的GB2312碼。

  2 XF-S4240的SPl通信方式

  2.1 XF-S4240的SPI通信說明

  XF-S4240模塊的SPI接口是4線全雙工同步串行通信接口。模塊在SPI通信中設(shè)置為Slave身份,SPI通信所需的時鐘信號由上位機提供,即上位機作為SPI通信中的Master身份,傳輸數(shù)據(jù)的位數(shù)為8位。

  圖 1是SPI通信的時序。SPI通信屬于同步串行通信。在與模塊的通信中,上位機將提供SCK同步時鐘信號。在SCK的上升沿,模塊和上位機同時鎖存1位數(shù)據(jù),每傳輸8位數(shù)據(jù)完成1字節(jié)數(shù)據(jù)的傳輸。使用SSEL選擇使能信號,是為了方便用戶在SPI通信接口上掛接多個XF-S4240板卡(或其他SPI接口的設(shè)備)。在與選定的XF-S4240板卡通信時,要將此設(shè)備的SSEL置為低電平,否則無法正常通信。

  

 

  在本項目中,單片機是主設(shè)備,語音模塊是從設(shè)備。主模式的顯著特征是:不論是發(fā)送還是接收,始終有SPI-CLK信號,SPISTE信號不是必需的。因為SPI串口只能有1片主機,因而不存在主機選擇問題,而且主模式下,同步時鐘SPICLK應(yīng)由主機提供。

  2.2 SPI通信的工作原理

  要模擬SPI接口的工作過程,必須先了解SPI通信的工作原理。

  在主機發(fā)送數(shù)據(jù)時,直接將要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫到主機的數(shù)據(jù)發(fā)送寄存器SPIDAT。這個寫操作就自動地啟動了主機的發(fā)送過程,即在同步時鐘SPICLK的節(jié)拍下將SPIDAT的內(nèi)容按位送到引腳SPISIMO上。經(jīng)過8位時鐘周期完成1字節(jié)的發(fā)送。當(dāng)SPIDAT的內(nèi)容移送完畢時,硬件將置一個中斷標(biāo)志 SPIINT FLAG,通知主機這個數(shù)據(jù)塊發(fā)送完畢。

  對于從機,在同步時鐘SPICLK的作用下,將引腳SPISI-MO上的數(shù)據(jù)按位接收到移位寄存器SPIDAT。當(dāng)一個完整的數(shù)據(jù)塊接收完畢后,將置一個中斷標(biāo)志SPIINT FLAG,通知從機這個數(shù)據(jù)塊接收完畢;同時將這個數(shù)據(jù)塊的內(nèi)容復(fù)制到從機的SPI數(shù)據(jù)接收寄存器SPIRXBUF中,并進行右對齊。SPI通信中主機和從機的連接如圖2所示。

  

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3 軟件模擬SPI接口的實現(xiàn)

  3.1 XF-S4240語音模塊與單片機的連接

  本設(shè)計中,AT89C51的SCI接口已被RFID讀卡模塊WM-01TA占用,由于AT89C51不帶有SPI接口,需要用I/O口模擬實現(xiàn)SPI接口來實現(xiàn)與XF-S4240的通信。為了保持電路與AT89S8252電路的一致性,在AT89C51的P1口(其中的P1.4~P1.7)上擴展了SPI接口。

  SS(P1.4):從使能輸入腳,低電平有效。

  MOSI(P1.5):主數(shù)據(jù)輸出或從數(shù)據(jù)輸入腳。

  MISO(P1.6):主數(shù)據(jù)輸入或從數(shù)據(jù)輸出腳。

  SCK(P1.7):主時鐘輸出或從時鐘輸入腳。

  CS(P1.1):片選。

  RST(P1.0):語音模塊復(fù)位。

  XF-S4240與單片機的連接如圖3所示。

  

 

  3.2 虛擬SPI通信的軟件模擬流程及驗證

  虛擬與SPI流程如圖4所示。

  

 

  虛擬SPI通信程序及驗證如下:

  

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利用此SPI通信子程序,實現(xiàn)了需要的語音合成功能。

  

 

  結(jié)語

  SPI接口現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于各種數(shù)字電路中,能夠與很多種微處理器及外設(shè)相連。在沒有設(shè)置SPI專用接口的場合,采用虛擬SPI的方法是一種簡便易行的解決方案。實踐證明,虛擬SPI時序技術(shù)實現(xiàn)的通信具有簡單、穩(wěn)定、易用的特點,對于提高系統(tǒng)的性價比有現(xiàn)實意義。

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