ARM與TLV5637的模擬SPI接口設計

摘 要 在對SPI接口協議進行分析的基礎上，提出了利用ARM的GPIO口來模擬SPI接口的通用實現方法。根據串行D／A芯片TLV5637的時序特性和操作要求，利用模擬的SPI接口方法，實現了對TLV5637的訪問。
關鍵詞 模擬SPI ARM TLV5637

引 言
SPI(Serial Peripheral Interface)是Motorola公司推出的一種同步串行外圍接口。該接口由于協議實現簡單，傳輸速度快等優點，已被廣泛應用于EEPROM、 Flash、實時時鐘、A／D轉換器以及D／A轉換器等芯片的讀寫。本文根據實際工程中的應用需求，用ARM芯片LPC2378的GPIO來模擬SPI接口，以實現對外圍SPI接口器件的操作。其中，D／A轉換是系統中的一個功能單元，利用GPIO模擬SPI接口的思想和方法，實現對串行D／A芯片 TLV5367的訪問，以滿足工程要求。

1 SPI串口通信格式
SPI接口協議要求接口設備按主一從方式進行配置，總線上可以連接多個可作為主機的控制器、具備SPI接口的輸入／輸出設備，但同一時間內總線上只能允許一個設備充當主機。通常，SPI接口包括4種信號：
MISO串行數據輸入，也稱主入從出。
MOSI 串行數據輸出，也稱主出從入。
SCK 串行時鐘，由主機提供給從機。
SS 從機片選信號。
在時鐘SCK的作用下，SPI主機發送寄存器的內容順序移位輸出給SPI從機。同時，SPI從機也將其數據寄存器的內容移位輸出給主機。圖1為其工作原理示意圖。

2 基于ARM的SPI接口模擬
LPC2378是Philips公司生產的ARM7系列芯片。該芯片是一款支持實時仿真和嵌入式跟蹤的16／32位 ARM7TDMI-S微控制器，具有三級流水線指令處理結構。LPC2378具有5個32位的GPIO端口。對GPIO口的控制可以通過操作以下GPIO 寄存器來實現：
FIODIR 快速GPIO端口方向控制寄存器；
FIOMASK 快速GPIO端口屏蔽寄存器；
FIOPIN 快速GPIO端口狀態寄存器；
FIOSET 快速GPIO端口置位寄存器；
FIOCLR 快速GPIO端口清零寄存器。
通常，SPI接口的串行時鐘SCK按時序可以分為兩種：在SCK上升沿采樣數據和在SCK的下降沿采樣數據。由于SPI接口定義的靈活性，導致了各個廠商生產的具有SPI接口的芯片在工作時序上不一致。為了提高程序的通用性，用條件編譯的方法來設置。同時為了增強程序的規整性，作如下設定：P2．0輸出 SS從機使能信號；P2．1輸出SCK時鐘信號；P2．2對應MISO信號；P2．3對應MOSI信號。圖2所示為GPIO模擬SPI接口發送一個字符數據的程序流程。發送數據前需將從機使能信號設置為有效，而且一直保持到數據發送完畢。由于是在SCK上升沿數據有效，因此在發送每個數據位前需將SCK設為低電平，然后根據數據最高位來設定MOSI端口的輸出電平，最后再將SCK設置為高電平。SPI從機設備便在SCK的上升沿處對MOSI信號線采樣，從而讀取該數據位電平。在SCK下降沿采樣數據，只需將SCK設置高低電平的次序互換即可。