Lucrarea nr. 6 COMUNICAȚIA SERIALĂ SINCRONĂ Modulul MASTER SYNCHRONOUS SERIAL PORT (MSSP)

Transcription

1 Prezentare generală Lucrarea nr. 6 COMUNICAȚIA SERIALĂ SINCRONĂ Modulul MASTER SYNCHRONOUS SERIAL PORT (MSSP) Transmisiunea asincronă este folosita, de regulă, atunci când datele care trebuie transmise sunt generate la intervale aleatoare, spre exemplu de la o tastatură. În acest caz între caractere vor fi pauze mari și receptorul trebuie să aibă posibilitatea de a determina începutul fiecărui caracter nou recepționat. În acest scop fiecare caracter transmis este încadrat între două elemente adiționale reprezentate electric în mod diferit: un element de start, precedând caracterul (combinația de cod care reprezintă caracterul) și un element de stop, care urmează după caracter. În transmisiunea sincronă octeții se transmit fără pauza, unul după altul. Pentru a separa simbolurile binare recepționate receptorul trebuie sa aibă o bază de timp sincronizata cu cea a transmițătorului. Dacă baza de timp nu este sincronizată, datele vor fi reconstituite cu erori. Deci, prin intermediul acelor simboluri de sincronizare, receptorul delimitează corect caracterele. Este preferată transmisiunea sincronă deoarece nu este eficient să se adauge, fiecărui caracter sau octet, elementele de start și de stop atunci când se transmit blocuri mari de date și la debite mari. Se pot transmite combinațiile de cod care corespund acestor caractere una după alta fără pauze și fără elementele de start și de stop. Modulul MSSP este o interfață de comunicație serială utilă pentru comunicarea cu alte dispozitive periferice sau alte microcontrollere. Aceste periferice pot fi memorii EEPROM seriale, regiștrii de deplasare, drivere de afișare, convertoare A/D, etc. Acest modul poate opera în două moduri: - Serial Peripheral Interface (SPI) (Interfața periferică serială) - Inter-Integrated Circuit (I2C) Interfața I2C suportă următoarele moduri de comunicație: - Master mode - Multi-Master mode - Slave mode Toate microcontrollerele din familia PIC18F87J11 au două modue MSSP, denumite MSSP1 și MSSP2. Fiecare din aceste module operează independent unul față de celălalt. Comunicația SPI SPI este utilizată adeseori atunci când sunt disponibile puține linii I/O, dar comunicația între două sau mai multe dispozitive trebuie să fie rapidă și ușor de implementat. Denumirea SPI provine de la Serial Peripheral Interface. SPI este un protocol de transmitere de date sincronă ce permite unui dispozitiv Master să inițieze comunicația cu un dispozitiv Slave. Microcontrollerele PIC au implementate module SPI denumite Synchronous Serial Port sau Master Synchronous Serial Port. SPI este un protocol sincron. Semnalul de ceas care sincronizează comunicația este furnizat de dispozitivul Master. Semnalul de ceas controlează momentele când datele au fost modificate și când pot fi citite. Protocolul RS-232 și alte protocoale asincrone nu utilizează un semnal de ceas, în schimb timpul în care are loc comunicația trebuie controlat cu precizie. Deoarece SPI are un semnal de ceas, acesta poate varia fără a afecta datele transmise. Acest lucru face comunicația SPI ideală atunci când microcontrollerul nu are un semnal de ceas foarte precis, așa cum este cazul unui oscilator RC. SPI este un protocol de tip Master Slave. Doar dispozitivul Master poate controla linia de semnalului de ceas (SCK). Datele nu pot fi transmise fără un control al semnalului de ceas. Toate dispozitivele Slave sunt controlate de semnalul de ceas care este controlat de dispozitivul Master. Dispozitivele Slave nu pot controla semnalul de ceas. Regiștrii de configurare SSP vor stabili modul în care circuitul răspunde la semnalul de ceas. SPI este un protocol de schimb de date. Odată ce un set de date este transmis, un set de date poate fi primit. 1

2 Atunci când un dispozitiv transmite date, datele ce sosesc pe linia de comunicație trebuie citite înainte ca alte date să fie din nou transmise. Dacă datele sosite nu sunt citite, aceste date vor fi pierdute și modulul SPI poate deveni inactiv. Din acest motiv este obligatorie citirea datelor după un transfer, chiar dacă aceste date nu au nici o valoare pentru aplicație. Datele sunt întotdeanu inter-schimbatee între cele două dispozitive. Nici unul dintre dispozitive nu poate fi doar emițător sau doar receptor în acest protocol. Fiecare dispozitiv are două linii de date: o linie pentru intrare și una pentru ieșire. Aceste schimburi sunt controlate cu semnalul de ceas de pe linia SCK. Adesea un semnal de selectare a dispozitivului Slave controlează când un dispozitv este accesat. Acest semnal trebuie utilizat atunci când există mai multe dispozitive Slave în sistem și este opțional dacă avem un singur Slave. Acest semnal este cunoscut sub numele de semnal SS (Slave Select). El semnalează unui Slave că un dispozitiv Master doreștee începerea unei comunicații SPI cu acesta. În cele mai multe cazuri acest semnal este activ pe nivel low, astfel că un nivel low pe această linie va indica faptul că există o comunicație SPI între cele două dispozitive. El este utilizat t pentru a mări imunitate liniei de comunicație la zgomote. Funcția lui este de a reseta dispozitivul Slave astfel încât acesta să fie gata pentru primirea următorului octet. În comunicațiaa SPI, datele sunt schimbate în timpul modificării semnalului SCK (low ->high sau high ->low). În acest fel datele sunt sincronizate cu semnalul de ceas. Logic, punctul în care datele sunt citite este opus cu momentul în care acestea sunt schimbate. Datele sunt valide în punctul de citire. Comunicație SPI Pentru utilizarea corectă a unui modul SPI este necesară setarea corespunzătoare a unor regiștrii. Registrul SSP1CON1 este registrul de control al modulului MSSP1. bit 7 WCOL: Write Collision Detect bit 1 = The SSPxBUF register is written while it is still transmitting the previous word (must be cleared in software) 0 = No collision bit 6 SSPOV: Receive Overflow Indicator bit SPI Slave mode: 1 = A new byte is received while the SSPxBUF register is still holding the previous data. In case of overflow, the data in SSPxSR is lost. Overflow can only occur in Slave mode. The user must read the SSPxBUF, even if only transmitting data, to avoid setting overflow (must be cleared in software). 0 = No overflow bit 5 SSPEN: Master Synchronous Serial Port Enable bit(2) 1 = Enables serial port and configures SCKx, SDOx, SDIx and SSx as serial port pins 0 = Disables serial port and configures these pins as I/O port pins bit 4 CKP: Clock Polarity Select bit 1 = Idle state for clock is a highh level 0 = Idle state for clock is a low level bit 3-0 SSPM3:SSPM0: Master Synchronous Serial Port Mode Select bits(3) 2

3 0101 = SPI Slave = SCKx pin, SSx pin control disabled, SSx can be used as I/O pin 0100 = SPI Slave = SCKx pin, SSx pin control enabled 0011 = SPI Master = TMR2 output/ = SPI Master = FOSC/ = SPI Master = FOSC/ = SPI Master = FOSC/4 Bitul SSPOV provine de la Synchronous Serial Port OVerflow și este setat automat de către microcontroller ori de câte ori apare o eroare de depășire. O eroare de depășire apare atunci când transferul SPI s-a terminat dar datele anterioare nu au fost citite din registrul SSPBUF. Dacă SSPOV este setat, el trebuie pus la valoarea 0 de către programul utilizator. Observație: Datele din SSPBUF nu vor fi actualizate până când condiția de overflow nu este resetată. Bitul SSPEN provine de la Synchronous Serial Port Enable. Acesta este setat la 1 atunci când se dorește activarea modulului SSP. Modulul trebuie păstratt activ pe întreaga duratăă a utilizării. Bitul CKP selectează polaritatea semnalului de ceas, adică va stabili dacă modulul estee în starea idle pe nivel high sau low. SSP1STAT provine de la Synchronou us Serial Port STATus și furnizeazăă o serie de biți necesari pentru controlul comunicației SPI. bit 7 SMP: Sample bit SPI Master mode: 1 = Input data sampled at end of data outpu time 0 = Input data sampled at middle of data output time SPI Slave mode: SMP must be cleared when SPI is used in Slave mode. bit 6 CKE: SPI Clock Select bit(1) 1 = Transmit occurs on transition from active to Idle clock state 0 = Transmit occurs on transition from Idle to active clock state bit 5 D/A: Data/Address bit bit 4 P: Stop bit This bit is cleared when the MSSPx module is disabled, SSPEN is cleared. bit 3 S: Start bit bit 2 R/W: Read/Write Information bit bit 1 UA: Update Address bit bit 0 BF: Buffer Full Status bit (Receivee mode only) 1 = Receive complete, SSPxBUF is full 0 = Receive not complete, SSPxBUF is empty SMP controlează timingul eșantionării datelor. Acest bit trebuiee menținut la valoarea 0 în cazul în care dispozitivul PIC este Slave. Dacă dispozitivul este Master, acest bit controlează dacă datele sunt eșantionate în mijlocul semnalului sau la sfârșitul acestora. Acest bit permite compatibilizarea masterului cu orice dispozitiv Slave. CKE provine de Clock Edge Select. Funcția exactă a bitului depinde de setarea lui CKP. Acest bit controlează modul de transmitere al datelor în raport cu semnalul de ceas. Biții CKP și CKE determinăă ce mod de SPI este utilizat pentru transeferul datelor. Aceste moduri sunt numite 0,0 0,1 1,0 1,1 și se referă lă modul în care acești biți sunt configurați. BF este un bit de tip flag ce semnaleazăă terminarea transmisiei sau recepțieii unui octet. Acest bit estee setat și resetat automat de către microcontroller. 3

4 Folosind placaa PICDEM Explorer, afișarea de mesaje pe diplay se realizează prin intermediul unui circuit MCP23S17, circuit ce utilizează protocolul SPI pentru comunicația cu Microcontrol lerul. Acest circuit este un circuit de expandare (datelee transmise serial de la microcontroller folosind 4 pini pot fi transmise mai departe pe cei 16 pini ai porturilor A și B). Circuitul MCP23S17 controlează LCD-ul prin 10 pini: 8 pini pentru date ( D0 - D07), bitul de activare al LCD ului enable (E) și bitul de selectare registru (RS). Microcontrollerul comunică cu circuitul MCP23S17 prin intermediul pinilor RA2 (corespunzător liniei CS), RC3 (corespunzătorr liniei SCK) ), RC4 (corespunzător liniei SDI) șii RC5 (corespunzător liniei SDO). Conectarea între cele trei circuite este prezentată în figura următoare (pinii legați între ei fiind încercuiți cu aceeași culoare). Pentru controlul MCP23S17, mai întâi se specifică dacă se dorește o citire sau o scriere în acesta, se transmite apoi adresa registrului în care se scrie și apoi datele ce se scriu în acest registru. Regiștrii utilizați în exemplul de mai jos sunt următorii: - IODIRA (cu adresa 0x00) stabileștee dacă pinii portului A sunt folosiți pentru citire sau scriere; - IODIRB (cu adresa 0x01) stabilește dacă pinii portului B sunt folosiți pentru citire sau scriere; - GPIOA (cu adresa 0x12) stabilește datele de pe pinii portului A; - GPIOB (cu adresa 0x13) stabilește datele de pe pinii portului B. Exemplu: Programul următor scrie pe display două mesaje: pe prima linie mesajul este scris cu ajutorul unei funcții ce scrie șiruri de caractere, iar pe a doua linie mesajul este scris caracter cu caracter. Mesajele sunt scrise folosind funcții de lucru cu modulu MSSP ale compilatorului XC8: OpenSPI1, WriteSPI1, CloseSPI1. Programul utilizează microcontrollerul PIC18F8722, așa că switch-ul S4 trebuie poziționat în poziția PIC. 4

5 #include <xc.h> #include <spi.h> #include <delays.h> // CONFIGURARE Microcontroller #pragma config WDT = OFF #pragma config OSC = HS #pragma config FCMEN = OFF #pragma config XINST = OFF #define CS PORTAbits.RA2 // addresele registrilor circuitului MCP23S17 #define IODIRA_ADDRESS 0x00 #define IODIRB_ADDRESS 0x01 #define GPIOA_ADDRESS 0x12 #define GPIOB_ADDRESS 0x13 // Prototipuri functii void setiodir(char, char); void setgpio(char, char); void lcdcommand(char); void lcdchar(unsigned char); void lcdgoto(char); void lcdwritestring(unsigned char*); void main(void) { TRISAbits.RA2=0; // pe portul RA2 se face activarea circuitului Slave CS=1; // setarea CS la high, pentru transmitere informatii la MCP23S17 OpenSPI1(SPI_FOSC_64, MODE_10, SMPEND); // configurare SPI setiodir(iodirb_address,0x00); // setare pini DB0-DB7 ca iesiri setiodir(iodira_address,0x00); // set RS si E LCD ca iesiri lcdcommand(0b ); // Functie setare display: 8 biti, 2 linii lcdcommand(0b ); // Cursor lcdcommand(0b ); // clear display lcdcommand(0b ); // entry mode lcdwritestring("primul MESAJ"); // scrierea unui sir de caractere lcdgoto(0x40); // salt la linia 2 lcdchar('m'); // scriere unui singur caracter lcdchar('o'); lcdchar('d'); lcdchar('u'); lcdchar('l'); lcdchar('u'); lcdchar('l'); lcdchar(' '); lcdchar('s'); lcdchar('p'); lcdchar('i'); CloseSPI1(); while(1){ // functie utilizata pentru scrierea valorilor in porturile MCP23S17 void setgpio(char address, char value){ CS=0; // inceputul transmisiei 5

6 WriteSPI1(0x40); WriteSPI1(address); WriteSPI1(value); CS=1; // sfarsitul transmisiei /* functie utilizata pentru setarea directiei porturilor circuitului MCP23S17 */ void setiodir(char address, char dir){ CS=0; WriteSPI1(0x40); // WriteSPI1(address); // selectare IODIRB WriteSPI1(dir); // setare directie CS=1; // functie pentru transmitere comenzi catre display void lcdcommand(char command){ setgpio(gpioa_address,0x00); // E=0 setgpio(gpiob_address, command); // transmitere date setgpio(gpioa_address,0x40); // E=1 setgpio(gpioa_address,0x00); // E=0 // Functia pentru afisarea unui caracter pe display void lcdchar(unsigned char letter){ setgpio(gpioa_address,0x80); // RS=1 setgpio(gpiob_address,letter); // transmitere caracter pentru afisare setgpio(gpioa_address, 0xc0); // RS=1, EN=1 setgpio(gpioa_address,0x00); // RS=0, EN=0 //* pozitionare cursor void lcdgoto(char pos){ lcdcommand(0x80+pos); void lcdwritestring(unsigned char *s){ while(*s) lcdchar(*s++); TEME: 1. Să se implementeze programele din exemple pe un microcontroller PIC18F Să se realizeze un program astfel care să modifice mesajul afișat pe display la apăsarea butonului S1, astfel: - inițial pe ecran este afișat mesajul MENIU - la prima apăsare: 1. INTRODUCERE - la a doua apăsare: 2. CAPITOLUL I - la a treia apăsare 3. CAPITOLUL II - la a patra apăsare se reiau mesajele de mai sus. 3. Să se realizeze un program pentru realizarea unui ceas ( afișarea orei pe display în format hh:mm:ss). Ora va fi actualizată la fiecare secundă. 6