1458.串行外设接口(SPI)及其应用毕业论文.doc

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1、学士学位论文论文题目：串行外设接口(SPI)及其应用 论文作者： 学 号： 专业方向： 指导老师： （本科）毕业设计目 录一、引言9二、系统分析10（一）、系统开发环境及使用工具101. ARM集成开发工具介绍102 H-JTAG介绍103. 开发板及周边硬件介绍11（二）、AT91SAM7X256简介12三、工作原理13（一）、SPI总线简介131.SPI方框图（图3.1）132.时钟产生（Clock Generation）143.传输延迟（Transfer Delays）144.工作模式145、数据传输方式17四、SPI接口实际应用18（一）、AT91SAM7X256的串行外设接口（SPI

2、）流程图18（二）、1.AT45DB321C简介191.引脚说明（表2）202.读写FLASH方框图213. FLASH存储模块的设计与实现（AT45DB321C）214.写操作225.读操作23（三）、读写AT45DB321C的完整代码（详见附录1）25（四）、外设数据控制器(PDC)( Peripheral DMA Controller)251. PDC应用方框图（图4.13）262.PDC配置263.外设数据控制器 (PDC) 寄存器映射（图4.14）274.PDC传输控制寄存器（图4.15）275.PDC传输状态寄存器（图4.16）286.PDC代码设置28（五）、通过SPI接口读写数

3、据的代码实现（详见附录2）29五、总结29六、参考文献29七、注释29八、附录301.读写FLASH的完整代码302.通过SPI读写数据的代码363.系统设计的硬件环境38九、致谢38串行外设接口(SPI)及其应用 【摘要】：SPI ( Serial Peripheral Interface 串行外设接口) 总线系统是一种同步串行外设接口,允许MCU 与各种外围设备以串行方式进行通信、数据交换。外围设备包括FLASH、A/ D 转换器、MCU 等。SPI 系统接口,一般使用4 条线:串行时钟线(SCK) 、主机输入/ 从机输出数据线MISO、主机输出/ 从机输入数据线MOSI和低电平有效的从机

4、选择线SS。 【Abstract】：SPI (Serial Peripheral Interface - SPI) bus system is a kind of synchronous serial peripheral interface, allowing MCU with a variety of peripheral devices to serial form of communication, data exchange. The peripheral equipment including FLASH, A / D converter, MCU and so on. SPI s

5、ystem interface, the general use of four lines: serial clock line (SCK), Master Input/Slave Output data from the machine-MISO, Master Output/Slave Input data from the machine-MOSI effective and low-choice line from the SS.【关键词】：SPI、FLASH、AT45DB321C、串行外设接口一、引言嵌入式系统无疑是当前最热门最有发展前途的IT应用领域之一。嵌入式系统用在一些特定专

6、用设备上，通常这些设备的硬件资源（如处理器、存储器等）非常有限，并且对成本很敏感，有时对实时响应要求很高等。特别是随着消费家电的智能化，嵌入式更显重要。像我们平常常见到的手机、PDA、电子字典、可视电话、VCD/DVD/MP3 Player、数字相机（DC）、数字摄像机(DV)、机顶盒(Set Top Box)、高清电视(HDTV)、游戏机、智能玩具、交换机、路由器等等都是典型的嵌入式系统。驱动程序的人目前是非常紧缺的（驱动程序也可归于嵌入式范畴），包括桌面Windows中的DDK开发环境和WDM驱动程序。公司每时每刻都要推出新产品，每一个新产品出来了，要能被操作系统所使用，是必须写驱动程序的

7、。在数字技术高速发展的今天,有许多芯片被用作数据交换的核心器件,以起到承上启下数据交换的枢纽作用,或者是在集成电路之间进行数据的存储和显示等,如果需要,它既可以将数字信号进行D/A 转换,以便进行功率放大和信息发送,也可以将外部模拟信号进行A/D转换,以便于同数字逻辑电路进行数据交换,减轻数字逻辑电路处理数据的压力。这些芯片同数字逻辑电路的接口很多采用 SPI(Serial Peripheral Interface) 接口技术。SPI，是英语SerialPeripheralinterface的缩写，顾名思义就是串行外围设备接口。是Motorola首先在其MC68HCXX系列处理器上定义的。SP

8、I接口主要应用在EEPROM，FLASH，实时时钟，AD转换器，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。SPI，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便，正是出于这种简单易用的特性，现在越来越多的芯片集成了这种通信协议，比如AT91RM9200。二、系统分析（一）、系统开发环境及使用工具 本系统在windows2000 sp1环境下开发，使用了ARM集成开发工具开发，使用H-JTAG作为仿真调试软件。 硬件方面，使用了ARM7系列的AT91SAM7X256芯片，AD转换模块使用了深圳芯海公司的CS11 80芯

9、片，flash存储芯片采用了ATMEL公司的AT45DB321C，各组件的详细内容将在接下来的章节里详细介绍。 1. ARM集成开发工具介绍ARM集成开发工具（ARM Developer Suite），简称ADS，是一套集IDE，仿真调试功能于一身的集成工具，本系统的开发过程中使用的是其1.2版本，该版本可以在windowsNT，windows2000，windowsXP等多个操作系统下使用。2 H-JTAG介绍 当我们编写的程序运行出错，执行结果不是预想的那样时，仿真器可以给我们的程序调试带来很大的帮助。通过仿真器，可以在调试主机上控制目标板实现单步运行、全速运行、停止、断点等功能，可以观察

10、芯片内部的每个寄存器的值和存储器的内容。使用仿真器，使查找错误变得十分方便，有利于编写出可靠的程序，可以极大地提高工作效率。 JTAG (Joint Test Action Group，联合测试行动小组)是一种国际标准测试协议（IEEE 1149.1兼容），主要用于芯片内部测试和系统仿真调试，通过JTAG接口，可以访问芯片内部所有部件，而不占用其它任何片上资源，属于完全非插入式调试。这种调试方法，目标程序仍然在目标板上执行，仿真时的硬件结构和实际运行时一致，因此，这种仿真方法最接近于系统实际运行时的状况，不会由于仿真器的插入带来线路板物理参数的改变，程序在仿真调试下执行的结果就是实际运行时的结

11、果。ARM的JTAG接口是由5条信号线：TRST、TMS、TCK、TDI、TDO，分别为测试复位输入信号、模式选择、时钟、数据输入和数据输出线。JTAG 仿真器是通过 ARM 芯片的 JTAG 接口进行调试的一种设备。它的一个端口和被仿真ARM芯片的JTAG端口连接，另一端则和调试主机相连，运行于调试主机上的调试软件向仿真器发送命令和数据，仿真器在这里起到一个协议转换的作用，利用JTAG协议与被仿真ARM通讯，完成调试主机和被仿真ARM间的数据传送。基于JTAG仿真的种种优点，现在普遍均采用JTAG 仿真器进行开发。 而目前市面上的商业仿真器，性能优良，但是价格比较昂贵，因此我们选择了wigg

12、ler仿真器，使用 WIGGLER JTAG 仿真器，需要在计算机上运行一个 JTAG 调试代理软件。调试主机上运行的集成开发环境（例如 ADS）发出的调试命令经过一个调试代理进行协议转换，将符合JTAG协议的数据通过PC机并口输出，通过并口的信号线调试代理软件模拟JTAG的时序，达到与被调试ARM芯片通讯的目的。配合优秀的JTAG调试代理软件，功能完全可以媲美各种商业仿真器。H-JTAG 就是这样一款仿真驱动软件，由TWENTYONE大虾编写，支持大多数主流调试环境，我们的ADS1.2就是其中之一，同时它能支持所有的ARM7/ARM9处理器。3. 开发板及周边硬件介绍本系统使用的开发板采用了

13、基于ARM7TDMI的AT91SAM7X256芯片，ARM7系列为低功耗32位核，最适用于对价位和功耗敏感的消费类应用。ARM7系列的主要特点如下： . 嵌入式ICE-RT逻辑，该部分被集成进了所有的ARM处理器中，用于跟踪、调试程序；. 极低功耗； . 能提供0.9MIPS/MHz（实际上就是1微秒处理0.9条指令）的三级流水线（取指、译码、执行）和冯诺依曼结构； ARM7TDMI是世界上广泛使用的32位嵌入式RISC处理器。它是目前用于低端的ARM处理器核，应用范围非常广。 ARM7TDMI的含义如下： . T 16位压缩指令集Thumb； . D 支持片上调试，处理器可以响应调试指令以暂

14、停程序的运行； . M 增强型乘法器（multiplier），与以前的处理器相比性能更高，其能够产生全64位结果； . I 嵌入式ICE逻辑，支持片上断点和调试点。开发板同时使用了ATMEL的AT45DB321C FLASH芯片作为存储介质，使用了深圳芯海公司的CS1180芯片作为A/D转换模块，同时有LED，数码管，4*4键盘灯周边设备。开发板通过并口线与仿真器相连接同时通过PC的并口线进行与PC之间的通讯工作，其原理图如下（图2.1）。图2.1（二）、AT91SAM7X256简介AT91SAM7X256是ATMEL 32位ARM RISC 处理器小引脚数Flash微处理器家族的一员。它拥有

15、256K 字节的高速Flash 和64K 字节的SRAM，丰富的外设资源，包含802.3 以太网MAC控制器和CAN总线控制器。Flash存储器可以通过JTAG-ICE 进行编程，或者是在贴装之前利用编程器的并行接口进行编程。锁定位可以防止固件不小心被改写，而安全锁定位则可以保护固件的安全。 AT91SAM7X256 的复位控制器可以管理芯片的上电顺序以及整个系统BOD 和看门狗则可以监控器件是否正确工作。 ARM核ARM7TDMI， FLASH和SRAM和大量的外设包括USART, SPI, CAN控制器，MAC以太网，时间计数器，RTT，模数转换器都整合在这个芯片中。AT91SAM7X256是一个强大的设备能够提供灵活的，有效的解决方案例如：以太网，CAN总线，以及无线网络。三、工作原理（一）、SPI总线简介SPI总线系统是一种同步串行外设接口，它可以使MCU与各种外围