基于S3C2410的串行外围设备接口SPI实现数据采集设计

串行外围设备接口SPI（serial peripheral interface）总线技术是Motorola公司推出的一种同步串行接口，它允许CPU与TTL移位寄存器、A/D或D/A转换器、实时时钟 （RTO）、存储器以及LCD和LED显示驱动器等外围接口器件以串行方式进行通讯。

SPI总线只需3～4根数据线和控制线即可扩展具有SPI接口的各种I/O器件，其硬件功能很强，实现软件相当简单。串行A/D转换器具有电路简单、工作可靠的特点，而ARM芯片被设计用于手持设备以及普通的嵌人式应用的集成系统，将上述两种实用的芯片和SPI总线技术相结合以实现数据采集十分有效。

1 AD7888的功能与使用

AD7888是美国模拟器件公司推出的一款高速低功耗12位A/D转换器，采用2.7～5.25 V单电源供电，最大通过率可达到125 kSPS。AD7888的输入采样/保持电路在500 ns内获取一个信号，采用单端采样模式，包含8个单端模拟输入，模拟输入电压从0到VREF。AD7888有2.5 V的片内基准电压，也可以使用外部基准电压，范围从1.2 V到VDD。CMOS制造工艺确保了低功耗，正常工作时为2 mW，掉电状态下为3uW。可以选择多种电源管理模式（包括数据转换后自动处于掉电模式），与多种串行接口兼容（SPI/QSPI/MICOWIRE /DSP）。AD7888可广泛应用于电池供电系统（个人数字助理、医疗仪器、移动通信）、仪表控制系统和高速调制/解调器等领域。该器件采用16脚 SOIC和TSSOP外形封装，外形及引脚定义见图1和表1。

图2 显示了详细的串行接口时序图，串行时钟提供了转换时序，且控制AD7888转换信息的输入输出。CS初始化数据传送和转换处理。在其下降沿之后的1.5个时钟周期开始采样输入信号，这段时间表示为tACQ（获取时间）。整个转换过程还需要14.5个时钟周期来完成，这段时间表示为tCONVERT（转换时间）。

从AD7888获取数据的整个转换过程需要16个时钟周期。CS上升沿之后，总线返回高阻状态。如果CS继续保持低电平，则准备新一轮的转换。进行采样的输入通道的选择是提前写入控制寄存器的，因此在转换时，用户必须提前写入以备通道的转换。也就是说，在进行当前转换时，用户就必须提前写入通道的地址以备下次转换使用。

2S3C2410的主要功能

S3C2410是三星公司推出的采用RISC结构的16/32位微处理器。它基于ARM920T内核，采用五级流水线和哈佛结构，最高频率可达 203 MHz，是高性能和低功耗的硬宏单元。ARM920T具有增强ARM体系的MMU（支持WinCE，EPOC 32和Linux）、16kB的指令和数据高速缓存以及高速AMBA总线接口。

S3C2410被设计用于手持设备以及普通的嵌入式应用的集成系统，为了降低整个系统的成本，S3C2410还包括下面的部分：LCD控制器 （STN&TFT）、NAND Flash引导装入程序、系统管理（片选逻辑和SDRAM控制器）、3通道UART，4通道DMA、4通道PWM时钟、I/O口、RTC、8通道10位 ADC及触摸屏接口、IIC总线接口、IIS总线接口、USB主口和USB设备口、SD主口和多媒体卡接口、2通道SPI和2通道PLL。

S3C2410有2个SPI口，可以实现串行数据的传输。每个SPI接口各有2个移位寄存器分别负责接收和发送数据。在传送数据期间，发送数据和接收数据是同步进行的，传送的频率可由相应的控制寄存器设定。如果只想发送数据，则接收数据为哑元；如果只想接收数据。则需发送哑元“0xff”。 SPI接口共有4个引脚信号：串行时钟SCK（SPICLK0，1）、主入从出MISO（SPICLK0，1）和主出从入MOSI（SPIMOSI0， 1）数据线、低电平有效引脚/SS（nSSO，1）。

S3C2410的SPI接口具有如下特点

（1）兼容SPI协议（ver.2.11）；

（2）有分别用于发送和接收的8位移位寄存器；

（3）有设定传送频率的8位寄存器；

（4）有轮询、中断和DMA三种传送模式。

3 接口与驱动

根据S3C2410的SPI特点及AD7888的工作原理确定其接口如图3所示。

AD7888的控制寄存器是8位只写寄存器。数据在SCLK的上升沿从DIN引脚载人，同时获取外部模拟量转换的结果。每次数据的传输需要准备16个连续时钟信号。只有在片选信号下降之后的前8个时钟脉冲的上升沿提供的信息装入控制寄存器。

为了实现S3C2410和AD7888在嵌入式Linux下的高速A/D转换，还编写了两者接口的驱动程序，该驱动程序功能的实现主要由以下几个函数完成。

（1）Init_SPI（）完成SPI的初始化

void Init_SPI（void）

{

int i;

rSPPRE0=0x32;

rSPCON0=0x1e;

for（i=0;iCS

rGPHCON |=0x0400;

rGPHCON&=（~0x0800）；

rGPHUP&=（~0x20）；

rGPHDAT |=0x20;

}

（2）ad_wr（）写入要求A/D转换的通道

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转换的结果

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（）实际完成A/D转换

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（）完成发送数据

void spi_tx_data（unsigned char data）

{

spi_poll_done（）；

rSPTDAT0=data;

spi_poll_done（）；

}

（6）spi_poll_done（）轮询SPI状态

statIC void spi_poll_done（void）

{

while（！（rSPSTA0&0x01））；

}