同步队列串行接口QSPI的研究与应用

2010-12-22 15:50:27来源: 单片机与嵌入式系统应用

    MCU同外部设备的数据传输有两种方式,一种是并行数据传输方式,另一种是串行数据传输方式。串行数据传输方式信号线少,协议简单,在长距离、低速率的传输中得到广泛应用,常用的有SPI、I2C、UART等串行数据传输协议。其中,SPI协议为Motorola公司推出的同步串行外围接口协议,Motorola公司的低端MCU上基本都集成了SPI模块。在SPI协议的基础上,Motorola公司对其功能进行了增强,增加了队列传输机制,推出了队列串行外围接口协议(即QSPI协议)。使用该接口,用户可以一次性传输包含多达16个8位或16位数据的传输队列。一旦传输启动,直到传输结束都无需CPU干预,极大地提高了传输效率。该协议在随后推出的ColdFire系列MCU中得到广泛应用。

  1 QSPI

      模块的结构如图1所示。与SPI相比,QSPI结构最大的特点是以80字节的RAM取代了SPI的发送和接收数据寄存器。80字节的RAM分成3部分:16字的发送RAM,16字的接收RAM和16字节的命令RAM。这3部分形成了具有16个QSPI传输控制组的传输队列,每个QSPI传输控制组由1个命令RAM、1个发送RAM和1个接收RAM组成。每个QSPI传输的数据长度、片选等信息可由该QSPI传输控制组的命令RAM单独决定。


  由于SPl只有1个8位的发送数据寄存器,所以CPU每次最多只能准备一个字节的待发送数据。而QSPI拥有具有16个QSPI传输控制组的传输队列,所以CPU每次最多可以准备16个待传输的数据,并且可以通过命令RAM设置每个待传输数据的长度。

  在QSPI模块的QWR寄存器中,NEWQP和ENDQP域分别决定了传输队列的起始点和结束点。起始点和结束点可以是16个QSPI 传输控制组的任意一个。当QSPI传输启动时,QSPI模块将从起始点开始依次发送准备好的数据直到结束点,整个过程无需CPU干预。典型的QSPI传输流程如图2所示,其中QP为传输队列指针,指向即将传输的数据。

  QSPI模块具有7个引脚:QSPI_DIN为串行数据输入引脚;QSPI_DOUT为串行数据输出引脚;QSPI_CLK为串行时钟输出;QSPI_CS[3:0]为片选信号,通过外接译码器可以选择多达16个设备。一次典型的16位QSPI传输时序如图3所示。该时序假设片选信号低电平有效,时钟空闲时为低电平,在时钟的下降沿采样串行数据。其中,时钟空闲电平和采样时钟沿由QMR寄存器的CPOL和CPHA域决定。

  2  4线电阻式触摸屏芯片ADS7843简介

  ADS7843是一款具有同步串行接口的4线电阻式触摸屏控制芯片,具有12位模/数转换精度。ADS7843的4个模拟电压输入引脚X+、X-、Y+、Y-连接触摸屏的4个电极,触摸屏通过这4个引脚将触点电压送到ADS7843进行量化。具体来说,如果要获取触点Y坐标,ADS7843会在Y十和Y-之间施加一个电压,触点将X+与Y+和Y-间电阻网络的一点导通,与触点位置相关的分压值就会通过X+送入ADS7843,通过量化这个分压值就可以获取触点的Y坐标。X坐标的获取也是相同的道理。量化台阶由基准电压和每个样点量化后的位数n决定,为基准电压的1/2”。

  2.1 ADS7843工作模式

  ADS7843具有两种工作模式:单端模式和差分模式。两种模式的区别在于基准电压采用了不同的构成方式。基准电压是ADS7843内部模/数转换模块的正负参考电压+REF和-REF之差。当处于单端模式时,+REF来自外部参考电压输入,一般选取ADS7843的供电电压+ Vcc,-REF接地,所以基准电压为+Vcc。假设在该模式下获取触点Y坐标,由于+Vcc是通过三极管施加在Y+和Y一之间,所以三极管的导通电阻始终会分去一部分电压。这样无论触点在哪里,都不可能获得满量程。这个问题可以通过工作在差分模式解决。在该模式下,当要获取触点Y坐标时,芯片内部自动将Y+与+REF相连,Y-与-REF相连,这样Y+与Y-之间的电压始终为基准电压,消除了三级管导通电阻的影响。

  2.2 ADS7843的数字接口

  ADS7843的数字接口包括片选CS、串行数据输入DIN、串行数据输出DOUT、时钟输入DCLK、中断信号PENIRQ五个引脚,能与具有串行接口的微控制器数字信号处理器进行数据交换。处理器与ADS7843之间需要24个串行时钟周期才能完成一次完整的转换。前8个时钟周期用于向ADS7843提供一个控制字节,该控制字节组成如下:

  S位为“1”时表明控制字节的开始;A[2:0]用于选择量化通道,“001”选择X通道,“101”选择Y通道;MODE位为“1”时选择8位量化精度,为“0”时选择12位量化精度;SER/DFR位为“1”时选择单端模式,为“0”时选择差分模式;PD[1:0]用于选择一种省电模式。控制字传输完后,接下来的16个时钟周期用于传输量化后的坐标数据。

  ADS7843数字接口还有以下特点:片选低电平有效,时钟空闲时为低电平,时钟的上升沿采样串行数据。

  3 基于ColdFire处理器QSPI接口的触摸屏驱动设计

  3.1 硬件电路

  触摸屏控制芯片ADS7843与ColdFire系列处理器的硬件连接图如图4所示。

  ADS7843数字接口的4个引脚与COLDFire处理器QS-PI模块对应引脚相连,中断信号引脚PENIRQ与处理器外部中断引脚IRQ4相连。注意,需要10kΩ上拉电阻

  3.2 软件设计

  从触摸发生到获取触摸点坐标的过程如下:触摸发生时,ADS7843会通过PENIRQ引脚触发一个中断,在中断子程序中首先应延迟10~20 ms以去除抖动带来的影响,然后向ADS7843发送控制字获取X、Y坐标。

      获取一个坐标的值需要向ADS7843输入24个时钟周期。对QSPI模块来说,可以把这24个周期作为3次8位的传输队列,或1次8位、1次16位的传输队列。这里选择3次8位传输队列的方式。QSPI初始化代码如下:

  其中,QSPI_QMR和QSPI_QWR为QSPI寄存器QMR和QWR的地址。获胜X坐标函数代码如下:

  获取Y坐标函数代码同获取X坐标函数代码基本一致,只需要将发送给ADS7843的控制命令修改为0xD0,表示选择Y通道,12位精度,差分模式。

  为观察QSPI模块与ADS7843是否能正确地进行通信,使用Agilent1673G逻辑分析仪对4个引脚的时序进行了捕捉。图5显示了读取X坐标时的时序图,4个引脚从上到下依次是片选CS、串行时钟DCLK、串行数据输入DIN、串行数据输出DOUT。从图中可以清楚地看到,在前8个时钟周期,处理器向ADS7843输入了控制字;在第10个时钟处,ADS7843开始输出12位的量化数据;最后3个时钟,ADS7843将输出线拉低。

  结 语

  本文分析了一种改进的SPI传输接口QSPI的工作机制,并通过QSPI模块与触摸屏控制芯片ADS7843通信的实例阐述了该模块的典型应用。QSPI模块的队列机制加快了数据传输速度,减少了CPU的干预。除此之外,该模块提供了对时钟有效电平、采样沿、片选电平、传输数据位数等的自由配置,使其能灵活地与各种具有串行接口的设备进行通信。

关键字:串行接口  QSPI  MCU

编辑:金海 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2010/1222/article_2803.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
串行接口
QSPI
MCU

小广播

独家专题更多

迎接创新的黄金时代 无创想,不奇迹
迎接创新的黄金时代 无创想,不奇迹
​TE工程师帮助将不可能变成可能,通过技术突破,使世界更加清洁、安全和美好。
TTI携TE传感器样片与你相见,一起传感未来
TTI携TE传感器样片与你相见,一起传感未来
TTI携TE传感器样片与你相见,一起传感未来
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved