✅GIỚI THIỆU VỀ SPI MỀM

          Hình 3. Các chế độ hoạt động của SPI.

 

2. Khái niệm về “SPI mềm”?

     Trên mỗi dòng vi điều khiển khác nhau module SPI sẽ được tích hợp, điều khiển bởi các thanh ghi,phần cứng, IO khác nhau, đấy gọi là SPI cứng (hardware SPI). Như vậy bản chất chuẩn truyền thông SPI giống nhau trên mỗi chip nhưng lại được cài đặt và sử dụng không giống nhau. Điều này gây thêm phiền toái cho người sử dụng khi bạn bắt đầu tìm hiểu một dòng vi điều khiển mới, bạn sẽ phải nhớ các chân MISO, SS, MOSI, SCK mỗi chip khác nhau, nhớ các thanh ghi, các chế độ hoạt động và cách cài đặt trên các dòng vi điều khiển khác nhau. Có cách nào khắc phục điều này không?

Để khắc phục nhược điểm trên tôi xin giới thiệu một cách lập trình giả lập SPI cứng đó là “SPI mềm”. Thực chất SPI mềm là cách “bắt trước” bằng cách tạo ra một giao thức truyền thông giống SPI nhưng chỉ sử dụng các cổng vào ra của vi điều khiển. Như vậy chỉ với việc điều khiển GPIO của chip bạn hoàn toàn có thể thực hiện giao thức SPI. Điều này cũng có nghĩa bạn có thể sử dụng giao thức này trên bất kì vi điều khiển nào mà không cần phải nhớ thanh ghi hay các chân phần cứng.

3. Ví dụ về cách sử dụng SPI mềm

Sau đây tôi xin trình bày một cách chi tiết việc sử dụng SPI mềm trên một ví dụ để các bạn cùng tham khảo:

                                          Hình 4: Thực hiện chuyển đổi DAC thông qua chip MCP41010.

Trên hình chip ATMEGA 16 được sử dụng như một master, còn MCP41010 là slaver. Chip MCP41010 thực chất là một DAC 8 bits giao tiếp bằng chuẩn SPI. Đầu vào là 1 số 8 bits và đầu ra là mức điện áp tương ứng trên chân PW0 (chân số 6).

·          – Chân số 1: CS (chip select) tương ứng chân SS(trong chuẩn SPI) đã được giới thiệu ở trên, chip thực hiện việc giao tiếp với Master khi chân này ở mức logic 0.

·          – Chân số 2 là chân SCK giữ nhịp cho đường truyền.

·          – Chân số 3 SI (slaver input) là chân dữ liệu truyền từ Master sang Slaver(Giống chân MOSI), dữ liệu từ MCP41010 không phản hồi ngược lại vi điều khiển nên không có chân MISO.

·          – Chân PA0 (chân 5) được sử dụng làm điện áp tham chiếu đầu ra. Chip  MCP41010 thực chất là bộ chuyển đổi DAC 8 bits, đầu vào là giá trị số có giá trị từ 0-255(tương ứng 8 bits) gọi là Vin, và đầu ra cho mức điện áp tương ứng 0V-Vref(điện áp tham khảo trên chân PA0). Điện áp ta thu được trên chân PW0 được tính theo công thức:

          Vra=Vin/255*Vref; Vref ở đây là giá trị điện áp tham chiếu được sử dụng trên chân PA0 (có giá trị Vref=2.7-5.5V);

·          – Chi tiết chip MCP41010 tham khảo datasheet tại: https://www.allMOSIsheet.com/MOSIsheet-pdf/pdf/91948/MICROCHIP/MCP41010.html

Bước đầu tiên ta định nghĩa cho 3 chân sử dụng trong chương trình:

#define SCK PORTC.0  // chân SCK

#define MOSI PORTC.1 // Chân MOSI

#define SS  PORTC.2  // Chân SS

#define MISO PORTC.3 // chân MISO trong bài không dùng tới

Khai báo các chương trình con được sử dụng trong chương trình

void SPI_init();// chương trình khởi tạo SPI

void clock();// chương trình tạo 1 xung clock

void send_byte(unsigned char MOSI);// chương trình gửi 1 byte từ ATMEGA 16 ra chip

unsigned char receiver_byte();// chương trình nhận về 1 byte MCP41010.

 

Sau đây chúng ta đi  tìm hiểu kĩ các hàm có trong chương trình.

Đầu tiên là hàm khởi tạo SPI:

void SPI_init()

{

DDRC=0xf7; // Cấu hình chân MOSI,SS, SCK là cổng ra và MISO là cổng vào

SCK=0;     // Đặt MCP41010 ở trạng thái chưa hoạt động

MOSI=0;

SS=1;

}

Hàm tạo xung clock.

void clock()

{

SCK=1;delay_us(5);

SCK=0;delay_us(5);

}

1 xung clock được phát ra thì 1 bits sẽ được gửi đi hoặc đọc về trên đường dữ liệu,tốc độ gửi hay đọc phụ thuộc vào thời gian phát 1 xung clock,các bạn sẽ tùy vào từng thông số từng chip khác nhau để thời gian delay_us(x) tương ứng.

 

Hàm gửi 1 byte từ ATMEGA 16 ra MCP41010

void send_byte(unsigned char data)

{

 unsigned int i=0,x=0;// byte cao có giá trị 0x11 là mã lệnh ghi vào chip của    MCP41010

 SS=0;// cho phép chip MCP 41010 hoạt động

 for(i=0;i<8;i++)// gửi ra 1 byte tương ứng 8 bits

 {

  x=data&0x80;// đưa bit cần truyền lên chân MOSI

  if (x>0) MOSI=1;

  else MOSI=0;

  clock();// phát 1 xung clock gửi dữ liệu đi

  data=data<<1;// dịch dữ liệu cần gửi lên 1 bits

 }   

 SS=1;//Đã gửi xong,đưa chân SS lên mức 1

}

Các bạn thấy đó thật sự giao tiếp qua SPI mềm chương trình cực kì đơn giản dễ thực hiện. Với chip MCP 41010 thì không có chiều dữ liệu từ Slaver tới Master tuy nhiên với những chip khác có chiều dữ liệu từ Slaver tới Matster thì hàm đọc dữ liệu vô cùng đơn giản:

unsigned char receiver_byte()// chương trình nhận về 1 byte

{

 unsigned char data=0x00,i=0;

 while(i<8)

   {

    data=data<<1;// dịch dữ liệu lên 1 bit

    data=data|MISO;//đọc chân MISO

    clock();// phát một xung clock để đọc bit tiếp theo

   }

  return data;// trả về dữ liệu đọc được

}

 

Mình sẽ thực hiện ví dụ tạo ra 1 điện áp nửa sin có biên độ 5V trên codevision

Trước khi thực hiện ví dụ các bạn khai báo thêm một số thư viện:

#include <mega16.h>

#include <math.h>

#include <delay.h>

 

unsigned int i=0;

unsigned char MOSI;

float h=(3.1415/50);// tạo ra một hình sin 50 bậc trên nửa chu kì

 

Cuối cùng ví dụ trong thân hàm main:

 

void main(void)

{

SPI_init();// Khởi tạo SPI

send_byte(0x00);// Xóa sạch đầu ra

delay_ms(20);

unsigned char data=0;

while (1)

     {

      for(i=0;i<50;i++)

        {

         data=(unsigned char)((5*sin(h*i))/5.0*255);// gửi ra giá trị điện áp   cần tạo ra

         send_byte(0x11);// đây là mã lệnh yêu cầu ghi giữ liệu vào MCP41010

         send_byte(data);// dữ liệu cần chuyển đổi

         delay_ms(30);

        }

      }

}

Và kết quả là:

Các bạn đã tạo ra một điện áp nửa sin như hình.

Xin cám ơn.