SPI Mode trong PIC cho phép 8 bit dữ liệu được truyền nhận đồng bộ 1 cách đồng thời. Hỗ trợ hoạt động ở cả 4 Mode. Để tiến hành hoạt động giao tiếp, về cơ bản, 3 chân sau đây được sử dụng:
+ Serial Data Out – RC5/SDO
+ Serial Data In – RC4/SDI/SDA
+ Serial Clock – RC3/SCK/SCL
Ngoài ra, nếu trong hệ thống có nhiều hơn 1 Slave thì chân Chip Select sẽ được dùng:
+ Slave Select – RA5/AN4/SS/HLVDIN
Sơ đồ nguyên lý của khối SPI tích hợp trong Vi Điều Khiển PIC
Để sử dụng Mode SPI ta cần phải thiết lập các giá trị chính xác cho các thanh ghi Control. Module MSSP của PIC có 4 thanh ghi dành cho Mode SPI. Đó là:
+ MSSP Control Register 1 (SSPCON1)
+ MSSP Status Register (SSPSTAT)
+ Serial Receive/Transmit Buffer Register (SSPBUF)
+ MSSP Shift Register (SSPSR) – Không truy xuất trực tiếp được
SSPCON1 và SSPSTAT là các thanh ghi điều khiển và cho biết trạng thái hoạt động của Mode SPI. SSPCON1 là thanh ghi có thể đọc hoặc ghi. Trong khi đó, 6 bit thấp của SSPSTAT chỉ có thể đọc, còn 2 bit cao ta có thể đọc hoặc ghi.
SSPSR là thanh ghi có chức năng ghi dịch dữ liệu vào hoặc ra.
SSPBUF là thanh ghi Buffer, có chức năng lưu dữ liệu tạm thời trước khi ghi vào Slave hoặc sau khi đọc về.
Ở hoạt động nhận dữ liệu, SSPSR và SSPBUF kết hợp lại tạo thành bộ nhận dữ liệu được đệm kép. Khi SSPSR nhận 1 byte hoàn chỉnh, nó sẽ được chuyển đến SSPBUF và bit SSPIF được Set lên 1.
Trong suốt quá trình truyền dữ liệu, SSPBUF không được đệm kép. Nếu ta ghi dữ liệu vào SSPBUF thì dữ liệu sẽ được ghi vào cả 2 thanh ghi SSPBUF và SSPSR.
Chi tiết về các bit của các thanh ghi SPI Mode
+ SSPSTAT (MSSP Status Register)
Bit7 SMP: bit Lấy Mẫu
SPI Master Mode:
1 = dữ liệu vào được lấy mẫu tại thời điểm cuối của dữ liệu ra
0 = dữ liệu vài được lấy mẫu tại giữa thời điểm dữ liệu ra
SPO Slave Mode:
Bit SMP phải được xóa khi sử dụng ở Slave Mode
Bit6 CKE: SPI Clock Select bit
1 = quá trình truyền diễn ra khi xung clock chuyển từ trạng thái tác động sang trạng thái nghỉ
0 = quá trình truyền diễn ra khi xung clock chuyển từ trạng thái nghỉ sang trạng thái hoạt động
Bit5 D/A: Data/Address bit, chỉ sử dụng ở Mode I2C
Bit4 P : Stop bitm chỉ sử dụng ở Mode I2C
Bit3 S : Start bit, chỉ sử dụng ở Mode I2C
Bit2 R/W : bit Read/Write, chỉ sử dụng ở Mode I2C
Bit1 UA : Update Address bit, chỉ sử dụng ở Mode I2C
Bit0 BF : Buffer Full Status bit (chỉ sử dụng ở Mode nhận)
1 = Đã nhận đủ dữ liệu, SSPBBUF đầy
0 = Chưa nhận đủ dữ liệu SSPBUF rỗng
+ SSPCON1 (MSSP Control Register)
Hình trên cho biết vị trí các bit của thanh ghi SSPCON1
Các bit điều khiển quá trình giao tiếp SPI là :
SSPOV : bit Cờ Tràn, cho biết Synchronous Serial Port bị tràn dữ liệu
SSPEN : viết tắt của Synchronous Serial Port Enable
CKP : điều khiển Clock Polarity
SSPM3:SSPM0 : các bit lựa chọn Mode SPI
Nếu là 0101 : SPI Slave Mode,clock=SCK pin, chân SS bị cấm.
0100 : SPI Slave Mode,clock=SCK pin, chân SS được cho phép.
0011 : SPI Master Mode, clock=TMR2 output/2
0010 : SPI Master Mode, clock= Fosc/64
0001 : SPI Master Mode, clock= Fosc/16
0000 : SPI Master Mode, clock= Fosc/4
HOẠT ĐỘNG CỦA SPI TRONG PIC
Khi khởi tạo giao tiếp SPI,ta phải chỉ rõ là thiết lập chế độ hoạt động nào bằng cách ghi vao thanh ghi SSPCON1 và SSPSTAT các giá trị thích hợp. Giá trị này sẽ cho biết các thông số sau được chọn hay không:
– Master Mode (SCK là ngõ ra xung clock)
– Slave Mode (SCK là ngõ vào xung clock)
– Clock Polarity (trạng thái nghỉ của xung SCK)
– Data Input Sample Phase (tại điểm giữa hoặc cuối của xung clock khi data out)
– Cạnh xung clock (dữ liệu được truyền đi tại cạnh lên/xuống của xung clock)
– Clock Rate (chỉ cho phép iử Master Mode)
– Slave Select Mode (chỉ sử dụng ở Slave Mode)
Như đã giới thiệu, Module MSSP của PIC có 2 thanh ghi chức năng Truyền/Nhận là Thanh ghi-dịch SSPSR và thanh ghi đệm SSPBUF. SSPSR sẽ dịch chuyển data vào hoặc ra khỏi thiết bj, bit Msb trước. SSPBUF sẽ giữ dữ liệu mà dữ liệu này đã được ghi vào SSPSR cho đến khi nhận được byte dữ liệu kế tiếp. Nếu SSPBUF đã nhận đủ 8 bit dữ liệu thì bit BF (Buffer Full detect bit)và SSPIF (Interrupt Flag bit) của thanh ghi SSPSTAT được set. Bất cứ việc ghi/đọc dữ liệu trong thanh ghi SSPBUF trong qua trình truyền/nhận đều bị cấm và bit WCOL sẽ được set lên 1.Bit này cần được xóa để nếu dữ liệu tiếp theo được ghi vào SSPBUF hoàn tất thành công.
Cần phải đọc dữ liệu trong SSPBUF ngay sau khi nhận về để cho phép các dữ liệu tiếp theo được ghi vào. Bit BF sẽ cho biết khi nào SSPBUF đầy dữ liệu (quá trình truyền hoàn tất). Khi ta đọc giá trị trong thanh ghi SSPBUF, bit BF sẽ được xóa.
Một cách tổng quát, Ngắt của Module MSSP thường dùng để xét xem quá trình truyền/ nhận xong hay chưa. Nếu bit SSPIF = 1 thì chứng tỏ quá trình truyền nhận đã hoàn tất. Ngược lại, nếu bit SSPIF = 0 thì quá trình chưa hoàn thành.
THIẾT LẬP CHÂN VÀO/RA SPI:
Để thiết lập PORT nối tiếp, ta cần phải set bit cho phép SPI hoạt động – bit SSPEN của thanh ghi SSPCON1. Nếu muốn thiết lập lại cấu hình SPI, ta chỉ việc xóa bit SSPEN, khởi tạo lại giá trị cho thanh ghi SSPCON, sau đó lại Set bit SSPEN = 1. Lúc này, các chân của Port nối tiếp là SDI, SDO,SCK, SS. Muốn các chân này có đầy đủ chức năng của Port dữ liệu vào ra ta phải chọn hướng dữ liệu cho từng chân bằng cách thao tác lên thanh ghi TRISx như sau:
+ SDI : chiều dữ liệu tự động được điều khiển bởi Mode SPI
+ SDO : Chân dữ liệu ra nên cần phải xóa bit 5 của TRISC.
+ SCK : Nếu ở chế độ Master thì phải xóa bit 3 của TRISC
+ SCK : Nếu ở chế độ Slave thì bit 3 của TRISC cần được set lên 1
+ SS : Set bit 7 của TRISF
PIC Ở MODE MASTER SPI
Chip Master trong giao tiếp SPI có thể khởi tạo trao đổi dữ liệu bất cứ lúc nào vì nó có thể diều khiển xung SCK. Ở Master Mode, dữ liệu được truyền đi hoặc nhận về ngay khi được ghi vào SSPBUF. Nếu Master chỉ nhận mà không truyền dữ liệu thì chân SDO có thể sử dụng như chân ngõ vào. Thanh ghi SSPSR vẫn tiếp tục dịch dữ liệu bên trong nó đồng bộ với xung SCK. Cứ mỗi Byte nhận được, PIC sẽ lưu vào trong thanh ghi SSPBUF (cờ ngắt và các bit trạng thái có thể được set lên 1).
Cực tính của xung SCK được chọn bằng cách thao tác lên bit CKP (SSPCON1). Dạng sóng của giao tiếp SPI được biểu diễn như hình bên dưới với bit MSB được truyền đi trước. Ở Master Mode, tốc độ xung SCK của giao tiếp SPI được chọn một trong số 4 tùy chọn sau:
– Fosc/4 ( hoặc Tcy)
– Fosc/16 (hoặc 4 – Tcy)
– Fosc/64 (hoặc 16 – Tcy)
– Timer2 output/2
Tốc độ truyền dữ liệu có thể đạt giá trị cao nhất là 10 Megabit/giây (với tần số thạch anh ngoài là 40MHz).
Hình sau cho thấy dạng sóng của SPI Master Mode. Khi bit CKP = 1, dữ liệu trên dây SDO hợp lệ trước mỗi cạnh lên/xuống của xung SCK.
PIC Ở MODE SLAVE SPI
Ở chế độ Slave, dữ liệu chỉ được truyền đi hay nhận về khi có xung SCK. Khi bit cuối cùng đã được chốt, cờ ngắt SSPIF sẽ được set.
Trước khi cho phép PIC hoạt động ở Slave Mode ta cần phải chú ý đến xung SCK. Xung clock phải khớp với trạng thái nghỉ của xung SCK. Trạng thái nghỉ được lựa chọn bằng việc thao tác lên bit CKP.
Trong khi đang ở SPI Slave Mode, xung clock cần thiết cho việc trao đổi dữ liệu được lấy từ chân SCK. PIC có thể truyền/ nhận trong lúc đang ‘ngủ đông’. Nếu có 1 byte dữ liệu được nhận thì PIC sẽ ‘thức dậy’.
THIẾT BỊ SLAVE TỰ ĐỘNG LỰA CHỌN SỰ ĐỒNG BỘ HÓA
Chân Slave Select (SS) cho phép đồng bộ hóa ở chế độ SPI Slave. Do đó, nếu đặt cấu hình hoạt động ở chế độ Slave thì ta nên cho phép chân SS để điều khiển (đặt các bit SSPCON1 = 0x04). Khi chân SS được đưa xuống mức thấp, sự truyền/ nhận dữ liệu được cho phép và chân SDO sẽ được thúc để tải dữ liệu. Khi chân SS được đưa lên mức cao, chân SDO sẽ không được thúc nữa, dữ liệu sẽ không được lưu thông.
Nếu SPI Slave Mode có chân SS điều khiển được kích hoạt, thì mô-đun SPI sẽ reset khi chân SS được đưa lên Vdd. Lúc này bit counter bị xóa về ‘0’. Ta cũng có thể xóa bit counter bằng cách xóa bit SSPEN.
Cần phải sử dụng chân SS nếu như SPI Slave Mode được dùng với bit CKE được set.
DẠNG SÓNG CỦA SPI SLAVE MODE (CKE = 0)
DẠNG SÓNG CỦA SPI SLAVE MODE (CKE = 1)
