Módulo SPI y métodos de conversión D-A

(1)

M´

odulo SPI y m´

etodos de conversi´

on D-A

Rodrigo Chang

Universidad de San Carlos de Guatemala

com4.e6.usac@gmail.com

4 de marzo de 2015

(2)

Lo que veremos hoy...

1 Métodos de conversión digital-analógico ¿Qué es la conversión digital-analógica? Método de conversión por red escalera R-2R

Método de conversión utilizando PWM y filtros paso-bajos Método de conversión utilizando DACs SPI

2 M´odulo SPI en el TM4C123GH6PM

Caracter´ısticas y operaci´on Formatos de se˜nales SPI

Configuración básica con registros Configuración utilizando la TivaWare

Conexi´on hacia DAC SPI TLV5616 de Texas Instruments

3 Preguntas

(3)

M´

etodos de conversi´

on digital-anal´

ogico

¿Qu´e es la conversi´

on digital-anal´

ogica?

(4)

Conversi´

on digital-anal´

ogica

Nos referiremos a ´estos generalmente como DACs.

Se utilizan para convertir un valor digital con una precisi´on den bits a un valor de voltaje o corriente.

Son utilizados en sistemas de procesamiento de se˜nales digitales para reproducci´on de audio y v´ıdeo.

(5)

Conversi´

on digital-anal´

ogica

Existen varios circuitos que permiten su implementaci´on.

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Conversi´

on digital-anal´

ogica

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Conversi´

on digital-anal´

ogica

Existen varios circuitos que permiten su implementaci´on.

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M´

etodos de conversi´

on digital-anal´

ogico

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Red escalera R-2R

Es la forma más simple y económica de armar un conversor D/A. Los valores de las resistencias deben ser lo más precisos posibles, sobre todo para los bits más significativos.

La velocidad de conversi´on es alta y el funcionamiento sencillo, a pesar de la gran cantidad de resistencias necesarias.

Requiere programaci´on del m´odulo GPIO en el MCU.

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M´

etodos de conversi´

on digital-anal´

ogico

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Se˜

nal PWM y filtro pasa-bajos

Utiliza solamente un pin en modo de PWM y es fácil de armar. La señal generada está limitada por la frecuencia de corte del filtro. El orden del filtro afecta la resolución final del DAC.

Requiere programaci´on del m´odulo PWM oTimer en el MCU.

Para mayor informaci´on y hojas de aplicaci´on de TI y Microchip, buscar en

Google:pwm dac

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Se˜

nal PWM y filtro pasa-bajos

Utiliza solamente un pin en modo de PWM y es fácil de armar. La señal generada está limitada por la frecuencia de corte del filtro. El orden del filtro afecta la resolución final del DAC.

Requiere programaci´on del m´odulo PWM oTimer en el MCU.

Para mayor informaci´on y hojas de aplicaci´on de TI y Microchip, buscar en

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M´

etodos de conversi´

on digital-anal´

ogico

M´etodo de conversi´

on utilizando DACs SPI

(14)

Conversi´

on con DACs SPI

Se delega la tarea de conversi´on a otroIC.

La resoluci´on est´a dada por las especificaciones del integrado.

Requiere un cableado m´ınimo y programaci´on delUSCI en el MCU.

Varios DACs se pueden armar sin espacio excesivo como en la red R-2R.

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M´

odulo SPI en el TM4C123GH6PM

Caracter´ısticas y operaci´

on

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SSI en el TM4C123GH6PM

Diagrama de bloques...

Cuatro módulos SSI. Cada uno con:

 Formatos

 Freescale SPI,

 MICROWIRE

 Interfaz serial síncrona de TI

 Operacion como maestro o esclavo

 Velocidad de reloj programable con

prescaler

 Tamaño de la trama programable de 4 a 16

bits.

 Memorias FIFO separadas para

transmisión y recepción ( 8 x16-bits )

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Diagrama de bloques del módulo SSI

Interrupciones... Pines para señales (n = 0 a 3)

SSInClk: SSI Module n Clock SSInFss: SSI Module n Frame Signal SSInRx: SSI Module n Receive SSInTx: SSI Module n Transmit

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Interrupciones en el módulo SSI

Operación uDMA...

Una interrupción por módulo, borrada automáticamente Condiciones para interrupción:

 Servicio de transmisión FIFO (cuando la FIFO llena a la mitad o menos)

 Servicio de recepción de FIFO (cuando la FIFO llena a la mitad o más)

 Timeout excedido en la memoria FIFO de recepción.

 Errores en la FIFO de recepción.

 Fin de la transmisión

 Transferencia de recepción DMA completa.

 Transferencia de transmisión de DMA completa.

Interrupciones en estas condiciones pueden ser habilitadas individualmente.

El código manejador de la ISR debe determinar la fuente de la interrupción SSI y borrar las banderas.

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M´

odulo SPI en el TM4C123GH6PM

Formatos de se˜

nales SPI

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Formatos de señales en

SPI Freescale

Formatos de señal TI...

 Interfaz de cuatro cables. Full duplex.

 SSIFss actua como Chip-select

 Estado inactivo y fase del reloj programables a través de los bits

SPO y SPH (parámetro SSI_FRF_MOTO_MODE_0-3)

 SPO = 0: SSIClk en bajo cuando inactivo. SPO = 1: alto

 SPH = 0: Datos capturados en 1ra_{transición SSIClk. SPH = 1: 2}da SPO = 0 SPH = 0 Transferencia simple SPO = 0 SPH = 1 Transferencia simple

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Formato

TI Synchronous Serial

Formato Microwire...

 Interfaz de tres cables

 Dispositivos siempre como esclavos

 SSIClk y SSIFss forzados en estado bajo y SSITx en tri-estado cuando el módulo SSI está inactivo.

Transferencia única

Transferencia continua

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Formato de señal

Microwire

Laboratorio...

 Interfaz de cuatro cables

 Similar a SPI, con transmisión full-duplex.

 Técnica de paso de mensajes Maestro – Esclavo

Transferencia única

Transferencia continua

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M´

odulo SPI en el TM4C123GH6PM

Configuraci´

on b´

asica con registros

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Configurar el reloj de transmisi´

on

Para configurar el reloj debemos tener en cuenta tres cosas: La frecuencia del bus del sistema.

El campo de 8 bits SCRen el registroSSIx CR0 R.

Y el campo de 8 bits CPSDVSRen el registroSSIx CPSR Rcuyo

valor debe ser un n´umero par de 2 a 254.

La ecuaci´on para la frecuencia del bus SSI es entonces: fSSI =

fBUS

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Configuraci´

on con registros

1 // H a b i l i t a r el m o d u l o SSI y el p u e r t o A v o l a t i l e u n s i g n e d l o n g d e l a y ; S Y S C T L _ R C G C S S I _ R |= S Y S C T L _ R C G C S S I _ R 0 ; 4 S Y S C T L _ R C G C G P I O _ R |= S Y S C T L _ R C G C G P I O _ R 0 ; d e l a y = S Y S C T L _ R C G C G P I O _ R ; 7 // C o n f i g u r a r f u n c i o n e s a l t e r n a t i v a s en los p i n e s PA2 , 3 , 5 G P I O _ P O R T A _ A F S E L _ R |= 0 x2c ; // C o n f i g u r a r la f u n c i o n de SSI en los p i n e s 10 G P I O _ P O R T A _ P C T L _ R = ( G P I O _ P O R T A _ P C T L _ R & 0 x f f 0 f 0 0 f f ) + G P I O _ P C T L _ P A 2 _ S S I 0 C L K + G P I O _ P C T L _ P A 3 _ S S I 0 F S S + G P I O _ P C T L _ P A 5 _ S S I 0 T X ; // C o n f i g u r a r los r e g i s t r o s de f u n c i o n e s d i g i t a l e s // c o n f i g u r a r pull - up o pull - d o w n a l t e r n a t i v a m e n t e 13 G P I O _ P O R T A _ A M S E L _ R = 0; G P I O _ P O R T A _ D E N _ R |= 0 x2c ;

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Configuraci´

on con registros

1 // D e s h a b i l i t a r el m o d u l o SSI a n t e s de h a c e r c a m b i o s S S I 0 _ C R 1 _ R &= ~ S S I _ C R 1 _ S S E ; // C o n f i g u r a r la o p e r a c i o n c o m o m a e s t r o 4 S S I 0 _ C R 1 _ R &= ~ S S I _ C R 1 _ M S ; // C o n f i g u r a r la f u e n t e de r e l o j c o m o r e l o j del s i s t e m a b a s a d o en un f a c t o r de d i v i s i o n S S I 0 _ C C _ R &= ~ S S I _ C C _ C S _ M ; 7 // C o n f i g u r a r el p r e s c a l e r p a r a una f r e c u e n c i a del m o d u l o SSI de 2 MHz = 40 MHz /20 S S I 0 _ C P S R _ R = ( S S I 0 _ C P S R _ R & ~ S S I _ C P S R _ C P S D V S R _ M ) + 20; // C o n f i g u r a r el s e r i a l c l o c k rate , p o l a r i d a d del r e l o j 10 // y fase , p r o t o c o l o y l a r g o de los d a t o s S S I 0 _ C R 0 _ R &= ~( S S I _ C R 0 _ S C R _ M ) ; // SCR = 0 // T e x a s I n s t r u m e n t s S y n c h r o n o u s S e r i a l F r a m e F o r m a t 13 S S I 0 _ C R 0 _ R = ( S S I 0 _ C R 0 _ R & ~ S S I _ C R 0 _ F R F _ M ) + S S I _ C R 0 _ F R F _ T I ; // 16 b i t s de d a t o s S S I 0 _ C R 0 _ R = ( S S I 0 _ C R 0 _ R & ~ S S I _ C R 0 _ D S S _ M ) + S S I _ C R 0 _ D S S _ 1 6 ; 16 // F i n a l m e n t e , h a b i l i t a r el m o d u l o SPI S S I 0 _ C R 1 _ R |= S S I _ C R 1 _ S S E ;

(27)

M´

odulo SPI en el TM4C123GH6PM

Configuraci´

on utilizando la TivaWare

(28)

Configuraci´

on con la librer´ıa de perif´

ericos

Para utilizar la librer´ıa de perif´ericos debemos incluir las siguientes cabeceras:

# i n c l u d e " d r i v e r l i b / p i n _ m a p . h "

(29)

Configuraci´

on con la librer´ıa de perif´

ericos

1 // H a b i l i t a r el r e l o j S y s C t l P e r i p h e r a l E n a b l e( S Y S C T L _ P E R I P H _ S S I 0 ) ; S y s C t l P e r i p h e r a l E n a b l e( S Y S C T L _ P E R I P H _ G P I O A ) ; 4 // C o n f i g u r a r los p i n e s G P I O P i n C o n f i g u r e( G P I O _ P A 2 _ S S I 0 C L K ) ; 7 G P I O P i n C o n f i g u r e( G P I O _ P A 3 _ S S I 0 F S S ) ; G P I O P i n C o n f i g u r e( G P I O _ P A 5 _ S S I 0 T X ) ; G P I O P i n T y p e S S I( G P I O _ P O R T A _ B A S E , G P I O _ P I N _ 2 | G P I O _ P I N _ 3 | G P I O _ P I N _ 5 ) ; 10 // C o n f i g u r a r el m o d u l o SSI y h a b i l i t a r l o S S I C o n f i g S e t E x p C l k( S S I 0 _ B A S E , S y s C t l C l o c k G e t() , S S I _ F R F _ T I , S S I _ M O D E _ M A S T E R , 2 0 0 0 0 0 0 , 16) ; 13 S S I E n a b l e( S S I 0 _ B A S E ) ;

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Conexi´

on hacia DAC SPI TLV5616 de Texas Instruments

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TLV5616

De acuerdo con la hoja de datos del TLV5616, la conexi´on se puede realizar utilizando una interfaz SPIthree-wire y conectando de la siguiente forma:

SS Slave Select: Selecciona el chip SPI a utilizar.

MOSI Master Output, Slave Input: L´ınea de datos de maestro a esclavo.

Equivalente al pin TX del m´odulo maestro.

SCLK Serial Clock: Se˜nal de reloj de maestro a esclavo para captura de

datos.

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Conexiones en la Tiva Launchpad

En este ejemplo se utiliza el módulo SSI0, y según la hoja de datos, los pines para el módulo correspondiente se encuentran en los siguientes bits de puertos:

Figura:Mapeo de pines para m´odulo SSI0 en TM4C123GH6PM. Referencia: Hoja de datos, p´ag. 1341

(33)

Preguntas

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Reto

El reto es:

Con el proyecto de ejemplo de configuración del módulo SSI0, cambiar toda la rutina de configuración para trabajar con el módulo SSI2, que se encuentra en el puerto B.

Documentos de ayuda

Documentaci´on de la librer´ıa de perif´ericos.

P´agina 1342 de la hoja de datos del TM4C123GH6PM.

¡Puntos extra!

Se dar´an cinco (5) puntos extras a quienes comuniquen entre s´ı dos Launchpads. Una (configurada como maestra) debe enviar continuamente datos a la otra (esclava), que puede utilizar interrupciones o polling para determinar que ha recibido datos y finalmente mostrarlos en la ventana del depurador. Los datos a enviar pueden ser valores de un contador.