Actionneur interfaces MCU SPI d'accès non-standard SPI ADC
Date: 02/01/2020
Auteur: Steven Xie, ingénieur d'application de produit
Source: ADI Société
Q: Puis-je accéder à l'interface non standard SPI avec MCU?
Réponse: Oui, mais peut-être besoin de faire un effort supplémentaire.
brève introduction
Courant analogique beaucoup de précision au convertisseur numérique (ADC) ayant une interface périphérique série (SPI), ou une interface série pour effectuer une communication avec le dispositif de commande comprend une unité de microcontrôleur (MCU), DSP et FPGA, y compris. Contrôleur écrit ou lit des registres internes et lire les codes de conversion ADC. SPI carte de circuit imprimé (PCB) le câblage est simple, et dispose d'une interface parallèle plus rapide que la fréquence d'horloge, et donc de plus en plus populaire. En outre, il est facile à utiliser ADC standard SPI connecté au contrôleur.
ADC a un nouveau SPI, mais certains ADC non standard ayant 3 ou 4 fils SPI comme esclave, parce qu'ils voulaient obtenir un débit plus rapidement. Par exemple, AD7616, AD7606, et deux ou quatre séries AD7606B ligne SDO, en mode série fournit un débit plus rapidement. AD7768, AD7779 et AD7134 série d'une pluralité de lignes SDO, SPI est utilisé comme hôte. Les utilisateurs ont souvent des difficultés dans la conception de microcontrôleur SPI pour configurer l'ADC et lire le code.
La figure 1.AD7768 comme hôte série, comporte deux broches de sortie de données (14001-193).
Connecté à une norme MCU SPI ADC
SPI est synchrone en duplex intégral, de l'interface maître-esclave. Ou les données de la machine hôte de l'horloge synchrone front montant ou descendant. Maître et esclave peuvent transmettre des données simultanément. La figure 2 représente un 4-fil typique d'interface SPI MCU.
2. La figure connecté à la machine ADC à partir d'une norme MCU SPI
Pour commencer la communication SPI, le contrôleur doit envoyer un signal d'horloge, et sélectionne le signal de validation par ADC (généralement de signal actif bas). SPI est une interface duplex intégral, et le dispositif de commande par l'intermédiaire des données de sortie du CAN peut être simultanément MOSI / DIN et des lignes MISO / DOUT, respectivement. Interface de contrôleur SPI permet à l'utilisateur la possibilité de choisir l'horloge front montant ou descendant de l'échantillon et / ou des données de déplacement. Afin de régler la synchronisation de l'interface numérique et l'hôte communication fiable entre les esclaves, l'utilisateur doit suivre le microcontrôleur et la puce ADC.
Si le microcontrôleur et interface série SPI ADC dispose d'un mode standard de synchronisation de SPI, la conception de mise en page de PCB utilisateur et le développement du firmware du lecteur est pas un problème. Cependant, un nouveau port d'interface série ADC n'est pas un mode de synchronisation de SPI typique. MCU ou DSP semble impossible de lire le port série de AD7768 de données (un orifice de séquence non standard SPI), comme le montre la Fig.
Cet article décrit un procédé pour manipuler un microcontrôleur standard, de sorte que le port SPI SPI ADC ayant une interface non-standard.
Cet article vous donnera quatre types de solutions qui lisent le code ADC via l'interface série:
u Solution 1: MCU comme un esclave SPI, par exemple par une interface CAN et la ligne de DOUT maître SPI.
u Solution 2: MCU comme un esclave SPI, la ligne DOUT par deux interface ADC et le maître du SPI.
u Solution 3: MCU comme esclave via l'interface SPI SPI avec le maître DMA ADC.
u Solution 4: MCU esclave SPI SPI et maître, les données de lecture DOUT par deux lignes.
Tableau de synchronisation d'horloge de données figure 3.SPI montrant un exemple de
La figure 4.AD7768 formatX = 1 × diagramme temporel, uniquement par la sortie DOUT0.
Le microcontrôleur lit le code SPI AD7768 STM32F429 via une ligne DOUT
4, lorsque formatX = 11 ou 10, les canaux 0 à 7 seulement des données de sortie DOUT0. Dans le mode de fonctionnement standard, AD7768 / AD7768-4 comme hôte, les flux de données du microcontrôleur, DSP ou FPGA. AD7768 / AD7768-4 fournir des données à l'esclave, l'horloge de données (le DCLK) et un cadre descendant le signal de validation (DRDY).
famille STM32Fxxx de micro-contrôleurs sont largement utilisés dans de nombreuses applications différentes. Le microcontrôleur comporte une pluralité de port SPI, la synchronisation peut être utilisé généralement en mode SPI configuré en tant que maître ou esclave SPI. Le procédé décrit ci-dessous est également applicable à d'autres micro-contrôleur avec 8 bits, 16 bits ou 32 bits trame.
AD7768 / AD7768-4 étaient 8 et simultanément quatre canaux d'échantillonnage du type ADC -, chaque canal a - modulateur et un support de filtre numérique échantillonnage synchrone des signaux AC et DC. Ces dispositifs atteignent un maximum à la largeur de bande d'entrée de 110,8 kHz de la gamme dynamique de 108 dB ± 2 ppm, comprenant INL, ± 50? V erreur de polarisation et de l'erreur de gain de ± 30 ppm performance typique. utilisateur AD7768 / AD7768-4 peut compromis entre la bande passante d'entrée, le débit de données et la puissance de sortie, et sélectionner l'un des trois modes de puissance pour optimiser le bruit et les objectifs de consommation d'énergie. AD7768 / flexibilité AD7768-4 rend apte à haute performance et à faible module d'alimentation en courant continu Internet réutilisable mesure AC. Malheureusement, AD7768 SPI interface série au lieu des motifs typiques de synchronisation et AD7768 sert d'interface série à l'hôte. En général, l'utilisateur doit utiliser le FPGA / CPLD en tant que contrôleur,
Par exemple, en utilisant la carte d'évaluation 32F429IDISCOVERY et AD7768. connexion SPI de ligne flexible comme représenté sur la Fig. Dans cet arrangement, les huit canaux de données que par la sortie DOUT0 AD7768.
la figure 5.AD7768 données DOUT0 à sortie par le biais de la connexion STM32F429 MCU SPI
Nécessité d'aborder:
AD7768 en tant que maître SPI, il doit être configuré pour esclave STM32F429I SPI SPI.
impulsion élevée ne dure qu'un cycle de DCLK, ce qui est typique.
Après l'achèvement de la production de tous les bits des données de canal, le DCLK continue de sortie faible.
Solution 1: MCU SPI comme un esclave par une ligne SPI maître DOUT interface ADC
Les STM32F429 ports SPI (par exemple, un SPI4) configuré comme un esclave de DCLK débit binaire des données de réception sur le MOSI.
L'AD7768 est connecté aux broches d'entrée d'interruption externe EXTI0 STM32F429 et la broche NSS (SPI). Le front montant déclenche la routine de manipulation EXTI0, de sorte que le SPI pour commencer à recevoir le premier bit de données à un esclave devient un niveau bas après le front descendant du DCLK. Timing conception est cruciale ici.
Après avoir reçu tous les canaux de données 0 à 7, la lecture doit être désactivé pour éviter que des données invalides supplémentaires SPI, il peut empêcher l'esclave SPI au niveau bas, et reste sous tension DCLK.
Figure 6. AD7768 bit de données lues moment dans la solution
MCU notes de développement du firmware
Lorsque le logiciel est en mode d'interruption, DCLK taux d'exécution peut être aussi élevée que 4 MHz, 8 kSPS atteindre l'ODR. Le logiciel devrait entrer dans le gestionnaire d'interruption pour démarrer le SPI dans un cycle de demi-DCLK (375 ns). Pour le rendre plus facile d'entrer dans les routines d'interruption de logiciel, MCU peut lire des données sur le front montant de DCLK, fournissant ainsi un temps de cycle DCLK supplémentaire de moitié. Cependant, t5 DCLK monte à au moins DOUTx invalide de -3 ns (comme lorsque IOVDD = 1,8 V -4 ns), et donc le retard de propagation DOUTx ( > | T5 | + temps de rétention MCU) doit être augmentée en mémoire tampon ou la mise en page des PCB.
7. configuration périphérique figure SPI4
Solution 2: MCU SPI comme un esclave, et la ligne DOUT par deux interfaces CAN maître SPI
Dans une première solution, seule la sortie de tous les DOUT08 données de canal. Ainsi, les données lues débit taux de l'ADC est limité à 8 kSPS. Comme représenté sur la. Figure 1, sur le canal de sortie DOUT00 sur le canal 3, la sortie du canal DOUT14 au canal 7, le temps de transfert de données peut être réduit. raccordement de la ligne série est représenté sur la Fig. Avec cette amélioration, quand DCLK est de 4 MHz, ODR peut facilement atteindre 16 kSPS.
La figure 8.AD7768 DOUT0 et de sortie via les données DOUT1 sont connectés à STM32F429 MCU SPI
mode d'interruption firmware ne peut pas être utilisé, et le mode de scrutin pour réduire le retard du déclenchement de front montant activer les données temps reçues par le SPI. Ceci permet à l'ODR à 32 kSPS DCLK à 8 MHz.
Solution 3: MCU SPI comme esclave, le maître via l'interface SPI DMA ADC
accès direct à la mémoire (DMA) pour fournir un transfert de données à grande vitesse entre la mémoire et la mémoire, et entre les périphériques et les souvenirs. les données DMA peuvent être déplacés rapidement sans nécessiter une opération MCU, libérant ainsi des ressources pour MCU d'effectuer d'autres opérations. Ce qui suit est une MCU SPI se comporte comme un esclave pour recevoir des données via la description DMA.
Solution 4: MCU maître et esclave SPI en tant que données de lecture par l'intermédiaire de deux lignes DOUT
Haut débit de précision ADC multi-canal pour le port SPI fourni deux, quatre ou même huit lignes de SDO, pour lire le code plus rapide en mode série. Pour le microcontrôleur a deux ou plusieurs port SPI, ce port SPI peut être exécuté simultanément pour accélérer le code de lecture.
La figure 9.EXTI0 en mode de vote, SPI4 SPI5 et recevant des bits de données DOUT0 AD7768 et DOUT1.
La figure 10.EXTI0 en mode d'interrogation, SPI4 bits de données DMA reçu AD7768 DOUT0.
Dans les cas d'utilisation suivants, 32F429IDISCOVERY SPI4 utilisé comme SPI maître, esclave SPI5 SPI comme par Douta et DOUTB EVAL-AD7606B-FMCZ réception de données, comme représenté sur la Fig.
AD7606B est un système d'acquisition de données d'échantillonnage 16-bit synchrone ADC (DAS), avec huit canaux, chaque canal comprend une protection de fixation de l'entrée analogique, un amplificateur à gain programmable (PGA), un filtre passe-bas 16 et successivement Type de registre d'approximations (SAR) ADC. AD7606B source de bâti flexible filtre numérique, la tension de référence de précision faible dérive de 2,5 V et un tampon de tension de référence à l'ADC d'entraînement et parallèle flexible et les interfaces série. AD7606B unique 5 alimentation en V, ± 10 V support, ± 5 V ± 2,5 V et une véritable plage d'entrée bipolaire pour tous les canaux 800 de l'échantillon kSPS taux de débit.
11. La figure Douta et DOUTB recevoir des données par l'utilisation du mode principal MCU SPI de
La figure 12.SPI4 configuré en tant que maître, SPI5 configuré comme un esclave.
13 montre BUSY, SCLK, Douta et DOUB capture d'écran interface numérique AD7606B lors du fonctionnement en 240 kSPS.
la portée figure tourné 13.AD7606B BUSY, SCLK et les données sur la douta et DOUTB
conclusion
Cet article décrit la méthode d'accès à l'ADC en utilisant un microcontrôleur ayant des interfaces non standard SPI SPI. Ces méthodes peuvent être utilisées directement, peuvent également être ajustés pour commander la petite SPI ADC; SPI, qui peut être utilisé comme hôte peut être utilisé avec une pluralité de la ligne de DOUT utilisée pour augmenter le débit.
Remerciements
Merci ingénieur d'application Mika Jiang et Yao Zhao, qui a fourni des conseils sur STM32F429IDISCOVERY Quick Start Kit et le travail de débogage firmware.
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