AD7888與S3C2410的SPI接口及Linux下嵌入式驅動(dòng)的實(shí)現

　　串行外圍設備接口SPI(serial peripheral interface)總線(xiàn)技術(shù)是Motorola公司推出的一種同步串行接口，它允許CPU與TTL移位寄存器、A/D或D/A轉換器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTO)、存儲器以及LCD和LED顯示驅動(dòng)器等外圍接口器件以串行方式進(jìn)行通訊。

　　SPI總線(xiàn)只需3～4根數據線(xiàn)和控制線(xiàn)即可擴展具有SPI接口的各種I/O器件，其硬件功能很強，實(shí)現軟件相當簡(jiǎn)單。串行A/D轉換器具有電路簡(jiǎn)單、工作可靠的特點(diǎn)，而ARM芯片被設計用于手持設備以及普通的嵌人式應用的集成系統，將上述兩種實(shí)用的芯片和SPI總線(xiàn)技術(shù)相結合以實(shí)現數據采集十分有效。

　1 AD7888的功能與使用

　　AD7888是美國模擬器件公司推出的一款高速低功耗12位A/D轉換器，采用2.7～5.25 V單電源供電，最大通過(guò)率可達到125 kSPS。AD7888的輸入采樣/保持電路在500 ns內獲取一個(gè)信號，采用單端采樣模式，包含8個(gè)單端模擬輸入，模擬輸入電壓從0到VREF。AD7888有2.5 V的片內基準電壓，也可以使用外部基準電壓，范圍從1.2 V到VDD。CMOS制造工藝確保了低功耗，正常工作時(shí)為2 mW，掉電狀態(tài)下為3uW?？梢赃x擇多種電源管理模式(包括數據轉換后自動(dòng)處于掉電模式)，與多種串行接口兼容(SPI/QSPI/MICOWIRE/DSP)。AD7888可廣泛應用于電池供電系統(個(gè)人數字助理、醫療儀器、移動(dòng)通信)、儀表控制系統和高速調制/解調器等領(lǐng)域。該器件采用16腳SOIC和TSSOP外形封裝，外形及引腳定義見(jiàn)圖1和表1。

　　圖1 AD7888的引腳圖

　　AD7888的控制寄存器是8位只寫(xiě)寄存器。數據在SCLK的上升沿從DIN引腳載人，同時(shí)獲取外部模擬量轉換的結果。每次數據的傳輸需要準備16個(gè)連續時(shí)鐘信號。只有在片選信號下降之后的前8個(gè)時(shí)鐘脈沖的上升沿提供的信息裝入控制寄存器。

　　圖2顯示了詳細的串行接口時(shí)序圖，串行時(shí)鐘提供了轉換時(shí)序，且控制AD7888轉換信息的輸入輸出。CS初始化數據傳送和轉換處理。在其下降沿之后的1.5個(gè)時(shí)鐘周期開(kāi)始采樣輸入信號，這段時(shí)間表示為tACQ(獲取時(shí)間)。整個(gè)轉換過(guò)程還需要14.5個(gè)時(shí)鐘周期來(lái)完成，這段時(shí)間表示為tCONVERT(轉換時(shí)間)。

　　從AD7888獲取數據的整個(gè)轉換過(guò)程需要16個(gè)時(shí)鐘周期。CS上升沿之后，總線(xiàn)返回高阻狀態(tài)。如果CS繼續保持低電平，則準備新一輪的轉換。進(jìn)行采樣的輸入通道的選擇是提前寫(xiě)入控制寄存器的，因此在轉換時(shí)，用戶(hù)必須提前寫(xiě)入以備通道的轉換。也就是說(shuō)，在進(jìn)行當前轉換時(shí)，用戶(hù)就必須提前寫(xiě)入通道的地址以備下次轉換使用。

　　圖2串行接口時(shí)序圖

　2 S3C2410的主要功能

　　S3C2410是三星公司推出的采用RISC結構的16/32位微處理器。它基于A(yíng)RM920T內核，采用五級流水線(xiàn)和哈佛結構，最高頻率可達203 MHz，是高性能和低功耗的硬宏單元。ARM920T具有增強ARM體系的MMU(支持WinCE，EPOC 32和Linux)、16kB的指令和數據高速緩存以及高速AMBA總線(xiàn)接口。

　　S3C2410被設計用于手持設備以及普通的嵌入式應用的集成系統，為了降低整個(gè)系統的成本，S3C2410還包括下面的部分：LCD控制器(STN&TFT)、NAND Flash引導裝入程序、系統管理(片選邏輯和SDRAM控制器)、3通道UART，4通道DMA、4通道PWM時(shí)鐘、I/O口、RTC、8通道10位ADC及觸摸屏接口、IIC總線(xiàn)接口、IIS總線(xiàn)接口、USB主口和USB設備口、SD主口和多媒體卡接口、2通道SPI和2通道PLL。

　　S3C2410有2個(gè)SPI口，可以實(shí)現串行數據的傳輸。每個(gè)SPI接口各有2個(gè)移位寄存器分別負責接收和發(fā)送數據。在傳送數據期間，發(fā)送數據和接收數據是同步進(jìn)行的，傳送的頻率可由相應的控制寄存器設定。如果只想發(fā)送數據，則接收數據為啞元;如果只想接收數據。則需發(fā)送啞元“0xff”。SPI接口共有4個(gè)引腳信號：串行時(shí)鐘SCK(SPICLK0，1)、主入從出MISO(SPICLK0，1)和主出從入MOSI(SPIMOSI0，1)數據線(xiàn)、低電平有效引腳/SS(nSSO，1)。

　　S3C2410的SPI接口具有如下特點(diǎn)

　　(1)兼容SPI協(xié)議(ver.2.11);

　　(2)有分別用于發(fā)送和接收的8位移位寄存器;

　　(3)有設定傳送頻率的8位寄存器;

　　(4)有輪詢(xún)、中斷和DMA三種傳送模式。

　　3 接口與驅動(dòng)

　　根據S3C2410的SPI特點(diǎn)及AD7888的工作原理確定其接口如圖3所示。

　　圖3 AD7888與S3C2410的連接圖

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　　為了實(shí)現S3C2410和AD7888在嵌入式Linux下的高速A/D轉換，還編寫(xiě)了兩者接口的驅動(dòng)程序，該驅動(dòng)程序功能的實(shí)現主要由以下幾個(gè)函數完成。

　　(1)Init_SPI()完成SPI的初始化

　　void Init_SPI(void)

　　{

　　int i;

　　rSPPRE0=0x32;

　　rSPCON0=0x1e;

　　for(i=0;i<10;i++)

　　rSPTDAT0=0xff;

　　rGPECON |=0x0a800000;

　　rGPECON&=(~0x05400000);

　　rGPEUP |=0x3800;

　　//GPH5----->CS

　　rGPHCON |=0x0400;

　　rGPHCON&=(~0x0800);

　　rGPHUP&=(~0x20);

　　rGPHDAT |=0x20;

　　}

　　(2)ad_wr()寫(xiě)入要求A/D轉換的通道

　　static ssize_t ad_wr(struCt file *file,const char *bur,size_t count,loft_t *offset)

　　{

　　int ret="0";

　　int i="0";

　　dbuf="kmalloc"(count *sizeof(unsigned char),GFP_KERNEL);

　　copy_from_user(dbuf,bur,count);

　　for(i=0;i ADTXdata[i]=dbuf[i];

　　kfree(dbuf);

　　return ret;

　　}

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　　(3)ad_rd()得到A/D轉換的結果

　　statie ssize_t ad_rd(struet file *file,char *bur,size_t count,loft t *offset)

　　{

　　int ret="0";

　　int i="0";

　　ad_convert();

　　ad_convert();

　　dbuf="kmalloc"(count *sizeof(unsigned char),GFP KERNEL);

　　for(i=0;i dbuf[i]=ADRXdata[i];

　　copy_to_user(bur,dbuf,count);

　　kfree(dbuf);

　　return ret;

　　}

　　(4)ad_convert()實(shí)際完成A/D轉換

　　void ad_convert(void)

　　{

　　rGPHDAT&=(~0x20);

　　udelay(100000);

　　spi_tx_data(ADTXdata[0]);

　　ADRXdata[0]=rSPRDATO;

　　spi_tx_data(0xff);

　　ADRXdata [1 ]=rSPRDATO;

　　rGPHDAT |=0x20;

　　}

　　(5)spi_tx_data()完成發(fā)送數據

　　void spi_tx_data(unsigned char data)

　　{

　　spi_poll_done();

　　rSPTDAT0=data;

　　spi_poll_done();

　　}

　　(6)spi_poll_done()輪詢(xún)SPI狀態(tài)

　　static void spi_poll_done(void)

　　{

　　while(!(rSPSTA0&0x01));

　　}

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　　說(shuō)明：1)ADTXdata和ADRXdata是unsigned char的全局數組變量，分別負責存放AD7888的控制寄存器數據和A/D轉換的結果。2)ad_rd()中ad_convert()調用了2次，第1次調用用于通知要采某通道的數據，第2次調用用于得到該通道A/D轉換的結果。這樣雖然犧牲了一些轉換的速度，但可使應用程序編程更加直觀(guān)。

　4 結論

　　應用帶SPI接口的串行A/D轉換器占用較少的微處理器I/O資源，硬件聯(lián)接簡(jiǎn)單、軟件易于實(shí)現，程序運行效率高。帶有SPI接口的串行A/D轉換器和ARM微處理器的結合可廣泛應用于實(shí)現數據采集功能的掌上設備及其他嵌入式的系統，如：醫療儀器、通信設備、抄表設備等領(lǐng)域。

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