M´odulo SPI y m´etodos de conversi´on D-A Rodrigo Chang Universidad de San Carlos de Guatemala [email protected]

4 de marzo de 2015

Rodrigo Chang (USAC)

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Lo que veremos hoy... 1

M´etodos de conversi´on digital-anal´ ogico ¿Qu´e es la conversi´on digital-anal´ ogica? M´etodo de conversi´ on por red escalera R-2R M´etodo de conversi´ on utilizando PWM y filtros paso-bajos M´etodo de conversi´ on utilizando DACs SPI

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M´odulo SPI en el TM4C123GH6PM Caracter´ısticas y operaci´ on Formatos de se˜ nales SPI Configuraci´on b´asica con registros Configuraci´on utilizando la TivaWare Conexi´on hacia DAC SPI TLV5616 de Texas Instruments

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Preguntas

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Reto de la pr´actica Rodrigo Chang (USAC)

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M´etodos de conversi´on digital-anal´ogico

¿Qu´e es la conversi´on digital-anal´ogica?

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Conversi´on digital-anal´ogica Nos referiremos a ´estos generalmente como DACs.

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Conversi´on digital-anal´ogica Nos referiremos a ´estos generalmente como DACs. Se utilizan para convertir un valor digital con una precisi´on de n bits a un valor de voltaje o corriente.

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Conversi´on digital-anal´ogica Nos referiremos a ´estos generalmente como DACs. Se utilizan para convertir un valor digital con una precisi´on de n 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.

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Conversi´on digital-anal´ogica Nos referiremos a ´estos generalmente como DACs. Se utilizan para convertir un valor digital con una precisi´on de n 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. Existen varios circuitos que permiten su implementaci´on.

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Red escalera R-2R

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Red escalera R-2R Es la forma m´as simple y econ´ omica de armar un conversor D/A. Los valores de las resistencias deben ser lo m´as precisos posibles, sobre todo para los bits m´as 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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Se˜nal PWM y filtros pasa-bajos

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Se˜nal PWM y filtro pasa-bajos Utiliza solamente un pin en modo de PWM y es f´acil de armar. La se˜ nal generada est´a limitada por la frecuencia de corte del filtro. El orden del filtro afecta la resoluci´ on final del DAC. Requiere programaci´on del m´ odulo PWM o Timer en el MCU.

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Se˜nal PWM y filtro pasa-bajos Utiliza solamente un pin en modo de PWM y es f´acil de armar. La se˜ nal generada est´a limitada por la frecuencia de corte del filtro. El orden del filtro afecta la resoluci´ on final del DAC. Requiere programaci´on del m´ odulo PWM o Timer en el MCU.

Para mayor informaci´on y hojas de aplicaci´ on de TI y Microchip, buscar en Google: pwm dac Rodrigo Chang (USAC)

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M´etodos de conversi´on digital-anal´ogico

M´etodo de conversi´on utilizando DACs SPI

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Conversi´on con DACs SPI Se delega la tarea de conversi´ on a otro IC. La resoluci´on est´a dada por las especificaciones del integrado. Requiere un cableado m´ınimo y programaci´ on del USCI 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 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 )



Interrupciones y soporte para uDMA

Diagrama de bloques...

Diagrama de bloques del módulo SSI 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

Interrupciones...

Interrupciones en el módulo SSI 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. Operación uDMA...

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Formatos de se˜nales SPI

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Formatos de señales en SPI Freescale 

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: 2da

SPO = 0 SPH = 0 Transferencia simple SPO = 0 SPH = 1 Transferencia simple Formatos de señal TI...

Formato TI Synchronous Serial 

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

Formato Microwire...

Formato de señal Microwire 

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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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 SCR en el registro SSIx CR0 R. Y el campo de 8 bits CPSDVSR en el registro SSIx CPSR R cuyo valor debe ser un n´ umero par de 2 a 254. La ecuaci´on para la frecuencia del bus SSI es entonces: fSSI =

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fBUS CPSDVSR ∗ (1 + SCR)

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Configuraci´on con registros 1

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// Habilitar el modulo SSI y el puerto A volatile unsigned long delay ; SYSCTL_RCGCSSI_R |= SYSCTL_RCGCSSI_R0 ; SYS CTL_RCGCGPIO_ R |= SYSCTL_RCGCGPIO_R0 ; delay = SYSCTL _RCGCG PIO_R ; // Configurar funciones alternativas en los pines PA2 , 3 , 5 GP IO_PORTA _A FS EL _R |= 0 x2c ; // Configurar la funcion de SSI en los pines GPI O_PORTA_PCTL_ R = ( GPIO_PORTA_PCTL_R & 0 xff0f00ff ) + GPI O_P C T L _ P A 2 _ S S I 0CLK + GPI O_PC TL_PA 3_SS I0FSS + GPIO_P C T L _ P A 5 _ S S I 0TX ; // Configurar los registros de funciones digitales // configurar pull - up o pull - down alternativamente GP IO_PORTA _A MS EL _R = 0; GPIO_PORTA_DEN_R |= 0 x2c ;

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Configuraci´on con registros 1

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// Deshabilitar el modulo SSI antes de hacer cambios SSI0_CR1_R &= ~ SSI_CR1_SSE ; // Configurar la operacion como maestro SSI0_CR1_R &= ~ SSI_CR1_MS ; // Configurar la fuente de reloj como reloj del sistema basado en un factor de division SSI0_CC_R &= ~ SSI_CC_CS_M ; // Configurar el prescaler para una frecuencia del modulo SSI de 2 MHz = 40 MHz /20 SSI0_CPSR_R = ( SSI0_CPSR_R & ~ SSI_CPSR_CPSDVSR_M ) + 20; // Configurar el serial clock rate , polaridad del reloj // y fase , protocolo y largo de los datos SSI0_CR0_R &= ~( SSI_CR0_SCR_M ) ; // SCR = 0 // Texas Instruments Synchronous Serial Frame Format SSI0_CR0_R = ( SSI0_CR0_R & ~ SSI_CR0_FRF_M ) + SSI_CR0_FRF_TI ; // 16 bits de datos SSI0_CR0_R = ( SSI0_CR0_R & ~ SSI_CR0_DSS_M ) + SSI_CR0_DSS_16 ;

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// Finalmente , habilitar el modulo SPI SSI0_CR1_R |= SSI_CR1_SSE ; Rodrigo Chang (USAC)

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Configuraci´on utilizando la TivaWare

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Configuraci´on con la librer´ıa de perif´ericos

Para utilizar la librer´ıa de perif´ericos debemos incluir las siguientes cabeceras: # include " driverlib / pin_map . h " # include " driverlib / ssi . h "

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Configuraci´on con la librer´ıa de perif´ericos 1

// Habilitar el reloj S y s C tl Per i p h e r a l E n a b le ( SYSCTL_PERIPH_SSI0 ) ; S y s C tl Per i p h e r a l E n a b le ( SYSCTL_PERIPH_GPIOA ) ;

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// Configurar los pines GPIOPinConfigure ( GPIO_PA2_SSI0CLK ) ; GPIOPinConfigure ( GPIO_PA3_SSI0FSS ) ; GPIOPinConfigure ( GPIO_PA5_SSI0TX ) ; GPIOPinTypeSSI ( GPIO_PORTA_BASE , GPIO_PIN_2 | GPIO_PIN_3 | GPIO_PIN_5 ) ;

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// Configurar el modulo SSI y habilitarlo SS IConfigS et Ex pC lk ( SSI0_BASE , SysCtlClockGet () , SSI_FRF_TI , SSI_MODE_MASTER , 2000000 , 16) ; SSIEnable ( SSI0_BASE ) ;

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Conexi´on hacia DAC SPI TLV5616 de Texas Instruments

Conexi´on de ejemplo

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TLV5616 De acuerdo con la hoja de datos del TLV5616, la conexi´on se puede realizar utilizando una interfaz SPI three-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. Rodrigo Chang (USAC)

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Conexiones en la Tiva Launchpad

En este ejemplo se utiliza el m´ odulo SSI0, y seg´ un la hoja de datos, los pines para el m´odulo 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

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Preguntas

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Reto de la pr´actica

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Reto El reto es: Con el proyecto de ejemplo de configuraci´ on del m´ odulo SSI0, cambiar toda la rutina de configuraci´ on para trabajar con el m´odulo 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. Rodrigo Chang (USAC)

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