Подключение к PADI через интерфейс SPI

Современные микроконтроллеры и одночипные системы имеют множество интерфейсов для связи с периферийными устройствами. Один из них, самый простой в реализации – SPI или Serial Peripheral Interface – позволяет передавать данные в двух направлениях одновременно по одному тактовому сигналу, то есть является полнодуплексным. О нём и его реализации в PADI IoT Stamp и пойдёт речь!

SPI применяется уже давно и используется как для связи устройств на плате, так и для подключения относительно удалённых устройств.

Всего минимально используется 4 провода:

• MISO – Master In, Slave Out – передача от главного устройства на шине периферийному
• MOSI – Master Out, Slave In – передача от периферийного главному
• SCK – Serial Clock – синхронизация данных при трансфере
• SS – Slave Select – выбор активного устройства на шине

У PADI Имеется 2 аппаратных интерфейса, работа с которыми происходит в полуавтоматическом режиме – его надо только настроить, загрузить байт, а дальше передачей или приёмом будет заниматься периферия, не нагружая при этом процессор.

Но не всегда бывает удобно подключить устройство к пинам аппаратного интерфейса, ведь, как мы уже говорили, периферии много, а пинов для неё мало. Поэтому иногда приходится организовывать интерфейс самому, используя прямую запись в пины. Не беспокойтесь, среда Arduino предоставляет готовые функции для передачи данных в обе стороны программным методом.

В некоторых случаях, когда от устройства не требуется ответная реакция (как, например, от дисплеев или слишком простых исполнительных устройств), некоторые линии соединения не используются (чаще всего не используется MISO, а SS подключают напрямую к «земле», если устройство на шине одно), что позволяет сэкономить место и пины контроллера.

В качестве примера мы будем подключать как раз такое простое устройство – сдвиговый регистр 74HC595. Он позволяет просто и быстро увеличить количество выводов контроллера на число, кратное 8, при этом используя минимум 2, а в нормальном режиме 4 провода. Подсоединять же последовательно их можно неограниченное множество штук.

Из-за отсутствия микросхемы в DIP-корпусе мы сделали вот такой переходник для использования SMD-микросхемы с макетной платой, но работа с микросхемами в разных корпусах не будет отличаться.

Все выводы Q – непосредственно выходы микросхемы, а управляется она выводами с 10 по 14. Для подключения необходимо 13-й вывод подтянуть к «земле» резистором на 10 Ком или подключить напрямую, а 10 подтянуть к плюсу питания.

11-й контакт – тактовый сигнал, 12-й – «защёлка» (когда напряжение на нём меняется с LOW на HIGH, значения из буфера поступают на пины регистра), 14-й – вход данных. В интерфейсе будут задействованы 14-й и 11-й выход, а 12-м придётся управлять вручную.

Мы будем организовывать программный интерфейс с помощью функции shiftOut().

Её синтаксис:

Первые два аргумента соответственно – номера пинов передачи данных и тактового сигнала. Третий параметр – порядок бит в передаваемом байте (от старшего к младшему или наоборот), наглядно его важность вы увидите далее. Четвёртый параметр – непосредственно передаваемое значение.

Запустим простой скетч, предварительно подключив всё по вышеописанной схеме:

Если вы подключите к выводам регистра светодиоды, то все 8 должны загореться. Не забывайте использовать токоограничительные резисторы!

Можете поэкспериментировать с передаваемым значением. Если вы отправите не FF, то светодиоды отобразят двоичный вид этого числа. Например, число 0xAA:

А если вы поменяете порядок передачи с MSBFIRST (Most Significant Bit First – наиболее значимый бит первым) на LSBFIRST (наименее значимый бит первым), то получится следующая картина:

Вы видите, что порядок поменялся и данные вывелись в обратную сторону. По сути, в одном случае устройство приняло 0x55 (0b01010101), а в другом 0xAA (0b10101010), поэтому очень важно учитывать этот параметр при передаче.

Таким образом к PADI и другим контроллерам подключаются устройства по протоколу SPI, а о других протоколах мы расскажем далее. Поэкспериментируйте со сдвиговым регистром и попробуйте реализовать бегущий огонёк из 8 светодиодов! Вы увидите, это интересно и совсем не сложно.