Comunicacion Serie Pic

1Comunicacin Serie: Mdulo SSP_SPI

Microcontroladores PIC ATE-Universidad de Oviedo

COMUNICACIN SERIE PARA SISTEMAS BASADOS EN MICROCONTROLADORES PIC

MDULO SSP (SYNCHRONOUS SERIAL PORT)

Fernando Nuo Garca

MCU

Conversores A/D

EEPROM serie

LCD con SPI

Registros despl.



MDULO SSP (SYNCHRONOUS SERIAL PORT)

Puerto Serie Sncrono: Interface de Comunicacin Serie Sncrona

Pensado para comunicacin con otros Microcontroladores o Perifricos:

EEPROM serie (almacenamiento de datos no voltiles)Registros de Desplazamiento (expansin de entradas y/o salidas)Drivers de Displays (reduccin de conexiones)Conversores A/D (digitalizacin externa de seales)....

Modos de Operacin posibles del mdulo SSP:

- SPI (Serial Peripheral Interface): Interface de Perifricos Serie SPI: Es una Marca Registrada de Motorola Corporation

- I2C (Inter-Integrated Circuit): Entre Circuitos Integrados I2C: Es una Marca Registrada de Philips



1.- Interface SPI en el mdulo SSP Permite la transmisin y recepcin sncrona simultnea de datos de 8 bits

Para la comunicacin debe existir un dispositivo Maestro (genera la seal de reloj)y uno varios esclavos (reciben la seal de reloj)

En los microcontroladores PIC hay 3 pines asociados con la comunicacin SPI:

Salida Serie de Datos (SDO) Serial Data Output -> RC5Entrada Serie de Datos (SDI) Serial Data Input -> RC4Reloj de comunicacin Serie (SCK) Serial Clock -> RC3

De manera adicional, hay un 4 pin que se puede utilizar cuando el microcontrolador se configura como dispositivo Esclavo:

Seleccin de Esclavo (SS) Slave Select -> RA5

La inicializacin del Interface SPI se realiza mediante la configuracin de los bitsde control SSPCON y SSPSTAT



Diagrama de Bloques del Mdulo SSP en modo SPI

Entrada serie de bits

Salida serie

Reloj de Salida(Maestro)

Registro de Desplazamientode transmisin/recepcin

(no accesible)

Seleccin Esclavo (opcional si es Esclavo)

Reloj de Entrada(Esclavo)

Registro de Buffer(lectura/escritura)



b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 a0 a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7

Reloj

SDO

SDOSDI

SDI

MAESTRO SPI ESCLAVO SPI

SCK SCK

a7 b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 a0 a1 a2 a3 a4 a5 a6

Reloj

SDO

SDOSDI

SDI


SCK SCK

Flanco 1 en reloj SCK

Situacin Inicial

ENVO/RECEPCIN SIMULTNEA



b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 a0 a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7

Reloj

SDO

SDOSDI

SDI


SCK SCK

a7 b0 b1 b3 b4 b7a0 a1 a2 a3 a4 a5 a6

Reloj

SDO

SDOSDI

SDI


SCK SCK

b6b5

Flanco 8 en SCK

b2

Situacin Inicial

Situacin FinalIntercambiados los 8 bits de datos



SSPSR (registro de desplazamiento) enva y recoge los bits simultneamente

SSPBUF tiene doble funcin: para cargar el registro SSPSR para envo de datosy para recoger los datos recibidos en SSPSR

b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7

b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7

SSPBUF

SSPSR

1.- Carga de SSPSR a travs de SSPBUF

a7 b0 b1 b2 b3a4 a5 a6

b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7

SSPBUF

SSPSR

2.- SSPSR enviando/recibiendo

SSPBUFb0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7

SSPSR

a7a0 a1 a2 a3 a4 a5 a6

3.- Completada recepcin/envo

SSPSR

a7a0 a1 a2 a3 a4 a5 a6

a7a0 a1 a2 a3 a4 a5 a6

SSPBUF

4.- SSPSR carga SSPBUF con recepcin

SSPIF=1

SSPIF=0 por software



* SSPIF = PIR1 (Completada transmisin) Lectura/escritura

Indica que se ha completado un envo/recepcin en SSPSRSe debe poner a 0 por software, puede generar interrupcin

* BF = SSPSTAT (Buffer de recepcin lleno) Slo lectura

Se pone a 1 cuando se ha completado la recepcin de un datose pone a 0 por hardware cuando se lee el registro SSPBUFSe emplear normalmente nicamente en modo de recepcin

* WCOL = SSPCON (Colisin de Escritura) Lectura/escritura

Indica que se ha intentado escribir en SSPBUF mientras se est transmitiendo un dato previo. Si se da tal situacin, se debe poner a 0 por software

* SSPOV = SSPCON (Desbordamiento en Recepcin) Lectura/escritura

Indica que se ha recibido un byte nuevo mientras SSPBUF contiene un dato recibido anteriormente no leido. El nuevo dato se pierde y yano se actualiza SSPBUF. Se pondr a 0 por software

F

l

a

g

s

I

n

d

i

c

a

d

o

r

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s

e

n

m

o

d

o

S

P

I



El mdulo SPI puede utilizarse (independientemente de modo Maestro o Esclavo):

a) Para envo y recepcin simultnea (SDI y SDO)

SSPBUF debe leerse antes de cargarlo con el nuevo dato a enviar

b) Slo para enviar datos (SDO)

SSPBUF se puede cargar con un nuevo dato nicamente despus de habersecompletado el envo del anterior dato

Si se pretende cargar un dato en SSPBUF durante una transmisin se produceuna colisin y dicha carga ser ignorada

c) Slo para recibir datos (SDI)

Slo en este caso SSPBUF se utilizara como buffer intermedio de recepcin,se puede iniciar la recepcin de un nuevo dato antes de leer el dato que se acaba de recibir

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Comunicacin Serie: Mdulo SSP_SPI


b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7

b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7

SSPBUF

SSPSRSDI SDO

SSPSR

a7a0 a1 a2 a3 a4 a5 a6

a7a0 a1 a2 a3 a4 a5 a6

SSPBUF

SDI SDO

a) Para envo y recepcin simultnea

Envo de un dato

b) Slo para enviar datos

b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7

b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7

SSPBUF

SSPSRSDO a7 b0 b1 b2 b3a4 a5 a6

b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7

SSPBUF

SSPSRSDO

Intento de carga de Dato2 en SSPBUF durante envo COLISIN

WCOL=1

(1)(2)

Antes de cargar un nuevo envodebemos leer recepcin

Recepcin dato

Carga de un dato

11



c) Slo para recibir datos

b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7

b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7

SSPBUF

SSPSR

Se completa la recepcin de un dato (BF=1)

Se lee el dato recibido (BF=0)

No se escribe nadaen SSPBUF (slo recibimos)y se inicia una nueva recepcin

SDISSPBUF

a7 b0 b1 b2 b3a4 a5 a6

b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7

SSPSRSDI

Si antes de leer el dato anterior se completa la recepcin de un nuevo dato, se perdera el dato previamente recibido, se da error de OVERFLOW (SSPOV=1).

Este error slo es posible si el dispositivo es ESCLAVO

Un microcontrolador MAESTRO inicia una nueva transferenciacargando el dato en SSPBUF

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ESPECIFICACIN DEL MODO SPI EN LA INICIALIZACIN

* Modo de funcionamiento: Maestro (SCK salida) o Esclavo (SCK entrada)

* Polaridad del Reloj: Estado Inactivo del Reloj (SCK) a 1 a 0

* Flancos activos del Reloj: Salida de bits en flancos de subida o bajada en SCK

* Muestreo bits de datos: Muestreo de entrada en el centro o al final del bit

* Frecuencia de Reloj: SLO SI ES MAESTRO, frecuencia en salida SCK

* Modo de Seleccin: SLO SI ES ESCLAVO

- Control externo de SDI y SDO con entrada SS- Sin control externo con pin SS

13



El dispositivo Maestro inicia la transferencia enviando la seal de reloj SCK, los datos salen en los flancos programados y se capturan las entradas en el

momento indicado con el bit SMP si es Maestro.

Los dos dispositivos deben ser programados con la mismaPOLARIDAD DE RELOJ para que reciban y emitan a la vez

Ejemplo de Conexin

14



HABILITACIN DE LOS PINES DE ENTRADA/SALIDA de SSP

Para habilitar el mdulo SSP, es necesario que el bit SSPEN se encuentre a 1. Sise desea resetear el mdulo SSP, se debe poner a 0 este bit y luego volverlo a 1

Para que la funcionalidad de los pines SDI, SDO, SCK y /SS sea la determinada porlos bits de configuracin, es necesario adems que los bits de direccin de datos(en TRISA y en TRISC) tengan la direccin adecuada:

SDI (RC4) debe tener TRISC = 1 para ser entrada de datos

SDO (RC5) debe tener TRISC = 0 para que sea salida de datos

SCK (RC3)debe tener TRISC = 0 si el microcontrolador es MAESTROy TRSC = 1 si se define como ESCLAVO

/SS (RA5) debe ser TRISA = 1 si es ESCLAVO y tiene control externo

Cualquier funcin no deseada en el puerto serie puede ser omitida si en elregistro de direccin de datos (TRIS) se configura el valor opuesto

P.ej.: Si en modo Maestro slo se van a enviar datos, SDI puede usarse comouna salida de propsito general del microcontrolador cargando TRISC=0

15



B

i

t

s

A

s

o

c

i

a

d

o

s

c

o

n

e

l

m

o

d

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S

P

I

Registro SSPCON (0x14)

16




B

i

t

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A

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c

i

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o

s

c

o

n

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l

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o

d

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S

P

I


17



B

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o

s

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n

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l

m

o

d

o

S

P

I

Registro SSPSTAT (0x94)

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Registros y bits Asociados con el Modo SPI

19



Funcionamiento como MAESTRO

El Maestro puede iniciar la transferencia en cualquier momento puesto quecontrola la lnea SCK. El protocolo software determinar cuando el Esclavo esten condiciones de enviar datos.

En modo Maestro, la transmisin/recepcin se inicia tan pronto como se escribeen el registro SSPBUF. Si se desea slo recibir, la lnea SDO puede desactivarsedefinindola como entrada, los datos presentes en la lnea SDI irn entrando alregistro SSPSR a la velocidad marcada por el reloj de transferencia

La velocidad de transferencia del modo SPI es programable entre los valores:

Fosc/4Fosc/16Fosc/64Frecuencia de Salida de TMR2/2

siendo por tanto la mxima velocidad de trasnferencia: 5Mbps (con Fosc=20MHz)

La polaridad del reloj y los flancos activos se configuran con los bits CKP y CKE

20



Escrituraen SSPBUF CRONOGRAMA SPI MAESTRO

Muestreo caso SMP=1

Muestreo caso SMP=0

BYTE COMPLETOSSPIF=1

21



Funcionamiento como ESCLAVOsin Seleccin Externa

El Esclavo el dato es transmitido/recibido cuando aparecen los pulsos en laentrada SCK

Cuando el ltimo bit termina de ser muestreado, el flag SSPIF se pone a uno

La polaridad del reloj y los flancos activos se configuran con los bits CKP y CKE

El muestreo de los bits de datos se realiza siempre en la mitad de un bit en el modo Esclavo (SMP=0 siempre en modo Esclavo)

La seal de reloj debe cumplir las especificaciones mnimas de tiempos mnimosen los estados alto y bajo

En modo de bajo consumo (SLEEP) el Esclavo puede transmitir y recibir datospuesto que el registro de desplazamiento es asncrono con el oscilador. Al completar una transferencia de un byte, el dispositivo podra despertarse sise encontraba dormido

22



CRONOGRAMA SPI ESCLAVO SIN SELECCIN EXTERNA

CKE=0F.subida

F.bajada

Muestreo siempre con SMP=0(en mitad del bit)con el flanco opuestoal de salida de los datos

Esperando a que el Maestro genere flancos

BYTE COMPLETOSSPIF=1

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Funcionamiento como ESCLAVOcon Seleccin Externa

El pin /SS (nivel activo bajo) permite la conexin de varios esclavos con un Maestro, habilitando en cada instante nicamente la transferencia con un Esclavo

El dispositivo Maestro debe seleccionar para la transferencia nicamente uno de los Esclavos mediante la activacin de la seal /SS (a cero) del elegido, permaneciendoel resto en estado alto

Se debe configurar el modo SSP Esclavo con SSPCON = 0100 y adems definirel pin /SS/RA5 como entrada con TRISA=1

Cuando /SS est a 0, se permite transmisin/recepcin y el pin SDO se maneja internamente por parte del registro dedesplazamiento

Si el pin /SS est a 1, el pin SDO se sita en alta impedancia respecto al registrode desplazamiento (podran necesitarse resistencias de polarizacin).

Adems, con /SS a 1 (Vdd) el mdulo SPI permanecer reseteado igual que si SSPEN=0 y el contador de bits entrantes permanecer a cero

24



CRONOGRAMA SPI ESCLAVO CON SELECCIN EXTERNA

Muestreo siempre con SMP=0(en mitad del bit)con el flanco opuestoal de salida de los datos

Necesaria seal /SS a 0

25



Interface SPI: Posibilidades de conexin

A).- Un Maestro y un Esclavo con conexin a 3 hilos,

MAESTRO ESCLAVO

SDO

SDI

SCK

SDI

SDO

SCK

Transmisin/recepcin simultnea

Transmisin/recepcin pero no simultneas

B).- Un Maestro y un Esclavo con conexin a 2 hilos,

MAESTRO ESCLAVO

SDO

SDI

SCK

SDI

SDO

SCK

2 hilos

3 hilos

Conflicto en las Salidas !

26



B).- Un Maestro y un Esclavo con conexin a 2 hilos

MAESTRO ESCLAVO

SDO

SDI

SCK

SDI

SDO

SCK

2 hilos

MAESTRO(TRISC=0)

ESCLAVO(TRISC=1)

SDO

SDI

SCK

SDI

SCK

2 hilos

Estado1: Maestro emite (y recibe lo mismo que est emitiendo), Esclavo recibe

Slo puede haber una salida activa, el receptor anula su salida de datos SDOpor software mediante el registro de direccin de datos

(TRISC=1 define SDO como entrada)


27



B).- Un Maestro y un Esclavo con conexin a 2 hilos,

MAESTRO ESCLAVO

SDO

SDI

SCK

SDI

SDO

SCK

Slo puede haber una salida activa, el receptor anula su salida de datos SDOpor software mediante el registro de direccin de datos

(TRISC=1 define SDO como entrada)

2 hilos

MAESTRO(TRISC=1)

ESCLAVO(TRISC=0)

SDI

SCK

SDI

SDO

SCK

2 hilos

Estado 2: Maestro recibe, Esclavo emite (y recibe lo mismo que est emitiendo)


28



MAESTRO ESCLAVO1ESCLAVO

2ESCLAVO

n

SDO SDI SDI SDI

......

SCK SCK SCK SCK

C).- Un Maestro emitiendo y varios Esclavos recibiendo, conexin a 2 hilos

No sera necesario el control de la seleccin del esclavo, todos tendran la entrada de datos activa

SDO SDO SDOSDI

29



D).- Un Maestro y varios Esclavos con posibilidad de emisin, 3 h. y lneas de seleccin

MAESTRO ESCLAVO1ESCLAVO

2ESCLAVO

n

SDO SDI SDI SDI

......

SCK SCK SCK SCK

SDO SDO SDOSDI /SS /SS /SS

Circuito deSeleccin de

Esclavo(directo

o decodif.)

.

.

.

P

O

R

T

?

Slo un Esclavo Seleccionadoque maneja la lnea SDO

y que recibe por SDI(/SS=0, resto /SS=1)

30



Utilidades de SPI: Expansin de Puertos de Entrada con Registro de Desplazamiento

RC5/SDO

RC4/SDI

RC3/SCK

RD7

LOAD

CLOCK

b7 b6b5b4b3b2b1 b0

Salida serie

Entrada serieREGISTRO DEDESPLAZAMIENTO

74HC165

MDULO SPI

Microcontrolador

1.- Pulso en RD7 para Lectura del Puerto (carga paralelo de 74HC165)

2.- Aparicin de flancos en SCK por escritura interna en SSPBUFse debe configurar CKP=1, CKE=1

3.- Tras 8 flancos de subida, entra el dato completo

Datos Puerto de entrada

SECUENCIA

31



74HC165: Registro de Desplazamiento

Entrada Paralelo de datos

Activacincarga paralelo

Entrada serie

Salida serieReloj

Habilitacin

32



b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0

RC5/SDO

RC4/SDI

RC3/SCK

RD7

LOAD

CLOCK

b7 b6b5b4b3b2 b1 b0

Salida serie

Entrada serieREGISTRO DEDESPLAZAMIENTO

74HC165

MODO SPI

Microcontrolador

RD7

SCK (CKP=1, CKE=1)

SDI

Escritura en SSPBUF

b0Dato completo en SSPBUF

Cronograma del proceso de lectura del puerto adicional

Desde el MCU PIC:

1.- Bajar y subir RD72.- Poner SSPIF=03.- Escribir en SSPBUF cualquier cosa4.- Detectar SSPIF=15.- Recoger dato en SSPBUF

33



Expansin para Puertos de Entrada de mayor tamao (p.e. 3 bytes)

74HC165 74HC165 74HC165Sal Sal SalEnt Ent Ent

RD7

SDI

SCK

PIC

BYTE 1 BYTE 2 BYTE 3

Procedimiento para leer los 3 bytes:

1.- Pulso bajo en RD7 para leer simultneamente los 3 bytes2.- Borrar SSPIF y escribir en SSPBUF -> se generan 8 flancos y entra BYTE 1pasando BYTE 2 a la posicin de BYTE 1 y BYTE 3 a la de BYTE 23.- Se recoge BYTE 1 en SSPBUF y se almacena4.- Borrar SSPIF y escribir en SSPBUF -> 8 flancos en SCK y entra BYTE 2...5.- Se recoge BYTE 2 en SSPBUF y se almacena6.- Borrar SSPIF y escribir en SSPBUF -> 8 flancos en SCK y entra BYTE 3...7.- Se recoge BYTE 3 en SSPBUF y se almacena

Carga Carga Carga

3 Registros de Desplazamiento Encadenados

34



Utilidades de SPI: Expansin de Puertos de Salida con Registro de Desplazamiento

RC5/SDO

RC4/SDI

RC3/SCK

RD7

MDULO SPI

Microcontrolador

b6b5b4b3b2b1b0

D

Q

QSET

CLR

D

Q

QSET

CLR

D

Q

QSET

CLR

D

Q

QSET

CLR

D

Q

QSET

CLR

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QSET

CLR

D

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CLR

D

Q

QSET

CLR

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C

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R

D

QQ

S

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T

C

L

R

Registro 74HC595

b7

SECUENCIA A SEGUIR

1.- Escribir el dato a sacar en SSPBUF

2.- Aparecen 8 flancos en SCK que cargan el dato en los biestables D internos del 74HC595

3.- Generar flanco de subida en RD7para que salga el dato al exterior 4.- Dato retenido y disponible en la salida

Relojent. serie

Relojsal. paralelo

Ent.serie

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RC5/SDO

RC4/SDI

RC3/SCK

RD7

MDULO SPI

Microcontrolador

b6b5b4b3b2b1b0

D

Q

QSET

CLR

D

Q

QSET

CLR

D

Q

QSET

CLR

D

Q

QSET

CLR

D

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CLR

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CLR

D

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QSET

CLR

D

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QQ

S

E

T

C

L

R

Registro 74HC595

b7

Cronograma del proceso de escritura en el puerto adicional

b7 b6 b2b5 b4 b3 b1 b0

SCK (CKP=1, CKE=0)

SDO

RD7

Escritura en SSPBUF(antes pondremos

SSPIF=0)

Dato completo en Registro(nos enteramos por SSPIF=1)

Flanco de subidapara salida al exterior

Los bits salen por SDOen los flancos de bajada

Los bits entran alregistro en los flancos de subida

(ya estables los bi)

36



Desde el punto de vista del MCU PIC:

1.- Poner SSPIF=02.- Escribir en SSPBUF el dato a sacar3.- Detectar SSPIF=14.- Bajar y subir RD7 (flanco de subida)

RC5/SDO

RC4/SDI

RC3/SCK

RD7

MDULO SPI

Microcontrolador

b6b5b4b3b2b1b0

D

Q

QSET

CLR

D

Q

QSET

CLR

D

Q

QSET

CLR

D

Q

QSET

CLR

D

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QSET

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C

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R

D

QQ

S

E

T

C

L

R

Registro 74HC595

b7

Qu hacer para escribir en el puerto adicional

37



74HC595 74HC595 74HC595Sal SalEnt Ent Ent

RD7

SDO

SCK

PIC

BYTE 1 BYTE 2 BYTE 3

R.par.

3 Registros de Desplazamiento Encadenados

Expansin para Puertos de Salida de mayor tamao (p.e. 3 bytes)

R.par. R.par.

Procedimiento para escribir los 3 bytes de salida:

1.- Borrar SSPIF y escribir en SSPBUF el BYTE 3, se generan 8 flancos y entra BYTE 3 en el registro interno de la izquierda (lo detectamos por SSPIF=1)2.- Se borra SSPIF y se escribe BYTE 2 en SSPBUF, se generan otros 8 flancosy pasa BYTE 3 al registro central, entrando BYTE 2 en el de la izquierda4.- Borrar SSPIF y escribir en SSPBUF el BYTE 1, otros 8 flancos en SCK y entra BYTE 3 a la derecha, queda BYTE 2 en el centro y BYTE 1 a la izquierda5.- Pulso bajo en RD7 para generar un flanco de subida que haga que los bytesalmacenados internamente en los registros salgan al exterior todos a la vez

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