ADCモジュール(SPI&PIC)
概要
市販されている各種センサーには、SPI(Serial Peripheral Interface)方式に対応したものが多くあります。
- A/Dコンバータ【MCP3208、12ビット、8チャネル】
- D/Aコンバータ【MCP4922、12ビット、2チャネル】
- 気圧センサー【SCP1000】
- 温度センサー【MAX6627】
- 加速度センサー【MMA7455L】
PICに、これらのセンサーを接続して使用する場合には、PIC側をSPIのマスター(master)、センサー側をスレーブ(slave)として制御することになります。
このように、PICにセンサーを接続する限りにおいては、PIC側にスレーブ機能を搭載する必要性は殆どありません。
しかし、PIC同士をSPIで接続して通信を行う場合には、どちらかのPICにスレーブ機能を搭載する必要があります。
そこで今回は、PIC間をSPI方式で接続し、マスター&スレーブ通信を行わせてみました。
只単に、通信を行わせるだけでは実用性がありませんので、次のような仕様とし、実用性を高めました。
尚、マスター機能とスレーブ機能を1つのPICに搭載し、起動時のスイッチによって、どちらかに切り替えるようにしました。
<マスター側の仕様>
- スレーブ側にADCの開始を指示する。(4チャネル分)
- 各チャネルのデータを受信し、LCDに表示する。
<スレーブ側の仕様>
- マスター側からの指示で、ADCを開始する。(4チャネル分)
- マスター側からの指示で、各チャネルのデータを送信する。
動作原理
PIC16F88には、SSP(Synchronous Serial Port)モジュールが搭載されています。
SSPは、SPIやI2CIの通信をハードウェアで実現するためのインターフェース・モジュールです。
SSPをSPIモードで使用することにより、マスター機能およびスレーブ機能を実現することが出来ます。
<mikroCが提供するSPIライブラリ>
| SPIx_Init | SPIモジュールを初期化します。(マスターモードに特化) |
| SPIx_Init_Advanced | SPIモジュールの初期化します。(詳細な設定が可能) |
| SPIx_Read | SPI通信で、1バイトを受信します。 |
| SPIx_Write | SPI通信で、1バイトを送信します。 |
| SPI_Set_Active | SPIモジュールが2個搭載されている場合に、どちらをアクティブにするかを設定します。 |
<SPIの初期化>
- マスターモードでは、mikroCで提供されている、SPI初期化関数(SPI1_Init)をそのまま使用します。
- スレーブモードでは、SPI1_Init関数の後で、スレーブ用に再設定します。
<マスター側の処理>
- スレーブ側にADC開始コマンドを送信します。(ADC_START)
- チャネルを指定して、データ受信コマンドを送信します。(ADC_CH_1~ADC_CH_4)
- スレーブ側から、AD変換値を受信します。(ad1~ad4)
- 受信したAD変換値を電圧値に換算し、LCDに表示します。
<スレーブ側の処理>
- マスター側から、ADC開始コマンドを受信すると、4チャネル分を全てAD変換し、結果を保存します。
- マスター側から、データ受信コマンドを受信すると、指定されたチャネルのAD変換値を送信します。
<マスターとスレーブの接続>
<SSPモジュールのブロックダイアグラム>
<マスター側のタイミングチャート>
<スレーブ側のタイミングチャート>
回路図
ソースコード
- spi_test.c
//********************************************************************** /* ＜ＳＰＩテスト（マスターモード＆スレーブモード）＞ ■マスターの処理 ・ＡＤＣ開始コマンドを送信する。 ・ＡＤＣ（ＣＨ１）のデータを受信する。（データ受信コマンド「ＣＨ１」） ・ＡＤＣ（ＣＨ２）のデータを受信する。（データ受信コマンド「ＣＨ２］） ・ＡＤＣ（ＣＨ３）のデータを受信する。（データ受信コマンド「ＣＨ３］） ・ＡＤＣ（ＣＨ４）のデータを受信する。（データ受信コマンド「ＣＨ４］） ・ＣＨ１～ＣＨ４のデータをＬＣＤに表示する。 ■スレーブの処理 ・マスターからのコマンドを受信する。 ・ＡＤＣ開始コマンドであれば、ＣＨ１～ＣＨ４をＡＤ変換する。 ・データ受信コマンドであれば、指定されたチャネルのデータを送信する。 */ //********************************************************************** //■■■関数宣言■■■ extern void main(); extern void SPI1_Write_Ss(unsigned short data_); extern unsigned short SPI1_Read_Ss(unsigned short buffer); //********************************************************************** //■■■マクロ定義■■■ //LCD sbit LCD_RS at RA6_bit; sbit LCD_EN at RA7_bit; sbit LCD_D7 at RB7_bit; sbit LCD_D6 at RB6_bit; sbit LCD_D5 at RB3_bit; sbit LCD_D4 at RB0_bit; sbit LCD_RS_Direction at TRISA6_bit; sbit LCD_EN_Direction at TRISA7_bit; sbit LCD_D7_Direction at TRISB7_bit; sbit LCD_D6_Direction at TRISB6_bit; sbit LCD_D5_Direction at TRISB3_bit; sbit LCD_D4_Direction at TRISB0_bit; //SPI sbit Slave_Select at RB5_bit; sbit Slave_Select_Direction at TRISB5_bit; sbit SCK_Direction at TRISB4_bit; //switch sbit SW_MODE at RA5_bit; #define MASTER_MODE 1 #define SLAVE_MODE 0 //ADC #define ADC_START 0 #define ADC_CH_1 1 #define ADC_CH_2 2 #define ADC_CH_3 3 #define ADC_CH_4 4 //other #define INPUT_MODE 1 #define OUTPUT_MODE 0 #define WORD unsigned int #define BYTE unsigned short //********************************************************************** //■■■ＳＰＩ書き込み関数（スレーブセレクト型）■■■ void SPI1_Write_Ss(unsigned short data_) { Slave_Select = 0; SPI1_Write(data_); Slave_Select = 1; } //********************************************************************** //■■■ＳＰＩ読み込み関数（スレーブセレクト型）■■■ BYTE SPI1_Read_Ss(unsigned short buffer) { BYTE rd, dummy; // Slave_Select = 0; rd = SPI1_Read(dummy); Slave_Select = 1; return (rd); } //********************************************************************** //■■■メイン関数■■■ void main() { int ad1, ad2, ad3, ad4; short dummy, mode; char buf[8]; double ad; // OSCCON = 0b01110000; ANSEL = 0b00001111; TRISA = 0b11101111; //ＬＣＤ初期化 Lcd_Init(); Lcd_Cmd(_LCD_CLEAR); Lcd_Cmd(_LCD_CURSOR_OFF); Lcd_Out(1, 1, "SPI test"); if (SW_MODE == 1) { //マスターモード Lcd_Out(2, 1, " -> Master mode"); } else { //スレーブモード Lcd_Out(2, 1, " -> Slave mode"); } Delay_ms(1000); Lcd_Cmd(_LCD_CLEAR); //ＡＤＣ初期化 ADC_Init(); //ＳＰＩ初期化 if (SW_MODE == 1) { //マスターモード mode = MASTER_MODE; // Slave_Select = 1; Slave_Select_Direction = OUTPUT_MODE; SPI1_Init(); SSPSTAT.CKE = 0; // Lcd_Out(1, 1, "1:"); Lcd_Out(1, 9, "2:"); Lcd_Out(2, 1, "3:"); Lcd_Out(2, 9, "4:"); Delay_us(500); } else { //スレーブモード mode = SLAVE_MODE; // Slave_Select_Direction = INPUT_MODE; SPI1_Init(); SSPSTAT.CKE = 0; // SCK_Direction = INPUT_MODE; //SCKピンを入力モードにする。 SSPCON.SSPM3 = 0; SSPCON.SSPM2 = 1; SSPCON.SSPM1 = 0; SSPCON.SSPM0 = 0; } // while (1) { switch (mode) { case MASTER_MODE: //マスターモード //ＡＤＣ開始コマンド SPI1_Write_Ss(ADC_START); Delay_us(500); //データ受信コマンド（ＣＨ１） SPI1_Write_Ss(ADC_CH_1); Delay_us(100); ad1 = SPI1_Read_Ss(dummy) << 8; ad1 |= SPI1_Read_Ss(dummy); Delay_us(100); //データ受信コマンド（ＣＨ２） SPI1_Write_Ss(ADC_CH_2); Delay_us(100); ad2 = SPI1_Read_Ss(dummy) << 8; ad2 |= SPI1_Read_Ss(dummy); Delay_us(100); //データ受信コマンド（ＣＨ３） SPI1_Write_Ss(ADC_CH_3); Delay_us(100); ad3 = SPI1_Read_Ss(dummy) << 8; ad3 |= SPI1_Read_Ss(dummy); Delay_us(100); //データ受信コマンド（ＣＨ４） SPI1_Write_Ss(ADC_CH_4); Delay_us(100); ad4 = SPI1_Read_Ss(dummy) << 8; ad4 |= SPI1_Read_Ss(dummy); Delay_us(100); //データ表示（ＣＨ１） ad = ad1; ad = ad * 4.8828125; WordToStr(ad, buf); Lcd_Out(1, 3, &buf[1]); //データ表示（ＣＨ２） ad = ad2; ad = ad * 4.8828125; WordToStr(ad, buf); Lcd_Out(1, 11, &buf[1]); //データ表示（ＣＨ３） ad = ad3; ad = ad * 4.8828125; WordToStr(ad, buf); Lcd_Out(2, 3, &buf[1]); //データ表示（ＣＨ４） ad = ad4; ad = ad * 4.8828125; WordToStr(ad, buf); Lcd_Out(2, 11, &buf[1]); // Delay_ms(100); break; case SLAVE_MODE: //スレーブモード switch (SPI1_Read(dummy)) { case ADC_START: //ＡＤＣ開始コマンド ad1 = ADC_Get_Sample(0); ad2 = ADC_Get_Sample(1); ad3 = ADC_Get_Sample(2); ad4 = ADC_Get_Sample(3); break; case ADC_CH_1: //データ受信コマンド（ＣＨ１） SPI1_Write((ad1 >> 8) & 0xFF); SPI1_Write(ad1 & 0xFF); break; case ADC_CH_2: //データ受信コマンド（ＣＨ２） SPI1_Write((ad2 >> 8) & 0xFF); SPI1_Write(ad2 & 0xFF); break; case ADC_CH_3: //データ受信コマンド（ＣＨ３） SPI1_Write((ad3 >> 8) & 0xFF); SPI1_Write(ad3 & 0xFF); break; case ADC_CH_4: //データ受信コマンド（ＣＨ４） SPI1_Write((ad4 >> 8) & 0xFF); SPI1_Write(ad4 & 0xFF); break; } break; } } } //**********************************************************************
