MAXQ3180微控制器為電表的多相模擬前端。它集成了現(xiàn)代多功能電能計(jì)量所需的所有功能。MAXQ3180通過(guò)串行外設(shè)接口（SPI?）總線將其讀數(shù)傳送給主機(jī)微控制器。本應(yīng)用筆記描述了該接口是如何完成的，并提供了示例代碼，以幫助設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)通信機(jī)制。

SPI概述

串行外設(shè)接口 （SPI） 是一種設(shè)備間總線協(xié)議，可在芯片之間提供快速、同步、全雙工通信。一個(gè)器件（主設(shè)備）驅(qū)動(dòng)同步時(shí)鐘，并選擇多個(gè)從站中的哪一個(gè)被尋址。每個(gè)SPI外設(shè)由一個(gè)移位寄存器和控制電路組成，因此尋址串行外設(shè)接口SPI外設(shè)同時(shí)發(fā)送和接收。

圖1.SPI 從站的插圖。

SPI通信中使用了四種分立電路：

SCLK：所有設(shè)備使用的同步時(shí)鐘。主站驅(qū)動(dòng)此時(shí)鐘，從設(shè)備接收時(shí)鐘。請(qǐng)注意，SCLK 可以門(mén)控，不需要在 SPI 事務(wù)之間驅(qū)動(dòng)。

莫西：主人出來(lái)，奴隸進(jìn)來(lái)。這是由主站驅(qū)動(dòng)到SPI總線上所有從機(jī)的主數(shù)據(jù)線。只有選定的從站時(shí)鐘從MOSI數(shù)據(jù)。

MISO：主人進(jìn)，奴出。這是由選定的從站驅(qū)動(dòng)到主站的主數(shù)據(jù)線。只有選定的從機(jī)可以驅(qū)動(dòng)該電路。事實(shí)上，它是SPI總線布置中唯一允許從站驅(qū)動(dòng)的電路。

SSEL：此信號(hào)對(duì)于每個(gè)從站都是唯一的。當(dāng)活動(dòng)（通常為低電平）時(shí)，所選從機(jī)必須驅(qū)動(dòng)MISO。

對(duì)于此討論，必須注意SPI外設(shè)同時(shí)發(fā)送和接收。想到這一點(diǎn)的一個(gè)方便方法是，主站總是發(fā)送一個(gè)字節(jié)并接收一個(gè)字節(jié)。

一些SPI外設(shè)犧牲了速度，轉(zhuǎn)而模擬半雙工操作。 MAXQ3180微控制器不是這種情況，它是一款真正的全雙工SPI從機(jī)。

本應(yīng)用筆記的其余部分介紹如何在SPI總線上連接并成功使用MAXQ3180。

MAXQ3180通信概述

對(duì)于主機(jī)（即主機(jī)）來(lái)說(shuō)，MAXQ3180看起來(lái)像一個(gè)由RAM和ROM組成的存儲(chǔ)器陣列。這是因?yàn)镸AXQ3180中的ROM固件從RAM讀取其工作參數(shù)，并將結(jié)果放在RAM中。因此，配置MAXQ3180就像對(duì)其RAM位置進(jìn)行塊寫(xiě)入一樣簡(jiǎn)單。

一些MAXQ3180“存儲(chǔ)器”位置觸發(fā)器件內(nèi)的動(dòng)作，以“動(dòng)態(tài)”計(jì)算電能計(jì)量結(jié)果。寫(xiě)入這些位置是“nop”。RAM 和虛擬 ROM 位置的具體功能和用途超出了本文檔的范圍。這里重要的事實(shí)是，微控制器實(shí)際上只有兩種SPI通信操作：讀取和寫(xiě)入。

MAXQ3180中的每個(gè)事務(wù)都從主站發(fā)送兩個(gè)字節(jié)開(kāi)始，其中包含命令（即讀或?qū)懀⒃L問(wèn)地址和訪問(wèn)字節(jié)數(shù)。如上所述，每個(gè)SPI外設(shè)每接收一個(gè)字節(jié)返回一個(gè)字節(jié)。因此，MAXQ3180在接收到第一個(gè)命令字節(jié)后返回0xC1，在第二個(gè)命令字節(jié)后返回0xC2。該協(xié)議如圖 2 所示。

圖2.主機(jī)向MAXQ3180讀寫(xiě)數(shù)據(jù)。

如果主服務(wù)器正在讀取一個(gè)或多個(gè)字節(jié)，則必須發(fā)送虛擬字節(jié)。請(qǐng)記住，除非從站發(fā)送一些東西，否則主站無(wú)法從從站接收任何東西：發(fā)送一個(gè)字節(jié)來(lái)獲取一個(gè)字節(jié)。但是在收到命令后，MAXQ3180可能必須計(jì)算結(jié)果，因此當(dāng)主機(jī)發(fā)送虛擬字節(jié)時(shí)可能還沒(méi)有準(zhǔn)備好結(jié)果。因此，MAXQ3180在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，總是發(fā)送零個(gè)或多個(gè)NAK字符（0x4E或ASCII'N'），后跟ACK字符（0x41或ASCII'A'）。

如果主站正在寫(xiě)入一個(gè)或多個(gè)字節(jié)，它會(huì)在發(fā)送命令后立即發(fā)送要寫(xiě)入的數(shù)據(jù)。MAXQ3180為每個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)返回ACK （0x41）。然后，它返回 NAK （0x4E），直到寫(xiě)入周期完成，之后返回最終的 ACK。

注意，在最終ACK之后，MAXQ3180立即準(zhǔn)備好開(kāi)始下一筆交易;它不需要等待任何其他事件。甚至不需要切換 SSEL 即可開(kāi)始下一個(gè)事務(wù)。MAXQ3180知道第一筆交易已經(jīng)結(jié)束，并準(zhǔn)備好進(jìn)行下一筆交易。

無(wú)論出于何種原因，如果需要復(fù)位主機(jī)與MAXQ3180之間的通信（例如，如果通信變得不同步），主機(jī)只需等待200ms即可從第一個(gè)命令字節(jié)重新啟動(dòng)通信。200ms延遲通知MAXQ3180主機(jī)放棄前一個(gè)事務(wù)。

命令字節(jié)

命令字節(jié)告訴MAXQ3180：

請(qǐng)求的事務(wù)是讀取還是寫(xiě)入

交易的長(zhǎng)度

RAM 中要修改的地址（或要讀取的虛擬 ROM 地址）

圖3.命令字節(jié)的結(jié)構(gòu)。

第一個(gè)命令字節(jié)（圖3）告訴MAXQ3180所請(qǐng)求的事務(wù)是讀還是寫(xiě)，以及事務(wù)的長(zhǎng)度。命令字節(jié)使用以下計(jì)劃：

命令字節(jié) 1 的其余部分和所有命令字節(jié) 2 提供要訪問(wèn)的 RAM 中字節(jié)的地址（或虛擬 ROM 函數(shù)的身份）。

主機(jī)軟件設(shè)計(jì)

雖然MAXQ3180包含硬件SPI控制器，但單個(gè)消息字節(jié)仍由ROM固件中的軟件例程處理。因此，連續(xù)字節(jié)之間需要延遲。在當(dāng)前版本的MAXQ3180中，該延遲必須不小于100μs才能可靠工作。參見(jiàn)圖 4 和圖 5。

圖4.MAXQ3180讀數(shù)流程圖

圖5.編寫(xiě)MAXQ3180的流程圖

代碼清單

提供代碼，用于將內(nèi)置SPI主機(jī)的MAXQ2000微控制器連接至MAXQ3180。其他微控制器的用戶將需要提供自己的SPI基元，并可能修改高級(jí)子程序。

在下面的列表中，子例程導(dǎo)致程序線程在給定的微秒數(shù)內(nèi)停止執(zhí)行。常量被定義為提供比字符超時(shí)更長(zhǎng)的內(nèi)容。dly_usSPI_TIMEOUT

在高級(jí)子例程中，ENUM 用于按名稱(chēng)選擇寄存器。它索引數(shù)組，其中包括每個(gè)MAXQ3180寄存器的寄存器長(zhǎng)度。請(qǐng)參見(jiàn)圖 6、7 和 8。register_lookup_table

unsigned char Send_SPI(unsigned char x)
{
  unsigned char y = 0;
  int z;
  int error = 0;
  SPICN = 3; /* MSTSM, SPIEN */
  z = 0; while ((SPICN_bit.STBY) && (++z < SPI_TIMEOUT));
  if (z == SPI_TIMEOUT) error = 1;
  SPICN_bit.SPIC = 0; /* Clear transfer complete flag */
  SPIB = x;
  z = 0; while ((!SPICN_bit.SPIC) && (++z < SPI_TIMEOUT));
  if (z == SPI_TIMEOUT) error = 1;
  y = SPIB;
  SPICN_bit.SPIC = 0;
  dly_us(100);
  if (error) return 0;
  return y;
}

圖6.基元的代碼。Send_SPI

long Read_AFE(enum METER_REGISTER_RECORD reg, uint16 reg_addr)
{
  extern unsigned char record[8];
  unsigned long x = 0;
  unsigned char i, regadd, command_code = 0;
  for(i=0; i<8; i++) record[i] = 0;
  switch(register_lookup_table[reg].register_length)
  {
  case 2: command_code |= 0x10; break;
  case 4: command_code |= 0x20; break;
  case 8: command_code |= 0x30; break;
  }
  command_code |= reg_addr >> 8;
  regadd = reg_addr & 0xff;

  /* Disable SPI to reset it */
  SPICN_bit.SPIEN = 0;
  for(x=0; x<300; x++);
  SPICN_bit.SPIEN = 1;

  SPI_SELECT_0;
  i = 0;
  while((Send_SPI(command_code)!= 0xC1)&&(++i < SPI_COMMAND_RETRIES))
    spi_comm_timeout();

  x = 0xffffffff;
  if (i == SPI_COMMAND_RETRIES) goto spierror;
  Send_SPI(regadd);
  i = 0; while((Send_SPI(0) != 'A') && (++i < SPI_RETRIES));
  if (i == SPI_RETRIES) goto spierror;
  x = 0;
  for(i=0; i
			

圖7.（） 子例程的代碼。ReadAFESPI_Read

long Read_AFE(enum METER_REGISTER_RECORD reg, uint16 reg_addr)
{
  extern unsigned char record[8];
  unsigned long x = 0;
  unsigned char i, regadd, command_code = 0;
  for(i=0; i<8; i++) record[i] = 0;
  switch(register_lookup_table[reg].register_length)
  {
  case 2: command_code |= 0x10; break;
  case 4: command_code |= 0x20; break;
  case 8: command_code |= 0x30; break;
  }
  command_code |= reg_addr >> 8;
  regadd = reg_addr & 0xff;

  /* Disable SPI to reset it */
  SPICN_bit.SPIEN = 0;
  for(x=0; x<300; x++);
  SPICN_bit.SPIEN = 1;

  SPI_SELECT_0;
  i = 0;
  while((Send_SPI(command_code)!= 0xC1)&&(++i < SPI_COMMAND_RETRIES))
    spi_comm_timeout();

  x = 0xffffffff;
  if (i == SPI_COMMAND_RETRIES) goto spierror;
  Send_SPI(regadd);
  i = 0; while((Send_SPI(0) != 'A') && (++i < SPI_RETRIES));
  if (i == SPI_RETRIES) goto spierror;
  x = 0;
  for(i=0; i
			

圖8.（） 子例程的代碼。Write_AFESPI_Write

審核編輯：郭婷