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06-18
摘要：本文是为了提高ADC转换的精度，加快工作速度而进行的。
主要介绍AVR单片机的SPI和MAX接口设计，并提供软件编程实现。
关键词：SPI、AVR 单片机、MAX 1、AVR 单片机的 SPI 接口 SPI（Serial Peripheral Interface---串行外设接口）总线系统是一种同步串行外设接口，允许 MCU 进行通信和以串行方式与各种外围设备交换数据，广泛应用于各种工业控制领域。
基于该标准，SPI系统可以直接与各厂家生产的多种标准外围设备接口。
SPI接口通常包含4条线：串行时钟（SCK）、主输入/从输出数据线（MISO）、主输出/从输入数据线（MOSI）和低电平有效从选择线SS。
在从机选择线SS使能的前提下，主机的SCK脉冲将在数据线上传输主/从机的串行数据。
主/从机典型连接图如图（1）所示： 图（1）主/从机连接图 串行外设接口 SPI 可以实现 ATmega16 与外设数据的高速同步传播。
ATmega16 SPI 的特性如下：全双工、3 线同步数据传输、主/从操作、LSB 优先或 MSB 优先、7 个可编程比特率、传输结束中断、写入冲突标志检测、可从空闲状态从动模式唤醒，作为主机时采用二速模式（CK/2）。
如图（2）所示，系统包括两个移位寄存器和一个主时钟发生器。
通过将所需从机的 SS 引脚拉低，主机启动通信过程。
主设备和从设备将需要的数据放入相应的移位寄存器中，主设备在SCK引脚上产生时钟脉冲来交换数据。
主设备的数据从 MOSI 移出，从从设备 MISO 移入。
从机数据从 MISO 移出，从从机 MOSI 移入。
主设备通过拉高从设备的SS来实现与从设备的同步。
图（2）SPI主从互连 下面介绍SPI的几个特殊寄存器： 1.1 SPI控制寄存器—SPCR SPIE为SPI中断使能，设置后只要SPSR 寄存器的 SPIF 和 SREG 寄存器的全局中断使能位被置 1，SPI 中断将被触发。
设置 SPE 将启用 SPI。
DORD置位时，先发送数据的LSB；否则，首先发送数据的MSB。
当 MSTR 置位时选择主机模式，否则选择从机模式。
CPOL置位表示空闲，SCK为高电平；否则，空闲时SCK为低电平。
CPHA 决定数据是在 SCK 的起始沿还是结束沿进行采样。
通过设计SPR1和SPR0来确定主机的SCK速率。
1.2 SPI 状态寄存器—SPSR SPIF 为中断标志位。
串行传输完成后，SPIF 被置位。
如果此时寄存器SPCR的SPIE和全局中断使能位被置位，则将产生SPI中断。
进入中断程序后，SPIF 将自动清零。
传输过程中向SPI数据寄存器SPDR写入数据会置位WCOL。
设置SPI2X后，SPI的速度将加倍。
1.3 SPI 数据寄存器—SPDR SPDR 数据寄存器是一个读/写寄存器，用于在寄存器文件和SPI 移位寄存器之间传输数据。
写入寄存器将启动数据传输，读取寄存器将读取寄存器的接收缓冲区。
SPI 系统在发送方向只有 1 个缓冲区，在接收方向只有 2 个缓冲区。
也就是说，发送时必须等到移位过程完成后才能写入SPI数据寄存器。
接收数据时，在下一个字符移位过程结束之前，需要通过访问SPI数据寄存器来读取当前接收到的字符。
否则第一个字节将会丢失。
本设计中使用的串行ADC芯片是MAXIM公司。
在AVR单片机SPI主机的控制下，完成MAX转换后的数据读取操作。
2。
MAX简介 MAX是Maxim公司推出的一款12位A/D转换芯片。
内部包含采样/保持电路，单路5V工作电源，转换速度8.5μs，片内4.V参考电压，模拟输入范围0~VBEF。
三线串行接口，兼容SPI、QSPI、MicroWire总线。
MAX采用采样/保持电路和逐位比较寄存器将输入的模拟信号转换为12位数字信号。
其采样/保持电路不需要外接电容。
MAX有2种工作模式：正常模式和睡眠模式。
将其设置为低电平进入睡眠模式，电流消耗将降至10μA以下。
置高或左悬空即可进入正常工作模式。
完整的操作顺序如图（3）所示。
使用内部基准时，上电后，基准引脚的4.7μF电容在20ms后充电，即可进行正常的转换操作。
A/D转换的工作过程为：低电平时，MAX的T/H电路在下降沿进入保持状态，开始转换。
8.5μs后，DOUT输出高电平作为转换完成标志。
此时，可以在SCLK端输入一系列脉冲，将结果从DOUT端移出并读入单片机进行处理。
数据读取完成后将置高。
需要注意的是，设置为低电平开始A/D转换后，只有检测到DOUT有效（或延迟8.5μs以上）后，才能发送SCLK移位脉冲来读取数据，SCLK的个数为至少13。
发送脉冲后，应设置为高电平。
图（3）SPI/Microwire串行接口时序图（CPOL=CPHA=0） 3.串行ADC接口设计与实现 MAX电源??需要添加去耦电容。
常用的方法是使用一个4.7μF电容和一个0.1μF电容并联。
为了保证采样精度，最好分别给MAX和单片机供电。
4脚连接4.7μF电容作为参考端，采用内部4.V参考电压模式。
输入模拟信号的电压范围为0~4。
V，如果模拟输入电压不在这个范围内，则必须添加外部电路来转换电压范围。
MAX只有1个模拟输入通道。
如果输入是多个信号，则必须添加多个模拟开关。
如图（4）所示，Vinp为模拟信号输入端。
经过MAX转换后，得到12的数据。
分别通过SCLK、CS、DOUT连接到AVR单片机SPI的SCK、SS、MISO。
在单片机的控制下读取数据。
图（4）MAX硬件接线图 编程： 程序使用ATmega16编译，并在ATmanAvr环境下调试通过。
程序的基本思路是：定义PB7引脚为时钟SCLK，PB6为数据DOUT，PB4为片选。
片选有效后，延时大于8.5μs，保证转换完成。
在时钟SCLK的作用下，从数据输出端读取转换后的数据，并存储在两个无符号字符变量中。
这两个字符变量组合成一个16位无符号整型变量函数返回值返回，返回值的低12位有效。
#define ss 4 //PB4 #define mosi 5 //PB5 #define miso 6 //PB6 #define sck 7 //PB7 PORTB = 0x4f; DDRB = 0xb0 ;//PB口初始化 void spi_init(void) { SPSR = 0x0; SPCR = 0x50; } unsigned int ADC_MAX(void) { 静态 uint temp,temp1; PORTB&=~(1>3; PORTB|=(1< 在仪器仪表、传感器、工程测试等方面。 参考文献： 1.ATmega16L数据表[DBOL]。 : 北京航空航天大学出版社。
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