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基于FPGA的RFID无线通信系统的实现
发布时间:2018-02-27 阅读：次 [打印文章] [关闭窗口]
1．3 SPI模块
1．3．1 SPI总线介绍
SPI(Serial Parallel Bus)总线是Motorola公司提出的一个同步串行外设接口，容许CPU与各种外围接口器件，以串行方式进行通信。它使用4条线：串行时钟线(SCK)、主机输入／从机输出线(MISO)、主机输出／从机输入线(MOSI)、低电平有效的使能信号线(SS)。这样，仅需3～4根数据线和控制线即可扩展具有SPI接口的各种I／0器件。
SPI总线模式的数据是以字节为单位进行传输的(一次传输可以传多个字节)，每字节为8位，每个命令或者数据块都是字节对齐的(8个时钟的整数倍)。数据按位传输，高位在前，地位在后，为全双工通信，数据传输速度总体来说比I2C总线要快，速度可达模压电感器到每秒几兆比特。SPI接口是以主从方式工作的，这种模式通常有一个主器件和一个或多个从器件。在本文设计的无线通信系统中，由FPGA实现的SPI总线接口模块为主机，NRF905的SPI模块为从机。
SPI时序模式的选择：
SPI接口有4种不同的数据传输时序，取CPOL和CPHL这两位的组合。CPOL是用来决定SCK时钟信号空闲时的电平；CPOL=O，空闲电平为低电平，CPOL=1时，空闲电平为高电平。CPHA是用来决定采样时刻的，CPHA=0，在每个周期的第一个时钟沿采样；CPHA=1，在每个周期的第二个时钟沿采样。
图2为NRF905的SPI接口的时序图，由此本文设计的SPI工作模式是在CPOL=O，CPHA=O这种时序下。
1．3．2 SPI硬件设计
图3是本文无线通信系统中SPI模块的结构图，该系统中的SPI主要由时钟生成模块，SPI寄存器组，SPI功能配置的模块组成，并且通过Wishbone总线与控制器相连，具体设计如下：
时钟生成模块：由于SPI模块是基于FPGA来实现的，而FPGA外部提供的时钟较快(50 MHz或100 MHz)，不适合与NRF905的SPI接口进行通信
(1 Hz～10 MHz)，所以需要分频来使时钟慢下来。但是至于几分频是由SPI功能配置模块来完成的。其次由于SPI协议指出数据可在上升沿或下降沿触发，所以还需要对时钟的上升沿或下降沿进行鉴别(也称抓沿程序)，这个功能也由这个模块完成。
SPI寄存器模块：这个模块实现的是一个由16个8位寄存器组成的128位的寄存器组，也就是说通过SPI接口一次性可收发8～128位的串行数据。具体操作由SPI功能配置模块来完成。
SPI功能配置模块：这个模块相当于一个SPI控制器，通过对其寄存器的配置来决定时钟的分频数，收发数据位数，时钟上升沿或下降沿传输数据等，而对这些寄存器的配置是由控制模块完成的。下面就配置寄存器做一些简要说明。
首先介绍控制寄存器：
控制寄存器第O位go：是否开始发送。
控制寄存器第1位rx_negedge：接收数据是下降沿还是上升沿。
控制寄存器第2位tx_negedge：发送数据是下降沿还是上升沿。
控制寄存器第3～9位char_len：发送数据的位数(因为SPI是全双工的，所以这实际上也是接收数据的位数)。
控制寄存器第10位lsb：是从高位发送还是地位发送。
控制寄存器第11位ie：读写完成之后是否发送中断信号。
控制寄存器第12位ass：是否自动产生片选信号。
分频寄存器：spi_divider_sel。
状态寄存器：spi_ctrl_sel。
数据寄存器O：spi_tx_sel[0]。
数据寄存器1：spi_tx_sel[1]。
数据寄存器2：spi_tx_sel[2]。
数据寄存器3：spi_tx_sel[3]。
片选信号寄存器：spi_ss_sel。
1．4 控制模块
对于控制模块来说，其实现方法是利用基于Verilog语言的有限状态机来实现，相当于一条一条的指令来控制SPI模块接收发送数据。控制模块分成三个独立的部分即接收控制模块、发送控制模块及NRF905配置模块。其中接收与发送控制模块分别包含对SPI进行配置的状态。下面对接收控制模块的设计进行说明。图4即为Debussy综合出的状态机转换图。
共模电感
为了完成无线通讯而设计的状态较多，比较复杂，故只对比较重要的状态做些简要说明。idle空闲状态，完成对端口进行初始化寄差模电感存器清零；config_div状态，对时钟进行分频(定义sclk)；configwb_in状态，定义传输数据的位数以及是上升沿收发还是下降沿收发，wb_inl，wb_in2，wb_in3，wb_in4，这四个状态就是通过Wishbone总线接口对SPI配置要写的数(每一个状态对应一个寄存器)；configspi_out状态，开始传送数据；done状态，片选置高数据传送完成；readeonfigreg_prel状态，设定发送数据位数；readconfigreg(读寄存器控制字位数电容器和电感器)状态，通过Wishbone总线接口对SPI配置读命令字；readconfigreg_out状态，设定发送／接收数据位；alldone状态，片选置高完成配置数据读取的过程。PIC16C78系列混合信号嵌入式芯片的原理和应用在对嵌入式系统的体积、耗电、集成度等指标要求越来越高的今天，仅仅有带AD变换电路的MCU已经越来越难以处理外围的其他模拟电路。据此，相继有一些MCU制造商推出了混合了模拟电路的MCU，为设计者提供了新
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