MAX3108和控制微處理器之間的基本接口解析

本應(yīng)用筆記是探討MAX3108高性能通用異步接收器/發(fā)送器（UART）特性系列筆記中的第一篇，解釋了MAX3108和控制微處理器之間的基本接口。應(yīng)用筆記簡要介紹了通過2、4或6引腳實現(xiàn)硬件連接;實現(xiàn)31個寄存器，可通過SPI或I2C接口訪問;和三種復(fù)位機制。下面詳細(xì)介紹了SPI和I2C接口以及偽代碼示例。

介紹

MAX3108為高性能通用異步收發(fā)器（UART），采用晶圓級封裝（WLP），理想用于低功耗便攜式設(shè)備。其高級功能范圍從單獨的 128 字發(fā)送和接收 FIFO 到廣泛的硬件介導(dǎo)流控制。然而，在應(yīng)用利用這些特性之前，它必須與MAX3108及其31個內(nèi)部寄存器進行可靠的通信。本應(yīng)用筆記介紹了MAX3108通信的基本原理。有關(guān)偽代碼的軟件約定顯示在附錄中。

硬件連接

MAX3108與微處理器（μP）之間的通信通過2、4或6個引腳進行。兩個專用引腳IRQ和RST通常連接到微處理器 GPIO 引腳。IRQ是微處理器的輸入引腳。作為雙功能信號，IRQ既指示MAX3108復(fù)位何時完成，又在發(fā)生某些可編程UART事件時通知微處理器。RST是微處理器的輸出引腳。它可靠地強制MAX3108復(fù)位至已知狀態(tài)。盡管可以在不使用這些引腳的情況下實現(xiàn)功能應(yīng)用程序，但最好連接它們，除非缺少 GPIO 引腳。

MAX3108實現(xiàn)31個寄存器，每個寄存器一個字節(jié)寬，可通過SPI或I2C接口訪問，該接口在硬件中選擇。由于其更大的帶寬和更簡單的實現(xiàn)，SPI接口更可取。將 SPI I2C 引腳連接到高電平可實現(xiàn) SPI 接口。將其設(shè)置為低電平可實現(xiàn)I2C接口。

MAX3108 SPI接口直接連接到微處理器上常用的SPI硬件引擎時效果最佳。

與其他SPI接口實現(xiàn)不同，即使MAX3108是SPI總線上唯一的器件，從選擇（SS）信號也必須連接到MAX3108。

同樣，I2C接口在直接連接到微處理器上的I2C硬件引擎時效果最佳。

與SPI接口不同，I2C接口依賴于總線上具有唯一I2C地址的每個外設(shè)。為幫助避免地址沖突，引腳MOSI/A1和%-overbar_pre%CS%-overbar_post%/A0上的硬件引腳搭接選項可將MAX3108 I2C外設(shè)地址固定為16種可能性之一。

重置

MAX3108具有三種復(fù)位機制，所有這些機制都使MAX3108處于已知狀態(tài)，需要后續(xù)寄存器設(shè)置負(fù)載。

第一種復(fù)位機制是在上電時自動復(fù)位。MAX3108要完成復(fù)位，無需時鐘。但是，1.8V電源必須啟動并運行。LDOEN 必須連接高電平，或者如果 LDOEN 連接為低電平，則必須將有效的 1.8V 電源連接到 V18 引腳。僅在復(fù)位期間，%-overbar_pre%IRQ%-overbar_post%引腳不是中斷指示器，而是復(fù)位完成指示器。一旦%-overbar_pre%IRQ%-overbar_post%引腳變?yōu)楦唠娖剑瑥?fù)位完成。如果MAX3108不存在或未上電，程序流可能會無限期地卡在環(huán)路中。如果這是一個問題，請?zhí)砑右粋€計時器。如果 %-overbar_pre%IRQ%-overbar_post% 在 300μs 后仍未出現(xiàn)，您可以假設(shè)有問題。為避免在MAX3108完全就緒之前寫入寄存器，應(yīng)用必須遵循以下步驟。

/*
** Wait for the MAX3108 to come out of reset
*/
   
   // Wait for the IRQ pin to come up, as this
   // indicates that the MAX3108 reset is complete
   while (POLL_MAX3108_IRQ == 0);

第二種復(fù)位機制是通過MAX3108 RST引腳進行硬件復(fù)位。在這種情況下，手動將RST引腳脈沖為低電平，然后為高電平。與上電時自動復(fù)位一樣，%-overbar_pre%IRQ%-overbar_post%引腳表示復(fù)位完成。如上所述，為防止MAX3108缺電或未上電時無限期卡在環(huán)路中，增加一個延遲最小為300μs的定時器。偽代碼見下文。while

/*
** Perform a hardware reset
*/
   SET_MAX3108_RESET_PIN_LOW;
   WAIT (1μs);
   SET_MAX3108_RESET_PIN_HIGH;

   // Wait for the IRQ pin to come up, as this
   // indicates that the MAX3108 reset is complete
   while (POLL_MAX3108_IRQ == 0);

第三種復(fù)位機制是軟件控制的復(fù)位，依賴于MAX3108的SPI或I2C訪問。與其他復(fù)位一樣，MAX3108寄存器需要在復(fù)位完成后重新加載。使用以下偽代碼調(diào)用重置。

/*
** Software reset of the MAX3108
*/
   MAX3108_Write (MAX3108R_MODE2, 0x01);
   MAX3108_Write (MAX3108R_MODE2, 0x00);

通過 SPI 接口

MAX3108與微處理器之間的通信通過%-overbar_pre%RST%-overbar_post%引腳、%-overbar_pre%IRQ%-overbar_post%引腳（均如上所述）以及應(yīng)用微處理器和MAX3108寄存器之間的接口進行。該寄存器接口可以是SPI或I2C接口。有關(guān)SPI選項的詳細(xì)信息在此處，而有關(guān)I2C接口的詳細(xì)信息顯示在通過I2C接口部分。

SPI 接口是微處理器上常用的硬件接口。SPI接口的另一個優(yōu)點是它的速度。MAX3108可支持高達26Mbps的SPI數(shù)據(jù)速率，比目前大多數(shù)微處理器SPI硬件更快。

MAX3108 SPI接口不僅支持單寄存器讀寫，還支持突發(fā)讀寫。這些突發(fā)事務(wù)提高了寄存器接口的效率，進一步推開了寄存器接口成為瓶頸的點。

與其他SPI方案不同，微處理器上SPI主硬件的SS信號必須連接至MAX3108 %-overbar_pre%CS%-overbar_post%/A0引腳。除了選擇SPI總線外設(shè)的傳統(tǒng)用途外，%-overbar_pre%CS%-overbar_post%/A0引腳還向MAX3108發(fā)出SPI事務(wù)邊界信號。%-overbar_pre%CS%-overbar_post%/A0的下降沿向MAX3108表示SPI接口上的下一個字節(jié)是MAX3108寄存器地址。%-overbar_pre%CS%-overbar_post%/A0的上升沿向MAX3108發(fā)出信號，表明SPI事務(wù)（單次讀取、單次寫入、突發(fā)讀取或突發(fā)寫入）已經(jīng)結(jié)束。

SPI 事務(wù)本質(zhì)上是雙向的。對于從微處理器寫入MAX3108的每個字節(jié)，MAX3108同時返回一個字節(jié)到微處理器。這些往往可以忽略;寄存器寫操作忽略MAX3108的返回字節(jié)。類似地，寄存器讀取返回其值，微處理器向MAX3108發(fā)送虛擬字節(jié)。這些虛擬字節(jié)不會降低接口速度，因為它們與有效的寄存器讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)同時發(fā)生。

單 SPI 寫入

單個寫入事務(wù)的偽代碼如下所示：

/*
** Write one byte to the specified register in the MAX3108
**
** Arguments: 
** port: MAX3108 register address to write to (0x00 through 0x1e)
** val: the value to write to that register
**
** return value:  TRUE
**
*/
BOOL MAX3108_SPI_Write (unsigned int port,
                        unsigned char val) {
   unsigned int dummy;

   // Indicate the start of a transaction
   SET_MAX3108_CS_PIN_LOW;

   // Write transaction is indicated by MSbit of the
   // MAX3108 register address byte = 1.  SPI return
   // from the MAX3108 ignored
   dummy = SPI_SEND_BYTE (0x80 | port);

   // Now send the value to write, return value ignored
   dummy = SPI_SEND_BYTE (val);

   // Finally, indicate transaction completion
   SET_MAX3108_CS_PIN_HIGH;

   return TRUE;
}

突發(fā) SPI 寫入

MAX3108 SPI接口還支持突發(fā)寫入，適用于快速FIFO填充或快速寄存器負(fù)載。如果寄存器地址為零，則突發(fā)寫入將填充發(fā)送FIFO。這允許快速FIFO填充，無需切換MAX3108 %-overbar_pre%CS%-overbar_post%/A0線或為每個寫入FIFO字節(jié)發(fā)送寄存器地址。

對于任何其他MAX3108寄存器地址，寄存器地址隨著突發(fā)的每個后續(xù)字節(jié)自動遞增，從而允許快速寄存器填充。

突發(fā)寫入事務(wù)的偽代碼如下所示：

/*
** Write a burst of bytes to the MAX3108
**
** Arguments:
** port: MAX3108 register address to write to
** len: number of bytes to send to MAX3108 registers
** ptr: pointer to the bytes to send
**
** return value:  TRUE
**
*/
BOOL MAX3108_SPI_Puts (unsigned int port,
                       unsigned int len,
                       unsigned char *ptr) {

   unsigned int dummy;

   // Indicate the start of a transaction
   SET_MAX3108_CS_PIN_LOW;

   // Write transaction indicated by MSbit of the
   // MAX3108 register address byte = 1.  SPI return
   // from the MAX3108 ignored
   dummy = SPI_SEND_BYTE (0x80 | port);

   // Covers the case where len==0
   while (len--) {
      dummy = SPI_SEND_BYTE (*ptr++);  // return value ignored
   }

   // Indicate transaction completion
   SET_MAX3108_CS_PIN_HIGH;

   return TRUE;
}

注意，對于突發(fā)寫入事務(wù)，第一個字節(jié)是MAX3108寄存器地址，所有后續(xù)字節(jié)都是寄存器值寫入。最終寄存器寫入由CS A0引腳變?yōu)楦唠娖奖硎尽?/p>

SPI硬件引擎（通?；?a href="http://www.ttokpm.com/tags/dma/" target="_blank">DMA）也控制MAX3108 CSA0引腳，通常通過標(biāo)有overbar_post overbar_pre SS的引腳。當(dāng)CS A0 變低時，表示下一個 SPI 事務(wù)開始。CSA0必須保持較高的最短時間為100ns。此時確保MAX3108識別出交易已完成。

單 SPI 讀取

通過SPI讀取寄存器字節(jié)涉及發(fā)送寄存器地址，后跟虛擬字節(jié)。來自虛擬字節(jié)的SPI反饋是所選MAX3108寄存器的值。

單次讀取的偽代碼如下：

/*
** Read one byte from the specified register in the MAX3108
**
** Arguments: 
** port: MAX3108 register address to read from
**
** return value:  the register value
**
*/
unsigned int MAX3108_SPI_Read (unsigned int port) {
   unsigned int dummy;
   unsigned int val;

   // Indicate the start of a transaction
   SET_MAX3108_CS_PIN_LOW;

   // Read transaction indicated by MSbit of the
   // address byte = 0.  SPI return from the MAX3108
   // ignored
   dummy = SPI_SEND_BYTE (port & 0x7f);

   // Now send a dummy byte to collect the 
   // register value
   val = SPI_SEND_BYTE (0x00);

   // Finally, indicate transaction completion
   SET_MAX3108_CS_PIN_HIGH;

   return val;
}

突發(fā) SPI 讀取

MAX3108 SPI接口還支持突發(fā)讀取，適用于快速FIFO清空或快速寄存器掃描。如果寄存器地址為零，則突發(fā)讀取為空接收FIFO。這樣就可以快速進行FIFO轉(zhuǎn)儲，而無需切換MAX3108 %-overbar_pre%CS%-overbar_post%/A0線或為每個FIFO字節(jié)讀取發(fā)送寄存器地址。

對于任何其他MAX3108寄存器地址，寄存器地址隨著突發(fā)的每個后續(xù)字節(jié)自動遞增，從而允許快速寄存器掃描。

突發(fā)讀取事務(wù)的偽代碼如下：

/*
** Read a burst of bytes from the MAX3108
**
** Arguments:
** port: MAX3108 register address to read from
** len: number of bytes to get from MAX3108 registers
** ptr: pointer to where to place the bytes
**
** return value:  TRUE
**
*/
BOOL MAX3108_SPI_Gets (unsigned int port,
                       unsigned int len,
                       unsigned char *ptr) {

   unsigned int dummy;

   // Indicate the start of a transaction
   SET_MAX3108_CS_PIN_LOW;

   // Read transaction indicated by MSbit of the
   // address byte = 0.  SPI return from the MAX3108
   // ignored
   dummy = SPI_SEND_BYTE (port & 0x7f);

   // Covers the case where len==0
   while (len--) {
      *ptr++ = SPI_SEND_BYTE (0x00);
   }

   // Indicate transaction completion
   SET_MAX3108_CS_PIN_HIGH;

   return TRUE;
}

注意，對于突發(fā)讀取事務(wù)，第一個字節(jié)是MAX3108寄存器地址，所有后續(xù)字節(jié)都是假字節(jié)，其返回值為寄存器值。最終寄存器讀取由%-overbar_pre%CS%-overbar_post%/A0引腳變?yōu)楦唠娖奖硎尽?/p>

通過I2C接口

MAX3108寄存器和微處理器之間的通信也可以通過I2C接口進行。

I2C接口是微處理器上常見的硬件輔助接口。I2C接口的另一個優(yōu)點是它只使用兩個引腳。I2C接口不是為每個外設(shè)單獨選擇片（如SPI接口），而是依賴于具有唯一I2C地址的每個外設(shè)。為避免與同一I2C總線上的其他I2C外設(shè)發(fā)生沖突，MAX3108可通過MOSI/A1和%-overbar_pre%CS%-overbar_post%/A0引腳的引腳搭接，對16個唯一的I2C外設(shè)地址進行引腳編程。在下面的偽代碼中，假定預(yù)處理器變量MAX3108_I2C_PERIPHERAL_ADDRESS使用適當(dāng)?shù)腎2C寄存器寫入地址進行定義，該地址與同一總線上的任何其他I2C外設(shè)的地址是唯一的。

MAX3108不僅支持標(biāo)準(zhǔn)模式（100kbps）和快速模式（400kbps）I2C，還支持快速模式加（1Mbps）I2C。

MAX3108 I2C接口不僅支持單寄存器讀寫，還支持突發(fā)讀寫。這些突發(fā)事務(wù)提高了寄存器接口的效率，進一步推開了寄存器接口成為瓶頸的點。

單路I2C寫入

單個寫入事務(wù)的偽代碼如下所示：

/*
** Write one byte to the specified register in the MAX3108
**
** Arguments: 
** port: MAX3108 register address to write to
** val: the value to write to that register
**
** return value:  TRUE – register successfully written
**                FALSE – I2C protocol error of some kind
**
*/
BOOL MAX3108_I2C_Write (unsigned int port,
                        unsigned char val) {
   
   // Indicate the start of a transaction and send the
   // MAX3108 write peripheral address (LSbit = 0)
   I2C_SET_START_CONDITION;
   I2C_SEND_BYTE (MAX3108_I2C_PERIPHERAL_ADDRESS);

   // Is anybody out there?
   if (!I2C_TEST_ACK) {
      I2C_SET_STOP_CONDITION;  // no – close out the
      return FALSE;            //  transaction
   }

   // The MAX3108 is out there, now send the MAX3108
   // register to write
   I2C_SEND_BYTE (port);

   // Possibly illegal MAX3108 register address?
   If (!I2C_TEST_ACK) {
      I2C_SET_STOP_CONDITION;
      return FALSE;
   }

   // Now send the byte to write
   I2C_SEND_BYTE (val);

   // Did the MAX3108 get confused?
   If (!I2C_TEST_ACK) {
      I2C_SET_STOP_CONDITION;
      return FALSE;
   }

   // The MAX3108 is OK with our write, make it so
   I2C_SET_STOP_CONDITION;
   return TRUE;
}

突發(fā)I2C寫入

MAX3108 I2C接口還支持突發(fā)寫入，適用于快速FIFO填充或快速寄存器負(fù)載。如果寄存器地址為零，則突發(fā)寫入將填充發(fā)送FIFO。這允許快速FIFO填充，而無需為每個寫入FIFO字節(jié)產(chǎn)生I2C前導(dǎo)碼開銷。

對于任何其他MAX3108寄存器地址，寄存器地址隨著突發(fā)的每個后續(xù)字節(jié)自動遞增，從而允許快速寄存器填充。

突發(fā)寫入事務(wù)的偽代碼如下所示：

/*
** Write a burst of bytes to the MAX3108
**
** Arguments:
** port: MAX3108 register address to write to
** len: number of bytes to send to MAX3108 registers
** ptr: pointer to the bytes to send
**
** return value:  TRUE – register successfully written
**                FALSE – I2C protocol error of some kind

**
*/
BOOL MAX3108_I2C_Puts (unsigned int port,
                       unsigned int len,
                       unsigned char *ptr) {

   // Indicate the start of a transaction and send the
   // MAX3108 write peripheral address (LSbit = 0)
   I2C_SET_START_CONDITION;
   I2C_SEND_BYTE (MAX3108_I2C_PERIPHERAL_ADDRESS);

   // Is anybody out there?
   if (!I2C_TEST_ACK) {
      I2C_SET_STOP_CONDITION;  // no – close out the
      return FALSE;            //  transaction
   }

   // The MAX3108 is out there, now send the MAX3108
   // register address
   I2C_SEND_BYTE (port);

   // Possibly illegal MAX3108 register address?
   If (!I2C_TEST_ACK) {
      I2C_SET_STOP_CONDITION;
      return FALSE;
   }

   while (len--) {
      // Now send the byte to write
      I2C_SEND_BYTE (*ptr++);

      // Did the MAX3108 get confused?
      if (!I2C_TEST_ACK) {
         I2C_SET_STOP_CONDITION;
         return FALSE;
      }
   }

   // The MAX3108 is OK with our write, make it so
   I2C_SET_STOP_CONDITION;
   return TRUE;
}

注意，對于突發(fā)寫入事務(wù)，第一個字節(jié)是MAX3108 I2C外設(shè)地址，第二個字節(jié)是MAX3108寄存器地址，所有后續(xù)字節(jié)都是要寫入的寄存器值。最終寄存器寫入由 STOP 條件指示。

單路I2C讀取

通過I2C讀取寄存器字節(jié)包括發(fā)送MAX3108讀寄存器地址，然后I2C重啟條件，將I2C總線從寫（到MAX3108指定MAX3108寄存器）轉(zhuǎn)為讀（獲取寄存器值）。

單次讀取的偽代碼如下：

/*
** Read one byte from the specified register in the MAX3108
**
** Arguments: 
** port: MAX3108 register address to read from
**
** return value:  the register value (0x00XX)
**                0xff00 is there was some error
**
*/
unsigned int MAX3108_I2C_Read (unsigned int port) {

   unsigned int val;

   // Indicate the start of a transaction and send the
   // MAX3108 write peripheral address (LSbit = 0)
   I2C_SET_START_CONDITION;
   I2C_SEND_BYTE (MAX3108_I2C_PERIPHERAL_ADDRESS);

   // Is anybody out there?
   if (!I2C_TEST_ACK) {
      I2C_SET_STOP_CONDITION;  // no – close out the
      return 0xff00;           //  transaction
   }

   // The MAX3108 is out there, now send the MAX3108
   // register address
   I2C_SEND_BYTE (port);

   // Possibly illegal MAX3108 register address?
   If (!I2C_TEST_ACK) {
      I2C_SET_STOP_CONDITION;
      return 0xff00;
   }

   // Now turn the I2C bus around by sending the MAX3108
   // I2C peripheral read address (LSbit = 1)
   I2C_SET_RESTART_CONDITION;
   I2C_SEND_BYTE (MAX3108_I2C_PERIPHERAL_ADDRESS | 0x01);

   if (!I2C_TEST_ACK) {
      I2C_SET_STOP_CONDITION;
      return 0xff00;
   }

   // Now get the register value
   val = I2C_RECEIVE_BYTE;
   I2C_SEND_NACK;
   I2C_SET_STOP_CONDITION;

   return (val);
}

突發(fā)I2C讀取

MAX3108 I2C接口還支持突發(fā)讀取，適用于快速FIFO清空或快速寄存器掃描。如果寄存器地址為零，則突發(fā)讀取為空接收FIFO。這允許快速FIFO轉(zhuǎn)儲，而不會產(chǎn)生與每個FIFO字節(jié)讀取的I2C前導(dǎo)碼相關(guān)的開銷。

對于任何其他MAX3108寄存器地址，寄存器地址隨著突發(fā)的每個后續(xù)字節(jié)自動遞增，從而允許快速寄存器掃描。

突發(fā)讀取事務(wù)的偽代碼如下所示：

/*
** Read a burst of bytes from the MAX3108
**
** Arguments:
** port: MAX3108 register address to read from
** len: number of bytes to get from MAX3108 registers
** ptr: pointer to where to place the bytes
**
** return value:  TRUE – if all read
**                FALSE – if there was any error
**
*/
BOOL MAX3108_I2C_Gets (unsigned int port,
                       unsigned int len,
                       unsigned char *ptr) {




   // Indicate the start of a transaction and send the
   // MAX3108 write peripheral address (LSbit = 0)
   I2C_SET_START_CONDITION;
   I2C_SEND_BYTE (MAX3108_I2C_PERIPHERAL_ADDRESS);

   // Is anybody out there?
   if (!I2C_TEST_ACK) {
      I2C_SET_STOP_CONDITION;  // no – close out the
      return FALSE;           //  transaction
   }

   // The MAX3108 is out there, now send the MAX3108
   // register address
   I2C_SEND_BYTE (port);

   // Possibly illegal MAX3108 register address?
   If (!I2C_TEST_ACK) {
      I2C_SET_STOP_CONDITION;
      return FALSE;
   }

   // Now turn the I2C bus around by sending the MAX3108
   // I2C peripheral read address (LSbit = 1)
   I2C_SET_RESTART_CONDITION;
   I2C_SEND_BYTE (MAX3108_I2C_PERIPHERAL_ADDRESS | 0x01);

   if (!I2C_TEST_ACK) {
      I2C_SET_STOP_CONDITION;
      return FALSE;
   }

   // Now get the register values
   while (len--) {
      *ptr++ = I2C_RECEIVE_BYTE;
      if (len)
         I2C_SEND_ACK;     // all but last read
      else
         I2C_SEND_NACK;    // last read only
   }
 
   I2C_SET_STOP_CONDITION;
   return TRUE;
}

注意，對于突發(fā)讀事務(wù)，第一個字節(jié)是MAX3108 I2C外設(shè)寫地址，第二個字節(jié)是MAX3108寄存器地址，第三個字節(jié)是MAX3108 I2C外設(shè)讀地址，所有后續(xù)字節(jié)都是寄存器值。微處理器在要讀取更多寄存器時，以 ACK 條件響應(yīng)每個字節(jié)讀取。NACK條件表示從MAX3108讀取的最終寄存器。

結(jié)論

按照本應(yīng)用筆記提供的編碼指南，可以快速啟動并運行微處理器和MAX3108之間的接口。

本應(yīng)用筆記中偽代碼例程的大部分翻譯都是特定于微處理器的。除中斷處理程序外，本系列中的其他特定代碼應(yīng)用筆記詳細(xì)探討了MAX3108的特性，幾乎不需要轉(zhuǎn)換為特定的目標(biāo)微處理器。它們將依靠本應(yīng)用筆記中描述的讀、寫、獲取和放置基元來封裝微處理器特有的問題。

審核編輯：郭婷