Atmega328p SPI在未指定的期间后冻结

Question

我正在研究一个项目，在该项目中，我读了一个MCP3008 ADC和MCP4901 DAC。两者都使用SPI与Arduino通信。

几秒钟内，一切都很好，我得到了从Arduino到DAC的所有值，从DAC到ADC，然后再返回到Arduino。

但是，在未指定的时间之后，该程序在段循环中冻结（可能会陷入无限循环时）。该程序中的计时器仍在中断，但主要循环被冻结。

调试时，我发现SPI收发器函数是问题所在。一段时间后，它停在那里。这是功能：

/* spi data buffer send */
uint8_t spi_tranceiver (uint8_t data)
{
    // Load data into the buffer
    SPDR = data;
    
    // Wait until transmission complete
    while(!(SPSR & (1<<SPIF)));
      // Return received data
      return(SPDR);
}

我的猜测是它被卡在循环中，等待传输完成。但是我无法确定。 输出应该是这样的，但是在一段时间后冻结：

​

这是整个程序：

/*
* Created: 6-4-2022 13:15:10
* Author : meule
*/ 
    
#define F_CPU 16000000
#define BAUD_RATE 9600
#define UBBRN (F_CPU/16/BAUD_RATE)-1
    
#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>
#include <avr/interrupt.h>
#include <math.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>    
    
// ARDUINO definitions
#define MISO PORTB4
#define MOSI PORTB3 //SDI
#define SCK PORTB5
#define SS PORTB2
#define SS_2 PORTB1
#define NUMSTEPS 200
    
//Global variables :/
char sine[NUMSTEPS];
int index = 0;
    
void init_SPI()
{
    // Set SS, SS_2, MOSI and SCK output, all others input
    DDRB = (1<<SS)|(1<<SS_2)|(1<<MOSI)|(1<<SCK);
    
    //Set the slave select pin (Active low)
    PORTB |= (1 << SS);
    PORTB |= (1 << SS_2);

    // Enable SPI, Master, set clock rate fosc/16 
    SPCR = (1<<SPE)|(1<<MSTR)|(1<<SPR0);
}
    
// Initialize the USART
void init_usart(){
        
    // Set baud registers
    UBRR0H = (unsigned char)(UBBRN>>8);
    UBRR0L = (unsigned char)UBBRN;
        
    // Enable transmitter
    UCSR0B = (1<<TXEN0) | (1<<RXEN0);
        
    // Data format of 8-bits
    UCSR0C = (1 <<UCSZ01) | (1 <<UCSZ00);
}
    
void init_timer(){
    TIMSK0 = 0b00000010; //Set compare mode A
    TCCR0A = 0b00000010; //Set CTC mode
    TCCR0B = 0b00000101; //Set prescaler to 1024
    OCR0A = 255;
}
    
void init_Sin(int amplitude, int dc_offset, int num_steps, char *sine){
    //Calculate Sine wave for the DAC to output
    for(int i = 0; i < num_steps; i++){
      sine[i] = dc_offset + amplitude * sin((i*360)/num_steps);
    }
}

/* spi data buffer send */
uint8_t spi_tranceiver (uint8_t data)
{

    // Load data into the buffer
    SPDR = data;
    
    // Wait until transmission complete
    while(!(SPSR & (1<<SPIF)));
    // Return received data
    return(SPDR);
}

void writeDAC(uint8_t data){
    PORTB &= ~(1 << SS_2);
    
    //8 bits for initializing the DAC
    char init = 0b00110000;
    //Get the 4MSB from the data
    char data1 = (data >> 4);
    //Get the 4LSB from the data
    char data2 = (data << 4);
    //Combine init with data1
    init |= data1;
    //Send data to the DAC
    spi_tranceiver(init);
    spi_tranceiver(data2);
    
    PORTB |= (1 << SS_2);
}

float ReadADC(char opcode, int vref, int resolution)
{
    // Activate the ADC for reading
    PORTB &= ~(1 << SS);

    spi_tranceiver(0b00000001);
    
    //Get the first 8 bits from the ADC
    uint8_t analogH = spi_tranceiver(opcode);
    
    //Mask the bits since I only need the 2LSB
    analogH = (analogH & 0b00000011);
    
    //Get the second 8 bits from the ADC
    uint8_t analogL = spi_tranceiver(0);
        
    //Convert the ADC values into a 16 bit value
    uint16_t total = (analogH << 8) + analogL;
    
    //Convert the value with the vref and resolution to a float
    float result = ((total*vref)/(float)resolution);
    PORTB |= (1 << SS);
    
    return result;
}

int main(void)
{
    init_SPI();
    init_usart();
    init_timer();
    init_Sin(100, 127, NUMSTEPS, sine);
    
    // Enable the global interrupt
    sei();
    
    /* Replace with your application code */
    while (1) 
    {
        char data[6];
        float val = ReadADC(0b10010000,5,1024);
        
        dtostrf(val, 5, 3, data);
        data[4] = 10;
        data[5] = 0;
        
        int i = 0;
        
        while(data[i] != 0){
            while (!(UCSR0A & (1<<UDRE0)));
            UDR0 = data[i];
            i++;
            _delay_ms(5);
        }
    }
    _delay_ms(5);
}

ISR(TIMER0_COMPA_vect){
    if(index < NUMSTEPS){
        writeDAC(sine[index]);
    }
    else{
        index = 0;
        writeDAC(sine[index]);
    }
    index++;
}

Answer 1

函数writedac是从中断处理程序调用的。
然后，它调用spi_tranceiver触发SPI传输（从而影响SPIF标志）的

也从main调用此功能。想象一下这种情况：

发生了一个字节传输

• spdr = data; -此时，计时器中断 ，它也称为spi_tranceiver，该spi_tranceiver覆盖传输缓冲区，等待传输到结束，清除SPIF（通过读取spdr）

while（！（SPSR＆amp;（1＆lt;＆lt; spif））））; - 此周期更新的结局，因为现在没有正在进行的传输和SPIF清除。

您应该避免在并发线程（主和中断）中使用相同的外围设备。

有许多方法可以解决该问题：

1. 您可以直接禁用spi_tranceiver内的中断，并在退出时恢复我标记。
2. 您可以使用某种圆形缓冲区中的数据中断进行整个传输，以填充数据。
3. 将代码在中断之外移动到main中。例如，设置为timer0_compa_vect中断（不要忘记也禁用Timsk中的中断标志）添加类似的内容：

// Check OCA flag is set
if (TIFR0 & (1 << OCF0A)) {
  TIFR0 = (1 << OCF0A);    // Clearing OCA flag by writing 1 to it
  writeDAC(sine[index]);   // Doing those things in the safe moment of time
  index++;
  
  if (index >= NUMSTEPS)
    index = 0;
}