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TMS320VC5402與51單片機的接口設計
摘要: TMS320VC5402(VC5402)是德州儀器公司推出的具有較高性價比的定點數字信號處理器。VC5402增強外設由軟件等待狀態發生器、鎖相環時鐘發生器、6通道直接存儲器訪問(DMA)控制器、增強型
Abstract:
Key words :

TMS320VC5402(VC5402)是德州儀器公司推出的具有較高性價比的定點數字信號處理器。VC5402增強外設由軟件等待狀態發生器、鎖相環時鐘發生器、6通道直接存儲器訪問(DMA)控制器、增強型8位并行主機接口(HPI)等組成。兩個可編程的多通道緩沖串口(McBSP)能夠全雙工、快速地與其他同步串口進行數據交換,硬件連接簡單,串口的工作模式和傳送數據的格式可通過編程實現。DSP和單片機之間的通信一般利用雙口RAM,通過串口或DSP的HPI接口實現。
  利用雙口RAM實現
  CY7C026是CYPRESS公司生產的16k×16B高速雙口靜態RAM,存取速度小于25ns。他具有真正的雙端口,可以同時進行數據存取,兩個端口具有獨立的控制信號線、地址線和數據線,另外通過主?從選擇可以方便地擴存儲容量和數據寬度。通過芯片的信號量標志器,左、右兩端口可以實現芯片資源的共享。
  由于DSP的數據是16位,而單片機的數據是8位,所以TMS320VC5402與雙口RAM的接口并無特別之處,但是89C51與雙口RAM之間的接口電路中就需要對89C51進行總線擴展了。具體做法是利用鎖存器74HC373的鎖存功能,通過對其使能信號的控制,進行分時讀寫,實現數據總線的擴展,即利用鎖存器作為虛擬總線。DSP,單片機與雙口RAM之間的接口電路如圖1所示。

圖1 通過雙口RAM實現的接口電路

  雙口RAM必須采用一定的機制來協調左右兩邊CPU對他的讀寫操作,否則會出現讀寫數據的錯誤。通??梢杂弥袛?、硬件、令牌和軟件這4種方式來協調雙方。在接口電路中利用89C51的最低地址位A0把雙口RAM的存儲空間分為奇、偶地址兩個空間。其中,奇地址空間專供89C51寫,偶地址空間專供89C51讀。那么只需對VC5402的軟件做相應處理即可,即VC5402對雙口RAM的奇地址空間只讀,對偶地址空間只寫。這樣就避免了DSP和單片機對雙口RAM同一地址單元的寫入操作。另外,在對雙口RAM進行訪問之前,單片機和DSP首先對本端的BUSY信號進行查詢,只有本端/BUSY信號無效時才進行讀寫操作,進一步保證了數據讀寫的可靠性。
  通過串口實現
  VC5402多通道緩沖串行口(McBSP)主要特點:雙緩沖區發送,三緩沖區接收以便數據的連續性;接收與發送的幀同步、時鐘信號獨立;多通道發送和接收,最多可以到達128個通道;數據大小可為8,12,16,20,24和32b;μ率和A率壓縮;幀同步、數據時鐘極性可編程;內部時鐘和幀同步可自行設定。
  VC5402串口通過16b寬度的控制寄存器與內部總線通信。
  數據接收過程:數據從輸入引腳(DR)移位到接收移位寄存器(RSR),然后拷貝數據到接收緩沖寄存器(RBR),接著把數據拷貝到數據接收寄存器(DRR),CPU或者DMA控制器讀取DRR。
  數據輸出過程:CPU或者DMA把數據寫到數據傳輸寄存器(DXR),再通過寄存器(XSR)移位到數據輸出引腳DX6。
  對串口寄存器的訪問是間接尋址方式,例如要對McBSP數據寄存器進行訪問,首先寫串口控制寄存器SPCR子地址到子地址寄存器SPSA,然后對數據寄存器進行訪問。硬件連接如圖2所示。

圖2 通過McBSP實現的硬件連接

  McBSP的位時鐘由內部采樣率發生器產生,為UART波特率×16。
  在軟件的設計中McBSP的16位代表UART的1位。發送時,軟件將UART的每一位擴展為16位,再由McBSP發送。接收時,軟件將McBSP接收的16位壓縮為UART的1位,并進行合并。軟件還應負責處理UART的起始位、奇偶校驗位和停止位。
  通過HPI和電平轉換器件實現
  DSP芯片中的HPI(主機接口)是為了滿足DSP與其他的微處理器接口而專門設計的。他分為HPI—8和HPI1—6,分別針對具有8位和16位數據線的單片機。每一種又分為標準型和增強型,區別在于標準型只可以訪問固定的地址空間,而增強型可以訪問整個DSP的片內存儲器。利用C5402的增強型8位并行主機接口(HPI)與單片機通信。
  VC5402DSP的外部I/P引腳用的是3.3V的邏輯電平,而大部分51單片機用的是5V的邏輯電平。前者輸出高電平,最小值為2.4V;后者輸入高電平,最小值為2.0V。所以前者的輸出可以直接接到后者的輸入。但是前者允許輸入高電平最大值為3.6V,而后者的輸出高電平一般都在4.6V以上。所以前者的輸入和后者的輸出不能直接連接,需要做電平轉換。如果引腳數量少,可以直接用三極管電阻來轉換。這里由于引腳較多,所以選用TI74LVC16245A芯片來進行電平轉換。硬件電路如圖3所示。

                              圖3 通過電平轉換芯片實現

  HPI的數據傳輸分為2部分:外部傳輸和內部傳輸。外部傳輸是指主機和HPI寄存器之間的傳輸,由主機發出指令完成。內部傳輸是指HPI寄存器和DSP內部RAM之間的傳輸,由DSP內部的DMA控制器自動完成。主機在進行外部傳輸時,要先檢查內部傳輸是否完成,這是通過檢測HRDY信號實現的。外部傳輸操作的一般步驟是:檢查HRDY信號的電平。為高,表示可以進行傳輸;為低,表示DSP正在進行內部傳輸,此時不能進行外部傳輸。主機發出指令,設置HCNTL0,HCNTL1,BHIL,HR?W信號的狀態,以確定讀或寫的寄存器以及字節的選擇。主機發出時序控制信號,按時序進行操作,從而完成一次外部傳輸。
  結語
  雙口RAM實現VC5402和89C51之間的數據通信,極大地提高了數據傳輸速度和可靠性,能滿足控制系統的實時、高速的控制要求。
  利用McBSP的方法,硬件結構簡單所用芯片少,但是將占用片上系統中為數不多的同步串行口資源,而且也要占用DSP的處理時間,他是用于傳輸數據較少,傳輸速率慢而又希望DSP與單片機之間是緊耦合的場合。
  HPI方案比較簡單,附加硬件少、成本低、數據吞吐量非常大,但不適合于實時控制的場合,因為工作中可能將DSP掛起,影響實時工作。而一般應用在對成本比較敏感而數據量又比較大的場合。讀者可以根據系統要求選取合適的方案。
 

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