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控制系統(tǒng)

詳解TMS320VC5410的McBSP串行接口技術(shù)與程序設(shè)計(jì)

星之球激光 來源:與非網(wǎng)2011-12-05 我要評(píng)論(0 )   

一、 DSP 的 串行接口 技術(shù) DSP是一種獨(dú)特的 微處理器 ,是以數(shù)字信號(hào)來處理大量信息的器件。其工作原理是接收 模擬 信號(hào),轉(zhuǎn)換為0或1的數(shù)字信號(hào)。再對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行修改...

一、DSP串行接口技術(shù)

 

DSP是一種獨(dú)特的微處理器,是以數(shù)字信號(hào)來處理大量信息的器件。其工作原理是接收模擬信號(hào),轉(zhuǎn)換為0或1的數(shù)字信號(hào)。再對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行修改、刪除、強(qiáng)化,并在其他系統(tǒng)芯片中把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)解譯回模擬數(shù)據(jù)或?qū)嶋H環(huán)境格式。它不僅具有可編程性,而且其實(shí)時(shí)運(yùn)行速度可達(dá)每秒數(shù)以千萬條復(fù)雜指令程序,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過通用微處理器,是數(shù)字化電子世界中日益重要的電腦芯片。它的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力和高運(yùn)行速度,是最值得稱道的兩大特色。

 

如今,嵌入式系統(tǒng)正迅速向低功耗、低成本、小體積、高性能、高速率方向發(fā)展。隨著串行接口技術(shù)的不斷成熟,逐步達(dá)到了以上設(shè)計(jì)要求,成為重要的接口方案。尤其在數(shù)字信號(hào)處理器方面,串行口的重要性體現(xiàn)得更加突出,幾乎所有的數(shù)字信號(hào)處理器都提供了一個(gè)或多個(gè)串行接口,并且隨著數(shù)字信號(hào)處理器的更新?lián)Q代,其相應(yīng)的串行接口,在功能上不斷強(qiáng)化,性能上不斷提升。

 

與并行接口相比,串行接口的最大優(yōu)點(diǎn)就是減少了DSP的引腳數(shù)目,降低了接口設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。通常,串行接口提供全雙工同步操作,輸入和輸出數(shù)據(jù)以位為單位的串行方式進(jìn)行處理。目前,世界各主要半導(dǎo)體制造商提交了許多不同的串行協(xié)議,其中一些已經(jīng)成為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。典型的串行協(xié)議包括:MOTOROLA(Austin,TX)的串行外圍設(shè)備接口SPI和隊(duì)列SPI(QSPI)、PHILIPS(Sunnyvale,CA)、National Semiconductor的微總線(microwire)。

 

圖1是典型的SPI協(xié)議。SPI協(xié)議采用主從設(shè)置,相互連接的設(shè)備中一個(gè)作為主設(shè)備,其他的設(shè)備作為從設(shè)備。接口連線主要包括以下4條信號(hào)線:

 

(1)串行數(shù)據(jù)輸入信號(hào)線,即MISO(Master InSlave Out);

 

(2)串行數(shù)據(jù)輸出信號(hào)線,即MOSI(Master Out-Slave In);

 

(3)移位時(shí)鐘信號(hào)線,即SCK;

 

(4)從設(shè)備片選信號(hào)線,即SS。

 

 

典型的SPI協(xié)議

 

二、TMS320VC5410的多通道緩存串行口——McBSP

 

1.McBSP的功能特點(diǎn)

 

TMS320V5410是TI生產(chǎn)的第二代低功耗TMS320C5000系列定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器,提供了3個(gè)高速、全雙工、多通道緩存串行口McBSP,每個(gè)串行口可以支持128通道,速度達(dá)100Mbit/s。McBSP是在標(biāo)準(zhǔn)串行接口的基礎(chǔ)之上對(duì)功能進(jìn)行擴(kuò)展,因此,具有與標(biāo)準(zhǔn)串行接口相同的基本功能:

 

(1)全雙工通信;

 

(2)擁有兩級(jí)緩沖發(fā)送和三級(jí)緩沖接收數(shù)據(jù)寄存器,允許連續(xù)數(shù)據(jù)流傳輸;

 

(3)為數(shù)據(jù)發(fā)送和接收提供獨(dú)立的幀同步脈沖和時(shí)鐘信號(hào);

 

(4)能夠與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的解碼器、模擬接口芯片(AICs)和其他串行A/D和D/A設(shè)備直接連接;

 

(5)支持外部移位時(shí)鐘或內(nèi)部頻率可編程移位時(shí)鐘。

 

此外,McBSP還具有以下特殊功能:

 

(1)可以與IOM-2、SPI、AC97等兼容設(shè)備直接連接;

 

(2)支持多通道發(fā)送和接收,每個(gè)串行口最多支持128通道;

 

(3)串行字長度可選,包括8、12、16、20、24和32位;

 

(4)支持μ-Law和A-Law數(shù)據(jù)壓縮擴(kuò)展;

 

(5)進(jìn)行8位數(shù)據(jù)傳輸時(shí),可以選擇LSB或MSB為起始位;

 

(6)幀同步脈沖和時(shí)鐘信號(hào)的極性可編程;

 

(7)內(nèi)部時(shí)鐘和幀同步脈沖的產(chǎn)生可編程,具有相當(dāng)大的靈活性。

 

2.McBSP寄存器的訪問

 

TMS320VC5410包含3組多通道緩存串行口,每組多通道緩存串行口有23個(gè)寄存器與之相關(guān),除RBR[1,2]、RSR[1,2]、XSR[1,2]之外,其中15個(gè)寄存器是可尋址寄存器。由于數(shù)據(jù)頁0的存儲(chǔ)空間限制,有些寄存器必須通過子地址尋址方式來訪問。SPSA_x是子地址寄存器,欲訪問指定的寄存器,只要把相應(yīng)的子地址寫入SPSA_x就可以了。表1列出了McBSP的子地址寄存器。

 

 

McBSP子地址寄存器
表1 McBSP子地址寄存器

 

假如要對(duì)McBSP1的發(fā)送控制寄存器2(XCR2_1)進(jìn)行設(shè)置。首先,將子地址0x0005寫入子地址寄存器(SPSA_1),與此同時(shí),存儲(chǔ)單元0x0049就映射為發(fā)送控制寄存器2(XCR2_1)。然后,對(duì)存儲(chǔ)單元0x0049的讀寫操作,就相當(dāng)于對(duì)發(fā)送控制寄存器2(XCR2_1)進(jìn)行操作。

 

例:設(shè)置McBSP1的發(fā)送控制寄存器2(XCR2_1)。

 

3.McBST的SPI接口設(shè)計(jì)

 

McBSP的時(shí)鐘停止模式與SPI協(xié)議兼容。當(dāng)設(shè)置McBSP為主設(shè)備時(shí),發(fā)送端輸出信號(hào)(BDX)就作為SPI協(xié)議的MOSI信號(hào),接收端輸入信號(hào)(BDR)就作為SPI協(xié)議的MISO信號(hào)。發(fā)送幀同步脈沖信號(hào)(BFSX)作為從設(shè)備片選信號(hào)(SS),而發(fā)送時(shí)鐘信號(hào)(BCLKX)就與SPI協(xié)議的串行時(shí)鐘信號(hào)(SCK)相對(duì)應(yīng)。由于接收時(shí)鐘信號(hào)(BCLKR)和接收幀同步脈沖信號(hào)(BFSR)與發(fā)送端的相應(yīng)部分在內(nèi)部相互連接,因此這些信號(hào)不用于時(shí)鐘停止模式。McBSP設(shè)置為主設(shè)備時(shí),SPI協(xié)議連接如圖2所示。

 

 

SPI協(xié)議連接

 

三、McBSP接口舉例

 

1.高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換器MAX541

 

MAX541是16位串行輸入、電壓輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換器,+5V單電源供電。DAC輸出非緩沖,因此只有0.3mA的低供電電流和1LSB的低漂移誤差。DAC輸出范圍為0V至VREF。MAX541采用3線串行接口,兼容于SPITM/QSPITM/MICROWIRETM等串行通信協(xié)議。MAX541最高可以獲得500×10 3采樣點(diǎn)/秒的通過率,滿足大多數(shù)應(yīng)用的要求。MAX541采用8引腳DIP或SO封裝。MAX541各引腳描述如表2所列。

 

 

MAX541引腳說明
表2 MAX541引腳說明

 

2.McBSP與MAX541的接口電路

 

TMS320VC5410與MAX541的接口電路如圖3所示。

 

 

TMS320VC5410與MAX541的接口電路

 

為使MAX541獲得高分辨率和高精度,可以由MAX873提供高精度的+2.5V低阻抗基準(zhǔn)電壓源。為了消除高頻和低頻干擾,必須在REF引腳與模擬地之間接入退耦電容。由于AX541的數(shù)字輸入DIN與TTL/CMOS邏輯電平兼容,因此,可以與TMS320VC5410的串行輸出BDX直接連接。此外,必須嚴(yán)格隔離模擬地AGND和數(shù)字地DGND,最后在MAX541的AGND引腳上將模擬地和數(shù)字地連接在國起,構(gòu)成星形的地線系統(tǒng)。在MAX541的輸出端接入電壓跟隨型運(yùn)算放大器MAX495。表3是數(shù)字輸入代碼與模擬輸出電壓之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。#p#分頁標(biāo)題#e#

 

 

MAX541單極性接口
表3 MAX541單極性接口

 

DSP的發(fā)送幀同步脈沖信號(hào)(BFSX)作為MAX541的片選信號(hào)(CS),而發(fā)送時(shí)鐘信號(hào)(BCLKX)作為MAX541的串行時(shí)鐘輸入。MAX541的三線接口電路時(shí)序如圖4所示。

 

 

MAX541的三線接口電路時(shí)序

 

圖4所示,在片選信號(hào)CS由高電平轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖降耐瑫r(shí),串行數(shù)據(jù)按照從最高有效位到最低有效位的順序,在串行時(shí)鐘的每個(gè)上升沿逐位移入片內(nèi)的輸入寄存器。

3.軟件設(shè)計(jì)

 

下面通過產(chǎn)生國個(gè)鋸齒波的例子來說明TMS320VC5410與MAX541之間的軟件設(shè)計(jì)。

 

當(dāng)McBSP作為SPI通信的主設(shè)備,由它為從設(shè)備提供時(shí)鐘信號(hào),并控制數(shù)據(jù)的傳輸過程。CLKX引腳上的時(shí)鐘信號(hào)必須在數(shù)據(jù)包傳輸期間使能,當(dāng)沒有數(shù)據(jù)包傳輸時(shí),時(shí)鐘信號(hào)根據(jù)所采用的極性保持高電平或者低電平。通常,通過McBSP的采樣率發(fā)生器產(chǎn)生10MHz時(shí)鐘信號(hào),由BCLKX引腳輸出,作為MAX541的串行時(shí)鐘輸入信號(hào)。McBSP利用BFSX引腳為MAX541提供片選信號(hào),因此必須正確設(shè)置幀脈沖發(fā)生器,使之在每個(gè)數(shù)據(jù)包傳輸期間產(chǎn)生幀同步脈沖,即在數(shù)據(jù)包傳輸?shù)牡谝晃晦D(zhuǎn)變?yōu)橛行顟B(tài)(在本例中為低電平有效,取決于MAX541的片選信號(hào)CS),然后維持有效狀態(tài)直到數(shù)據(jù)包發(fā)送完畢。此外,根據(jù)SPI傳輸協(xié)議,必須正確設(shè)置數(shù)據(jù)發(fā)送延遲時(shí)間(XDATDLY=01b),由圖4可知,在幀同步脈沖有效之后,大約延遲了一個(gè)時(shí)鐘周期才進(jìn)行串行數(shù)據(jù)的發(fā)送。根據(jù)圖4所示的時(shí)序圖,為McBSP選擇一種合適的時(shí)鐘方案,即設(shè)置McBSP的時(shí)鐘停止模式。在本例中采用時(shí)鐘停止模式3(CLKSTP=10b、CLKXP=1),其時(shí)鐘方案如圖5所示。

 

 

時(shí)鐘方案

 

表4列出了一些與SPI設(shè)置相關(guān)的寄存器位。

 

 

與SPI設(shè)置相關(guān)的些寄存器位
表4 與SPI設(shè)置相關(guān)的些寄存器位

 

4.程序清單

 

程序首次初始化TMS320VC5410,使數(shù)據(jù)頁指針(DP)為0,并且禁止中斷。TMS320VC5410外接10Hz的時(shí)鐘頻率發(fā)生器,通過鎖相環(huán)電路倍頻至100MHz。接著初始化TMS320VC5410的多通道緩存串行口McBSP。最后,響應(yīng)XRDY中斷發(fā)送數(shù)據(jù)。

 

 

程序

 

 

程序

 

 

程序

 

 

程序

 

結(jié)束語

 

本文介紹了TMS320VC5410的多通道緩存串行口(McBSP)的功能特點(diǎn),并結(jié)合實(shí)例子著重討論了如何利用SPI接口協(xié)議實(shí)現(xiàn)McBSP與其他串行器件之間相互通信。

 

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