TMS320VC5402DSP與51單片機的接口設計技術

    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(tài)發(fā)生器、鎖相環(huán)時鐘發(fā)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(tài)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ˆ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(qū)發(fā)送，三緩沖區(qū)接收以便數據的連續(xù)性；接收與發(fā)送的幀同步、時鐘信號獨立；多通道發(fā)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(fā)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(fā)送時，軟件將UART的每一位擴展為16位，再由McBSP發(fā)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(qū)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(fā)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(fā)出指令，設置HCNTL0，HCNTL1，BHIL，HRˆW信號的狀態(tài)，以確定讀或寫的寄存器以及字節(jié)的選擇。主機發(fā)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。