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[導讀]數(shù)字信號處理器(DSP)在各領(lǐng)域中的應用已日趨廣泛,其中TI(Texas Instrument)公司的TMS320系列芯片占據(jù)了主導地位。TMS320F206(簡稱F206)由于具有片內(nèi)32K字的Flash,支持JT

數(shù)字信號處理器(DSP)在各領(lǐng)域中的應用已日趨廣泛,其中TI(Texas Instrument)公司的TMS320系列芯片占據(jù)了主導地位。TMS320F206(簡稱F206)由于具有片內(nèi)32K字的Flash,支持JTAG掃描端口的仿真調(diào)試,并支持程序的串行下載,便于開發(fā)設(shè)計及產(chǎn)品的軟件升級,因而在中高檔儀器開發(fā)中受到青睞。

DSP的處理速度雖然較高,但直接支持的I/O口線較少,控制能力相對較弱,因而與外部器件接口采用串行方式較為適合。常用的串行接口和串行總線有UART、I2C總線,由于I2C總線提供了較完善的總線協(xié)議,且接口電路簡單,因而得到廣泛的應用。目前,已有很多外圍器件支持I2C接口,但多數(shù)MCU并不直接支持I2C總線,因而采用I/O口線模擬I2C的方式成為一種通用解決方案。但由于I2C總線協(xié)議的復雜性及操作管理的特殊性,仍給此類方式的開發(fā)造成了較大不便。好在文獻中提出了一種按平臺模式設(shè)計的、適用于80C51的虛擬I2C總線軟件包,大大簡化了80C51的I2C接口程序設(shè)計,使用戶無需了解I2C總線協(xié)議的細節(jié),即可實現(xiàn)相應的接口。文獻中也給出了一種用于MSP430單片機的軟件包。由于DSP尚無此類軟件包,為簡化DSP的此類I2C接口程序設(shè)計,本文參照文獻中的設(shè)計原則,設(shè)計了一種適用于TMS320C2XX系列DSP開發(fā)的軟件包。

1 虛擬I2C軟件包的設(shè)計

根據(jù)文獻中所提到的最佳包容性設(shè)計、后歸一化設(shè)計、前歸一化設(shè)計原則,軟件包進行了如下定義。

(1)適用范圍

① 適用主發(fā)送和主接收方式。I2C總線有4種工作方式:主發(fā)送、主接收、從發(fā)送、從接收。因?qū)嶋HDSP多工作于I2C總線的主方式,因而軟件包設(shè)計為主方式。

② 適用TMS320C2XX系列與I2C總線外圍器件的接口,支持對外圍器件N字節(jié)的讀寫,通信方式為對虛擬節(jié)點尋址后點對點的讀寫。

③ 模擬I/O口線可選擇4根通用I/O口線(I/O0~ I/O4)中的任意兩根。

(2)軟件包結(jié)構(gòu)設(shè)計

TMS320C2XX系列產(chǎn)品,基本包括4根通用I/O口線I/O0~I/O4(由于XF僅能作為輸入口線,BIO僅能作為輸出口線,因而暫不考慮)。它們的輸入輸出方向由ASPCR的低4位來設(shè)定,相應口線狀態(tài)的設(shè)定或讀取由IOSR寄存器控制。但此處DSP與80C51有所不同,口線的輸入輸出狀態(tài)不是自動切換的,且ASPCR、IOSR寄存器都不支持位尋址方式,因而在進行I2C總線工作方式模擬時較為繁瑣。為避免所用寄存器其它狀態(tài)位的改變,需通過較多的與、或操作來改變指定I/O口線的狀態(tài),因而本軟件包與80C51的虛擬I2C軟件包結(jié)構(gòu)稍有不同。當然,這些均在軟件包內(nèi)部完成,使用者不必了解具體細節(jié),用戶接口同樣簡單易用。

① 軟件包組成。為模擬I2C總線的操作時序,軟件包中包括了2個宏定義和12個子函數(shù)。

(a)時序模擬子程序

Sendb--發(fā)送起始標志,啟動I2C總線;senda--發(fā)送確認標志;

Sendna--發(fā)送非確認標志;Sende--發(fā)送結(jié)束標志。

(b)操作模擬子程序

geta--接收確認標志;sendd--發(fā)送8位數(shù)據(jù);

getd--接收1個字節(jié)數(shù)據(jù)。

(c)數(shù)據(jù)讀寫子程序

wrnbyte--寫入N字節(jié);rdnbyte--讀取N字節(jié)。

(d)其它宏及子函數(shù)

subsendd--根據(jù)標志位C設(shè)置模擬數(shù)據(jù)口線的狀態(tài);toggleclk--切換模擬時鐘口線狀態(tài);

Xdelay--延時子程序;Sdainm--將模擬數(shù)據(jù)口線A配置為輸入口線;

sdaoutm--將模擬數(shù)據(jù)口線配置為輸出。

因DSP的工作頻率一般遠高于I2C總線的操作頻率,因而這里需專用的延時子程序降低模擬時鐘口線頻率。本文所給出的源程序為F206采用40 MHz晶振時的情況,用戶使用時可隨實際情況調(diào)整延時時間。

② 軟件包符號定義。軟件包中包括如下符號定義:

VSDA、VSCL--分別定義了模擬數(shù)據(jù)口線和模擬時鐘口線對應的屏蔽位,因DSP中對通用I/O口線的操作不能通過位操作來實現(xiàn),因而僅能屏蔽位來定義,如采用IO3模擬數(shù)據(jù)線、IO2模擬時鐘線,則可定義IO3為08h、IO2為04h;

RAM0--為數(shù)據(jù)暫存用的臨時存儲單元;

RIO--為用于保存I/O口線當前狀態(tài)的存儲單元;

SLA--用于保存總線上節(jié)點地址并確定傳輸方向的存儲單元;

NUMBYTE--待發(fā)送或接收的字節(jié)數(shù)存儲單元;

MTD--發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū);

MRD--接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。

以上符號中RAM0、RIO、SLA、NUMBYTE為頁內(nèi)地址,與當前的頁指針DP內(nèi)容設(shè)置有關(guān);MTD、MRD為絕對地址,與DP內(nèi)容無關(guān)。

③ 資源占用。使用了輔助寄存器AR0、AR1、AR2、AR6、ACC、ASPCR、IOSR等資源。

④ 應用接口。軟件包將wrnbyte、rdnbyte作為唯一的出口接口,用戶僅需正確設(shè)置對應儲存單元的內(nèi)容,調(diào)用相應子函數(shù)即可:

splk #SLAR/ SLAW,SLA;寫入傳輸節(jié)點地址及傳輸方向

splk #N,NUMBYTE ;寫入待傳輸字節(jié)數(shù)

;若輸出,設(shè)置輸出緩沖區(qū)內(nèi)容

call wrnbyte/rdnbyte

3 應用實例

3.1 器件相關(guān)功能簡介

X1203是帶時鐘/日歷電路和兩個鬧鐘(報警)的低功耗CMOS實時時鐘芯片。提供了雙埠時鐘和報警寄存器,在讀寫操作期間也能精確工作。其工作電壓從2.5~6 V均可,工作電流小于1uA。時鐘使用低成本的32.768 kHz晶體輸入,以秒、分、時、日、星期、月和年為單位記錄時間,具有閏年自動矯正功能,并對少于31天的月份自動調(diào)整;可通過設(shè)置中斷標志按指定時間激活中斷引腳,滿足大多數(shù)用戶對定時器編程的需要。該芯片引腳結(jié)構(gòu)如圖1所示(SOIC封裝)。

 


其中SCL為時鐘輸入端,數(shù)據(jù)隨該時鐘信號同步輸入器件或從器件輸出。此引腳上的輸入緩沖器始終激活。SDA端為雙向引腳,用于串行數(shù)據(jù)的輸入輸出;具有漏極開路,可與其它漏極開路或集電極開路輸出進行線“或”;需上拉電阻,與SCL引腳配合,可實現(xiàn)400 kHz的2線I2C接口。VBack為備用電源輸入端,用于VCC出現(xiàn)故障時向器件供電。是中斷信號輸出端,可通過設(shè)置報警寄存器按指定時間在該端產(chǎn)生報警信號;漏極開路,低電平有效。X1、X2分別為反相放大器的輸入、輸出端;可在X1端接入32.768 kHz的方波基準,或在X1、X2端接入32.768 kHz的石英晶振,配置成片內(nèi)振蕩器,在初始上電后至少有一個字節(jié)寫入RTC寄存器時,時鐘才開始計數(shù)。[!--empirenews.page--]

X1203中的時鐘/控制寄存器(CCR)分5部分:2個8字節(jié)報警寄存器(Alarm0、Alarm1),1個1字節(jié)控制寄存器,1個8字節(jié)實時時鐘寄存器和1個1字節(jié)狀態(tài)寄存器。通過報警寄存器可設(shè)置報警發(fā)生的時間,控制寄存器可使能或禁止報警中斷信號的輸出,實時時鐘寄存器以BCD碼存儲了秒、分、時、日、星期、月和年,狀態(tài)寄存器中保存了用于報警狀態(tài)標志位及讀寫使能狀態(tài)位。其中狀態(tài)寄存器設(shè)置決定著數(shù)據(jù)是否能成功地寫入。該寄存器如表1所列。

 


BAT標識器件當前用VBack還是用VCC工作。AL1、AL0標識Alarm0、Alarm1是否實時時鐘匹配。RTCF表示實時時鐘是否失效,在總電源失效后該位置1。RWEL為寄存器寫使能鎖存,為0表示禁止,在任何寫時鐘/控制寄存器之前必須將該位置1。WEL為寫使能鎖存,低表示禁止,通過該位寫1、其它位寫0,可使該位置位;通過該位寫0、其它位寫0,可使該位清0。只有按規(guī)定順序設(shè)置RWEL和WEL,才能成功寫入CCR。

目前,很多DSP芯片尚不直接支持I2C的接口,F(xiàn)206也不例外,因而這里采用2根通用I/O口線模擬I2C接口。F206與X1203的接口采用如圖2所示的接口方案。

 


圖2中在X1、X2端接入32.768 kHz的石英晶振,將時鐘源配置為片內(nèi)振蕩器。在VCC和VBACK之間通過二極管和電阻相連,并與地間加入1個0.47 F的大電容。這樣,在電源出現(xiàn)故障或系統(tǒng)電源關(guān)閉時,仍可靠VBACK端的大電容供電維持時鐘芯片的正常工作。它與F206間接口采用3根口線,這里采用IO2模擬通信用的時鐘信號,IO3作為數(shù)據(jù)輸入、輸出口線。端可根據(jù)用戶需要而定,若需要時鐘芯片產(chǎn)生中斷,可將該端接到F206的中斷口線上。注意其中的SDA端和端為漏極開路,必須加上拉電阻,否則不能正常通信。

3.2 X1203的讀寫操作

這里僅給出F206對X1203進行讀寫的基本流程,如圖3、圖4所示,分別為對時鐘芯片的讀、寫過程。其中進行寄存器寫時,須注意SR寄存器中WEL和RWEL的設(shè)置是否正確,即首先設(shè)置WEL有效,而后將WEL、RWEL都置1,否則數(shù)據(jù)將不能正確寫入。在寫結(jié)束后,應將WEL、RWEL置為無效,以免產(chǎn)生誤操作。

 

 


此外還須指出,在系統(tǒng)首次上電后(VBack和VCC都失效后),至少有一字節(jié)寫入RTC寄存器時,系統(tǒng)才開始工作。在實際使用中,應首先判斷SR中的RTCF位是否為1,若是,表明系統(tǒng)為首次使用或VBack和VCC都已失效,須對X1203至少進行一次寫入操作,使其正常計數(shù)。

 


 


結(jié)束語

I2C總線應用已日益廣泛,而其協(xié)議的復雜性和操作的特殊性又限制了推廣速度。本文介紹的一種基于DSP的虛擬I2C總線軟件包,簡化了TMS320C2XX與I2C器件間接口程序設(shè)計,用戶無需了解I2C總線協(xié)議的細節(jié),僅需通過唯一的接口界面wrnbyte/ rdnbyte即可實現(xiàn)相應的接口。本文還給出了一個TMS320F206與時鐘芯片X1203間的接口實例,介紹了軟件包的使用方法,希望能供讀者參考。

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