DSP虛擬I2C總線軟件包設(shè)計及應(yīng)用實例

數(shù)字信號處理器(DSP)在各領(lǐng)域中的應(yīng)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(dǎo)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(yīng)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(fù)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(yīng)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。

　?、?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。

　?、?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(yīng)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。

　?、?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。

　?、?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(yīng)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。

　?、?應(yīng)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(yīng)儲存單元的內(nèi)容，調(diào)用相應(yīng)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[!--empirenews.page--]

　　3 應(yīng)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)。

　　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(yīng)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(yīng)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)。[!--empirenews.page--]

　　I2C總線應(yīng)用已日益廣泛，而其協(xié)議的復(fù)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(yīng)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。