CPLD的DSP多SPI端口通信設(shè)計(jì)

　　鎖存器的工作特點(diǎn)：當(dāng)gate引腳上輸入高電平信號(hào)時(shí)，鎖存器工作開始鎖存總線上的數(shù)據(jù);當(dāng)gate引腳上是低電平時(shí)，鎖存器不工作，即當(dāng)總線上的數(shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)，鎖存器的輸出不發(fā)生變化。由于本設(shè)計(jì)需要多個(gè)參數(shù)傳輸，通過地址選擇的方法把這3個(gè)數(shù)據(jù)從一條總線上區(qū)分出來，設(shè)置傳輸數(shù)據(jù)的低兩位為地址選擇位。地址選擇位經(jīng)移位寄存器，串并轉(zhuǎn)換，作為三輸入與門的兩個(gè)輸入端，進(jìn)行地址選擇。每次16位的數(shù)據(jù)移位結(jié)束，數(shù)據(jù)穩(wěn)定時(shí)，在計(jì)數(shù)器高電平作用下，相應(yīng)gate的引腳上輸出高電平，數(shù)據(jù)鎖存入相應(yīng)的鎖存器。例如，可以設(shè)置低兩位是“11”時(shí)，DSP送入PWM電路的是ll位的調(diào)相信號(hào);當(dāng)?shù)蛢晌辉O(shè)置成“01”時(shí)，DSP送入PWM電路的是10位調(diào)節(jié)A相占空比的信號(hào);當(dāng)?shù)蛢晌辉O(shè)置成“10”時(shí)，DSP送入PWM電路的是10位調(diào)節(jié)B相占空比的信號(hào)。由此可以在電路中設(shè)計(jì)一個(gè)三輸人的與門，當(dāng)16位數(shù)據(jù)傳輸完畢，即在相應(yīng)gate的引腳上輸出高電平時(shí)，數(shù)據(jù)存入對(duì)應(yīng)的鎖存器，如圖5所示。

　　2.3 DSP與LTC6903的接口配置

　　由于LTC6903芯片本身具有SPI接口，需要在DSP的程序中設(shè)置相應(yīng)的SPI寄存器。LTC6903采用上升沿接收，且接收時(shí)高位在前，所以需要DSP設(shè)置為下降沿傳輸，傳輸時(shí)高位在前。在傳輸?shù)倪^程中，在脈沖信號(hào)的下降沿?cái)?shù)據(jù)發(fā)生變化，傳輸數(shù)據(jù);在脈沖信號(hào)的上升沿?cái)?shù)據(jù)穩(wěn)定，便于LTC6903鎖存數(shù)據(jù)，傳輸時(shí)序如圖6所示。從圖中可以看出，所要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是十六進(jìn)制數(shù)019A，下降沿?cái)?shù)據(jù)發(fā)生變化，上升沿?cái)?shù)據(jù)穩(wěn)定，傳輸16位數(shù)據(jù)，有16個(gè)脈沖。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，DSP配置是與LTC6903的SPI接口工作時(shí)序相匹配的。

　　3 DSP中SPI的開發(fā)過程

　　SPI端口數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶攸c(diǎn)是：主設(shè)備的時(shí)鐘信號(hào)出現(xiàn)與否決定數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_始，一旦檢測(cè)到時(shí)鐘信號(hào)即開始傳輸，時(shí)鐘信號(hào)無效后傳輸結(jié)束。這期間，從設(shè)備使能時(shí)鐘信號(hào)的起停狀態(tài)很重要。DSP56F801的SPI端口的時(shí)鐘信號(hào)起停狀態(tài)如表1所列。在設(shè)計(jì)中設(shè)置的SPI控制寄存器的CPOL和CPLA位是“11”。SCLK空閑時(shí)為高電平，傳輸中數(shù)據(jù)變化發(fā)生在下降沿，穩(wěn)定在上升沿。從圖2可看出實(shí)現(xiàn)了與CPLD中的移位鎖存電路的匹配，傳輸正確。

　　SPI端口協(xié)議要求系統(tǒng)上電復(fù)位后，從機(jī)先于主機(jī)開始工作。如果從機(jī)在主機(jī)之后開始工作，就有可能丟掉部分時(shí)鐘信號(hào)，使得從機(jī)并不是從數(shù)據(jù)的第一位開始接收，造成數(shù)據(jù)流的不同步?？赏ㄟ^硬件延時(shí)或軟件延時(shí)的方法，來確保從機(jī)先于主機(jī)工作。本設(shè)計(jì)采用軟件延時(shí)的辦法來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流的同步。這個(gè)延時(shí)由兩部分組成，一部分是DSP串行輸出數(shù)據(jù)的時(shí)間延時(shí)，另外一部分就是后續(xù)數(shù)字電路中的延時(shí)。延時(shí)的具體計(jì)算過程如下：數(shù)據(jù)傳輸時(shí)使用的時(shí)鐘信號(hào)是對(duì)總線時(shí)鐘的2分頻，當(dāng)DSP的主頻是60 MHz時(shí)，總線時(shí)鐘頻率是30MHz，對(duì)它進(jìn)行2分頻，可以計(jì)算出SCLK的周期是66.6ns(實(shí)際所測(cè)出的周期是78.2 ns)。另外通過測(cè)試得到PWM電路的延時(shí)最長(zhǎng)時(shí)間是23.6 ns，鎖存器的最大延時(shí)是7.6 ns，移位寄存器的最大延時(shí)是3.O ns。由上述對(duì)CPLD數(shù)字電路的延時(shí)和對(duì)SCLK周期的測(cè)試，就可以得到這樣一個(gè)結(jié)論：設(shè)PWM電路的延時(shí)時(shí)間為t1、鎖存器的延時(shí)時(shí)間為t2、移位寄存器的延時(shí)時(shí)間為t3、SCLK的時(shí)鐘周期是Tc，在SPI傳輸?shù)倪^程中，整個(gè)電路的延時(shí)t可以這樣計(jì)算：

　　由于數(shù)字電路傳輸中存在這樣的延時(shí)，所以在寫DSP程序時(shí)，需要加入一定的延時(shí)。此實(shí)驗(yàn)中加入的延時(shí)是2μs，可以實(shí)現(xiàn)可靠傳輸。[!--empirenews.page--]4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　本設(shè)計(jì)采用全數(shù)字結(jié)構(gòu)，易于用CPLD實(shí)現(xiàn)。以EPM7256為目標(biāo)芯片，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了正確的數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)DSP56F801輸出的十六進(jìn)制參數(shù)分別為頻率字DBOE，相位字0403，A相的占空比字04CE，B相的占空比字04CD時(shí)，波形輸出如圖7、圖8所示。圖7給出了信號(hào)發(fā)生器A相輸出信號(hào)的實(shí)測(cè)波形，信號(hào)占空比調(diào)節(jié)為20%;圖8給出了A相輸出信號(hào)1和B相輸出信號(hào)l的實(shí)測(cè)波形，兩相信號(hào)相位差調(diào)節(jié)為常用的90°。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，參數(shù)傳輸正確，波形輸出良好。

　　結(jié) 語

　　SPI通信方式具有硬件連接簡(jiǎn)單、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用廣泛。采取硬件和軟件相結(jié)合的措施，可以確保SPI通信中數(shù)據(jù)流的同步，實(shí)現(xiàn)可靠通信。本文給出了DSP多SPI端口通信的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過程，討論了其中的關(guān)鍵技術(shù)問題。SPI多端口通信方法基于CPLD實(shí)現(xiàn)，易移植，易于實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)展，可廣泛應(yīng)用于各種采用SPI通信方式的自動(dòng)化裝置。