一種定點(diǎn)數字信號處理器與單片機的接口設計方

TMS320VC5402(VC5402)增強外設由軟件等待狀態(tài)發(fā)生器、鎖相環(huán)時(shí)鐘發(fā)生器、6通道直接存儲器訪(fǎng)問(wèn)(DMA)控制器、增強型8位并行主機接口(HPI)等組成。兩個(gè)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(jìn)行數據交換，硬件連接簡(jiǎn)單，串口的工作模式和傳送數據的格式可通過(guò)編程實(shí)現。DSP和單片機之間的通信一般利用雙口RAM，通過(guò)串口或DSP的HPI接口實(shí)現。

　　利用雙口RAM實(shí)現

　　CY7C026是CYPRESS公司生產(chǎn)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(shí)進(jìn)行數據存取，兩個(gè)端口具有獨立的控制信號線(xiàn)、地址線(xiàn)和數據線(xiàn)，另外通過(guò)主?從選擇可以方便地擴存儲容量和數據寬度。通過(guò)芯片的信號量標志器，左、右兩端口可以實(shí)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(wú)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(jìn)行總線(xiàn)擴展了。具體做法是利用鎖存器74HC373的鎖存功能，通過(guò)對其使能信號的控制，進(jìn)行分時(shí)讀寫(xiě)，實(shí)現數據總線(xiàn)的擴展，即利用鎖存器作為虛擬總線(xiàn)。DSP，單片機與雙口RAM之間的接口電路如圖1所示。

　　圖1　通過(guò)雙口RAM實(shí)現的接口電路

　　雙口RAM必須采用一定的機制來(lái)協(xié)調左右兩邊CPU對他的讀寫(xiě)操作，否則會(huì )出現讀寫(xiě)數據的錯誤。通?？梢杂弥袛?、硬件、令牌和軟件這4種方式來(lái)協(xié)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(gè)空間。其中，奇地址空間專(zhuān)供89C51寫(xiě)，偶地址空間專(zhuān)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(xiě)。這樣就避免了DSP和單片機對雙口RAM同一地址單元的寫(xiě)入操作。另外，在對雙口RAM進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)之前，單片機和DSP首先對本端的BUSY信號進(jìn)行查詢(xún)，只有本端/BUSY信號無(wú)效時(shí)才進(jìn)行讀寫(xiě)操作，進(jìn)一步保證了數據讀寫(xiě)的可靠性。

　　通過(guò)串口實(shí)現

　　VC5402多通道緩沖串行口(McBSP)主要特點(diǎn)：雙緩沖區發(fā)送，三緩沖區接收以便數據的連續性;接收與發(fā)送的幀同步、時(shí)鐘信號獨立;多通道發(fā)送和接收，最多可以到達128個(gè)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(shí)鐘極性可編程;內部時(shí)鐘和幀同步可自行設定。

　　VC5402串口通過(guò)16b寬度的控制寄存器與內部總線(xiàn)通信。

　　數據接收過(guò)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(zhù)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(guò)程：CPU或者DMA把數據寫(xiě)到數據傳輸寄存器(DXR)，再通過(guò)寄存器(XSR)移位到數據輸出引腳DX6。

　　對串口寄存器的訪(fǎng)問(wèn)是間接尋址方式，例如要對McBSP數據寄存器進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，首先寫(xiě)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(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。硬件連接如圖2所示。

　　圖2　通過(guò)McBSP實(shí)現的硬件連接

　　McBSP的位時(shí)鐘由內部采樣率發(fā)生器產(chǎn)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(shí)，軟件將UART的每一位擴展為16位，再由McBSP發(fā)送。接收時(shí)，軟件將McBSP接收的16位壓縮為UART的1位，并進(jìn)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(guò)HPI和電平轉換器件實(shí)現

　　DSP芯片中的HPI(主機接口)是為了滿(mǎn)足DSP與其他的微處理器接口而專(zhuān)門(mén)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(xiàn)的單片機。每一種又分為標準型和增強型，區別在于標準型只可以訪(fǎng)問(wèn)固定的地址空間，而增強型可以訪(fǎng)問(wèn)整個(gè)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(lái)轉換。這里由于引腳較多，所以選用TI74LVC16245A芯片來(lái)進(jìn)行電平轉換。硬件電路如圖3所示。

　　圖3　通過(guò)電平轉換芯片實(shí)現