詳解TMS320VC5410的McBSP串行接口技術與程序設計

　　DSP是一種獨特的微處理器，是以數(shù)字信號來處理大量信息的器件。其工作原理是接收模擬信號，轉(zhuǎn)換為0或1的數(shù)字信號。再對數(shù)字信號進行修改、刪除、強化，并在其他系統(tǒng)芯片中把數(shù)字數(shù)據(jù)解譯回模擬數(shù)據(jù)或?qū)嶋H環(huán)境格式。它不僅具有可編程性，而且其實時運行速度可達每秒數(shù)以千萬條復雜指令程序，遠遠超過通用微處理器，是數(shù)字化電子世界中日益重要的電腦芯片。它的強大數(shù)據(jù)處理能力和高運行速度，是最值得稱道的兩大特色。

　　如今，嵌入式系統(tǒng)正迅速向低功耗、低成本、小體積、高性能、高速率方向發(fā)展。隨著串行接口技術的不斷成熟，逐步達到了以上設計要求，成為重要的接口方案。尤其在數(shù)字信號處理器方面，串行口的重要性體現(xiàn)得更加突出，幾乎所有的數(shù)字信號處理器都提供了一個或多個串行接口，并且隨著數(shù)字信號處理器的更新?lián)Q代，其相應的串行接口，在功能上不斷強化，性能上不斷提升。

　　與并行接口相比，串行接口的最大優(yōu)點就是減少了DSP的引腳數(shù)目，降低了接口設計的復雜性。通常，串行接口提供全雙工同步操作，輸入和輸出數(shù)據(jù)以位為單位的串行方式進行處理。目前，世界各主要半導體制造商提交了許多不同的串行協(xié)議，其中一些已經(jīng)成為工業(yè)標準。典型的串行協(xié)議包括：MOTOROLA（Austin,TX）的串行外圍設備接口SPI和隊列SPI（QSPI）、PHILIPS（Sunnyvale，CA）、National Semiconductor的微總線（microwire）。

　　圖1是典型的SPI協(xié)議。SPI協(xié)議采用主從設置，相互連接的設備中一個作為主設備，其他的設備作為從設備。接口連線主要包括以下4條信號線：

　?。?）串行數(shù)據(jù)輸入信號線，即MISO（Master InSlave Out）；

　?。?）串行數(shù)據(jù)輸出信號線，即MOSI（Master Out-Slave In）；

　?。?）移位時鐘信號線，即SCK；

　　（4）從設備片選信號線，即SS。

　　二、TMS320VC5410的多通道緩存串行口——McBSP

　　1.McBSP的功能特點

　　TMS320V5410是TI生產(chǎn)的第二代低功耗TMS320C5000系列定點數(shù)字信號處理器，提供了3個高速、全雙工、多通道緩存串行口McBSP，每個串行口可以支持128通道，速度達100Mbit/s。McBSP是在標準串行接口的基礎之上對功能進行擴展，因此，具有與標準串行接口相同的基本功能：

　?。?）全雙工通信；

　?。?）擁有兩級緩沖發(fā)送和三級緩沖接收數(shù)據(jù)寄存器，允許連續(xù)數(shù)據(jù)流傳輸；

　　（3）為數(shù)據(jù)發(fā)送和接收提供獨立的幀同步脈沖和時鐘信號；

　　（4）能夠與工業(yè)標準的解碼器、模擬接口芯片（AICs）和其他串行A/D和D/A設備直接連接；

　?。?）支持外部移位時鐘或內(nèi)部頻率可編程移位時鐘。

　　此外，McBSP還具有以下特殊功能：

　　（1）可以與IOM-2、SPI、AC97等兼容設備直接連接；

　?。?）支持多通道發(fā)送和接收，每個串行口最多支持128通道；

　?。?）串行字長度可選，包括8、12、16、20、24和32位；

　?。?）支持μ-Law和A-Law數(shù)據(jù)壓縮擴展；

　?。?）進行8位數(shù)據(jù)傳輸時，可以選擇LSB或MSB為起始位；

　　（6）幀同步脈沖和時鐘信號的極性可編程；

　?。?）內(nèi)部時鐘和幀同步脈沖的產(chǎn)生可編程，具有相當大的靈活性。

　　2.McBSP寄存器的訪問

　　TMS320VC5410包含3組多通道緩存串行口，每組多通道緩存串行口有23個寄存器與之相關，除RBR[1,2]、RSR[1,2]、XSR[1,2]之外，其中15個寄存器是可尋址寄存器。由于數(shù)據(jù)頁0的存儲空間限制，有些寄存器必須通過子地址尋址方式來訪問。SPSA_x是子地址寄存器，欲訪問指定的寄存器，只要把相應的子地址寫入SPSA_x就可以了。表1列出了McBSP的子地址寄存器。

　　表1 McBSP子地址寄存器

　　假如要對McBSP1的發(fā)送控制寄存器2（XCR2_1）進行設置。首先，將子地址0x0005寫入子地址寄存器（SPSA_1），與此同時，存儲單元0x0049就映射為發(fā)送控制寄存器2（XCR2_1）。然后，對存儲單元0x0049的讀寫操作，就相當于對發(fā)送控制寄存器2（XCR2_1）進行操作。

　　例：設置McBSP1的發(fā)送控制寄存器2（XCR2_1）。

　　3.McBST的SPI接口設計

　　McBSP的時鐘停止模式與SPI協(xié)議兼容。當設置McBSP為主設備時，發(fā)送端輸出信號（BDX）就作為SPI協(xié)議的MOSI信號，接收端輸入信號（BDR）就作為SPI協(xié)議的MISO信號。發(fā)送幀同步脈沖信號（BFSX）作為從設備片選信號（SS），而發(fā)送時鐘信號（BCLKX）就與SPI協(xié)議的串行時鐘信號（SCK）相對應。由于接收時鐘信號（BCLKR）和接收幀同步脈沖信號（BFSR）與發(fā)送端的相應部分在內(nèi)部相互連接，因此這些信號不用于時鐘停止模式。McBSP設置為主設備時，SPI協(xié)議連接如圖2所示。

　　三、McBSP接口舉例

　　1.高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換器MAX541

　　MAX541是16位串行輸入、電壓輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換器，+5V單電源供電。DAC輸出非緩沖，因此只有0.3mA的低供電電流和1LSB的低漂移誤差。DAC輸出范圍為0V至VREF。MAX541采用3線串行接口，兼容于SPITM/QSPITM/MICROWIRETM等串行通信協(xié)議。MAX541最高可以獲得500×10 3采樣點/秒的通過率，滿足大多數(shù)應用的要求。MAX541采用8引腳DIP或SO封裝。MAX541各引腳描述如表2所列。

　　表2 MAX541引腳說明

　　2.McBSP與MAX541的接口電路

　　TMS320VC5410與MAX541的接口電路如圖3所示。

　　為使MAX541獲得高分辨率和高精度，可以由MAX873提供高精度的+2.5V低阻抗基準電壓源。為了消除高頻和低頻干擾，必須在REF引腳與模擬地之間接入退耦電容。由于AX541的數(shù)字輸入DIN與TTL/CMOS邏輯電平兼容，因此，可以與TMS320VC5410的串行輸出BDX直接連接。此外，必須嚴格隔離模擬地AGND和數(shù)字地DGND,最后在MAX541的AGND引腳上將模擬地和數(shù)字地連接在國起，構成星形的地線系統(tǒng)。在MAX541的輸出端接入電壓跟隨型運算放大器MAX495。表3是數(shù)字輸入代碼與模擬輸出電壓之間的對應關系。

　　表3 MAX541單極性接口

　　DSP的發(fā)送幀同步脈沖信號（BFSX）作為MAX541的片選信號（CS），而發(fā)送時鐘信號（BCLKX）作為MAX541的串行時鐘輸入。MAX541的三線接口電路時序如圖4所示。

　　圖4所示，在片選信號CS由高電平轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖降耐瑫r，串行數(shù)據(jù)按照從最高有效位到最低有效位的順序，在串行時鐘的每個上升沿逐位移入片內(nèi)的輸入寄存器。

　　3.軟件設計

　　下面通過產(chǎn)生國個鋸齒波的例子來說明TMS320VC5410與MAX541之間的軟件設計。

　　當McBSP作為SPI通信的主設備，由它為從設備提供時鐘信號，并控制數(shù)據(jù)的傳輸過程。CLKX引腳上的時鐘信號必須在數(shù)據(jù)包傳輸期間使能，當沒有數(shù)據(jù)包傳輸時，時鐘信號根據(jù)所采用的極性保持高電平或者低電平。通常，通過McBSP的采樣率發(fā)生器產(chǎn)生10MHz時鐘信號，由BCLKX引腳輸出，作為MAX541的串行時鐘輸入信號。McBSP利用BFSX引腳為MAX541提供片選信號，因此必須正確設置幀脈沖發(fā)生器，使之在每個數(shù)據(jù)包傳輸期間產(chǎn)生幀同步脈沖，即在數(shù)據(jù)包傳輸?shù)牡谝晃晦D(zhuǎn)變?yōu)橛行顟B(tài)（在本例中為低電平有效，取決于MAX541的片選信號CS），然后維持有效狀態(tài)直到數(shù)據(jù)包發(fā)送完畢。此外，根據(jù)SPI傳輸協(xié)議，必須正確設置數(shù)據(jù)發(fā)送延遲時間（XDATDLY=01b），由圖4可知，在幀同步脈沖有效之后，大約延遲了一個時鐘周期才進行串行數(shù)據(jù)的發(fā)送。根據(jù)圖4所示的時序圖，為McBSP選擇一種合適的時鐘方案，即設置McBSP的時鐘停止模式。在本例中采用時鐘停止模式3（CLKSTP=10b、CLKXP=1），其時鐘方案如圖5所示。

　　表4列出了一些與SPI設置相關的寄存器位。

　　表4 與SPI設置相關的些寄存器位

　　4.程序清單

　　程序首次初始化TMS320VC5410，使數(shù)據(jù)頁指針（DP）為0，并且禁止中斷。TMS320VC5410外接10Hz的時鐘頻率發(fā)生器，通過鎖相環(huán)電路倍頻至100MHz。接著初始化TMS320VC5410的多通道緩存串行口McBSP。最后，響應XRDY中斷發(fā)送數(shù)據(jù)。

　　結(jié)束語

　　本文介紹了TMS320VC5410的多通道緩存串行口（McBSP）的功能特點，并結(jié)合實例子著重討論了如何利用SPI接口協(xié)議實現(xiàn)McBSP與其他串行器件之間相互通信。