TMS320F240與外圍器件的SPI接口設(shè)計(jì)

摘要：TMS320F240是由美國(guó)TI公司推出的一種新型數(shù)字信號(hào)處理芯片。文中介紹了該芯片的結(jié)構(gòu)、性能、特點(diǎn)，并分析了它與外圍器件的SPI接口設(shè)計(jì)方法，給出了用SPI接口控制12位串 行A/D MAX186的應(yīng)用實(shí)例。該應(yīng)用系統(tǒng)具有采樣頻率高、穩(wěn)定性好和可靠性強(qiáng)等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：數(shù)字信號(hào)處理芯片 SPI接口 串行A/D TMS320F240

1 前言

數(shù)字化已成為當(dāng)今信息處理領(lǐng)域的一大潮流，并代表了今后信號(hào)處理的發(fā)展方向。集VLSI微電子技術(shù)、信號(hào)變換技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)為一體的數(shù)字信號(hào)處理器的誕生，揭開(kāi)了PC通信與消費(fèi)電子市場(chǎng)的新紀(jì)元。它具有運(yùn)算速度快、精度高、接口功能強(qiáng)和開(kāi)發(fā)方便、快捷等優(yōu)點(diǎn)，這使其迅速成為不少新型科技的主要推動(dòng)力，特別是在電信和多媒體系統(tǒng)中，已越來(lái)越多地借助于DSP芯片來(lái)完成數(shù)據(jù)采集、信號(hào)實(shí)時(shí)處理和語(yǔ)音壓縮等功能。筆者在工程應(yīng)用和系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)美國(guó)TI公司的TMS320系列進(jìn)行了一定的研究和開(kāi)發(fā)，對(duì)TMS320F240進(jìn)行了詳細(xì)的分析，本文重點(diǎn)介紹筆者在研發(fā)過(guò)程中涉及到的TMS320F240與外圍器件的SPI接口設(shè)計(jì)。

2 結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)

TMS320F240是TI公司在TMS320C2XX的基礎(chǔ)上推出的一種專用定點(diǎn)DSP芯片，該器件利用了TI的可重用DSP核心技術(shù)，顯示出TI的特殊能力——通過(guò)在單一芯片上集成一個(gè)DSP內(nèi)核和各種外設(shè)器件，從而制造出面向各種工程應(yīng)用的DSP方案。

作為第一個(gè)數(shù)字電機(jī)控制器的專用DSP，TMS320C240和TMS320F240確立了單片數(shù)字電機(jī)控制器的標(biāo)準(zhǔn)，可支持電機(jī)的轉(zhuǎn)向、指令的產(chǎn)生、控制算法的處理、數(shù)據(jù)的交流和系統(tǒng)控制監(jiān)控等功能?？蓮V泛應(yīng)用于廠房自動(dòng)化系統(tǒng)、工業(yè)化電機(jī)驅(qū)動(dòng)和功率轉(zhuǎn)換、供熱、通風(fēng)和空調(diào)（HAVC）系統(tǒng)。其主要特性如下：

●采用TMS320C2XX CPU內(nèi)核：

有32位中央邏輯運(yùn)算單元（CALU）；

內(nèi)含32位累加器（ACC）；

16位×16位并行乘法器；

8個(gè)16位輔助寄存器；

●具有50ns(20MIPS)指令周期；

●含544字節(jié)16位在片數(shù)據(jù)/程序雙向RAM；

●帶有16k字節(jié)Flash EEPROM：

●雙向10位串行數(shù)模轉(zhuǎn)換器的采樣速率可達(dá)166kHz；

●具有28個(gè)獨(dú)立可編程、復(fù)用I/O腳；

●有串行外設(shè)接口（SPI）和SCI接口；

●自帶強(qiáng)大的事件管理器；

●帶有實(shí)時(shí)中斷的看門狗電路；

●支持硬件JTAG硬件仿真。

TMS320F240的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

3 SPI接口

SPI是同步串行外圍接口，主要用于與各種外圍器件進(jìn)行通訊，這些外圍器件可以是簡(jiǎn)單的TTL移位寄存器或是復(fù)雜的LCD顯示驅(qū)動(dòng)器或A/D轉(zhuǎn)換子系統(tǒng)。SPI接口很容易與許多廠家的各種外圍器件直接相連。在多主機(jī)系統(tǒng)時(shí)，SPI也可用于同MCU之間的通訊。

當(dāng)MCU片內(nèi)I/O功能或存儲(chǔ)器不能滿足需要時(shí)，可用SPI與各種外圍器件相連以擴(kuò)展I/O功能。SPI子系統(tǒng)可以在軟件控制下構(gòu)成簡(jiǎn)單或復(fù)雜的系統(tǒng)，如：

●一個(gè)主MCU和幾個(gè)從MCU；

●幾個(gè)MCU互連，構(gòu)成多主機(jī)系統(tǒng)；

●一個(gè)主MCU和一個(gè)或多個(gè)從外圍器件。

多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合用一個(gè)MCU作為主機(jī)，以觸發(fā)和控制向一個(gè)或多個(gè)外圍器件傳輸數(shù)據(jù)。這些外圍器件用來(lái)接收或提供傳輸數(shù)據(jù)，只有主機(jī)發(fā)出命令后，它們才能從主機(jī)接收數(shù)據(jù)或向主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。但應(yīng)注意兩點(diǎn)：第一，SPI與串行外圍器件相連時(shí)，SPI必須置為主機(jī)；第二，在使用SPI傳送數(shù)據(jù)之前必須進(jìn)行初始化，初始化操作主要是向SPI的控制寄存器寫入相應(yīng)的控制字。

4 接口設(shè)計(jì)

TMS320F240的SPI接口是一個(gè)高速的同步串行I/O口，它允許1～8位的串行比特流以特定的傳輸速率移進(jìn)移出芯片。通常情況下，它主要用于DSP控制器和外圍設(shè)備之間的通信或兩個(gè)DSP之間的通信。其典型應(yīng)用包括通過(guò)移位寄存器、ADC等進(jìn)行外部I/O或外圍設(shè)備擴(kuò)展。

該SPI接口有主、從兩種工作模式，125個(gè)可編程的波特率，接收或發(fā)送操作通過(guò)中斷或查詢方式來(lái)完成。整個(gè)工作狀態(tài)通過(guò)設(shè)置10個(gè)控制寄存器來(lái)完成。

在接口設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于SPI接口的四個(gè)管腳均為通用I/O復(fù)用管腳，所以首先應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的控制寄存器，并分別將這四個(gè)管腳設(shè)置為串行時(shí)鐘、使能、接收和發(fā)送腳。而后將SPISTE腳置為高，即把SPI口置為工作狀態(tài)。最后，通過(guò)控制寄存器依次設(shè)置SPI的工作模式、傳輸速率（波特率）、數(shù)據(jù)位數(shù)和中斷標(biāo)志位，并將其發(fā)送、接收管腳與相應(yīng)外圍設(shè)備的輸入、輸出腳相連，從而建立起與擴(kuò)展外圍的通信。

在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)注意，TMS320F240的一個(gè)主要特點(diǎn)就是通過(guò)各種各樣的控制寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)各管腳、各單元工作模式和工作過(guò)程的控制，所以設(shè)計(jì)的每一步都要充分考慮對(duì)其相應(yīng)控制寄存器的設(shè)置和對(duì)寄存器狀態(tài)的影響。否則，整個(gè)系統(tǒng)很難進(jìn)行正常的工作或按設(shè)計(jì)的要求來(lái)工作。

5 應(yīng)用舉例

應(yīng)用SPI口實(shí)現(xiàn)對(duì)外部串行A/D的控制，其中的串行A/D采用MAX186，它是一個(gè)包含有8個(gè)通道模擬開(kāi)關(guān)、寬帶采樣/保持器和串行接口的具有較高轉(zhuǎn)換速度和極低功耗的12位數(shù)據(jù)采集芯片。其4線串行接口可直接連接SPI、QSPI、MicroWire等器件而無(wú)需外部邏輯，串行輸出允許直接接TMS320系旬的數(shù)字信號(hào)處理器。在自動(dòng)監(jiān)測(cè)、醫(yī)療儀器和高精度控制過(guò)程中有較為廣泛的應(yīng)用。MAX186與TMS320F240的接口設(shè)計(jì)如圖2所示，工作流程為：

（1）設(shè)置F240的SPI口為工作狀態(tài)，并將串行時(shí)鐘信號(hào)SPICLK與MAX186的SCLK腳相連。

（2）由F240置MAX186的片選端為低。

（3）F240通過(guò)SPISOMI發(fā)送控制字初始化MAX186，并設(shè)置轉(zhuǎn)換模式，開(kāi)始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

（4）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成，MAX186通過(guò)SSTRB通知F240準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)。

（5）F240通過(guò)SPISIMO在SCLK的上跳沿依次接收12位轉(zhuǎn)換結(jié)果。

（6）接收完畢，置MAX186片選端為高，等待下一次轉(zhuǎn)換。

MAX186與TMS320接口設(shè)計(jì)的工作流程圖如圖3所示。

6 結(jié)束語(yǔ)

同步串行外圍接口SPI使得DSP可方便地與各種外圍設(shè)備進(jìn)行通信，以擴(kuò)展I/O功能和建立功能更強(qiáng)大的系統(tǒng)，從而使DSP在更多領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用，特別是對(duì)于數(shù)據(jù)傳送、遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)采集和信號(hào)實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)，通過(guò)擴(kuò)展內(nèi)存、A/D轉(zhuǎn)換可大大提高系統(tǒng)性能，滿足更高級(jí)別的要求。

DSP的發(fā)展可以說(shuō)是一日千里，隨著21世紀(jì)數(shù)字化時(shí)代的全面到來(lái)，我們相信，具有強(qiáng)大生命力的DSP產(chǎn)品將以其日益卓越的性能進(jìn)入更多的工業(yè)領(lǐng)域，更好地推動(dòng)社會(huì)全面信息化的步伐。