CPLD的DSP多SPI端口通信設(shè)計(jì)

本文介紹一種采用運(yùn)動控制專用DSP芯片DSP56F801設(shè)計(jì)的超聲波電機(jī)運(yùn)動控制裝置。由于該超聲波電機(jī)需要采用兩相四路對稱PWM信號來實(shí)現(xiàn)驅(qū)動控制，而DSP芯片無法直接產(chǎn)生所需PWM信號，采用軟件方法又會占用大量的DSP計(jì)算時(shí)間，于是設(shè)計(jì)了基于可編程邏輯器件(CPLD)的對稱PWM信號發(fā)生器。該信號發(fā)生器在DSP的控制下，可以實(shí)現(xiàn)輸出兩相PWM控制信號的占空比及相位差調(diào)節(jié);同時(shí)采用具有SPI接口的可編程振蕩器LTC6903，實(shí)現(xiàn)在DSP控制下的PWM控制信號頻率調(diào)節(jié)。由此可見，為了實(shí)現(xiàn)DSP對PWM控制信號占空比、相位差及頻率的控制，需要采用適當(dāng)?shù)?a class="contentlabel" href="http://www.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/通信">通信方式實(shí)現(xiàn)DSP與CPLD及LTC6903之間的控制信息傳遞。DSP56F801芯片具有一個(gè)SPI通信端口。本文在分析SPI數(shù)據(jù)傳輸時(shí)序關(guān)系的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于CPLD的多SPI接口通信。

　　1 工作原理

　　SPI是一個(gè)同步協(xié)議接口，所有的傳輸都參照一個(gè)共同的時(shí)鐘。在同一個(gè)SPI端口可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)主機(jī)芯片與多個(gè)從機(jī)芯片的相連，這時(shí)主機(jī)通過觸發(fā)從設(shè)備的片選輸入引腳來選擇從設(shè)備，沒有被選中的從設(shè)備將不參與SPI傳輸。SPI主使用4個(gè)信號：主機(jī)輸出/從機(jī)輸入(MOSI)、主機(jī)輸入/從機(jī)輸出(MISO)、串行時(shí)鐘信號SCLK和外設(shè)芯片選擇信號(SS)。主機(jī)和外設(shè)都包含一個(gè)串行移位寄存器，主機(jī)通過向它的SPI串行移位寄存器寫入一個(gè)字節(jié)來發(fā)起一次傳輸。寄存器是通過MOSI引腳將字節(jié)傳送給從設(shè)備，從設(shè)備也將自己移位寄存器中的內(nèi)容通過MISO信號線返回給主機(jī)。這樣，兩個(gè)移位寄存器中的內(nèi)容就被交換了。外設(shè)的寫操作和讀操作是同步完成的，因此SPI成為一個(gè)很有效的串行通信協(xié)議。SPI端口的通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。為了使信號發(fā)生器輸出可調(diào)頻、調(diào)壓和調(diào)相輸出的兩相四路PWM波，需要DSP向CPLD電路輸出參數(shù)。這4個(gè)控制參數(shù)的傳遞是在小型的通信網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)的。在該網(wǎng)絡(luò)中，DSP的SPI只是進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出端口的寫操作，即輸出電壓控制字、相位控制字和頻率控制字。數(shù)據(jù)流程：主機(jī)DSP向CPLD傳輸數(shù)據(jù)，在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)在MOSI引腳上輸出，同時(shí)數(shù)據(jù)在時(shí)鐘信號的作用下實(shí)現(xiàn)同步移位輸出。由于不需要從機(jī)向主機(jī)回送任何數(shù)據(jù)，主機(jī)在數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束之后，結(jié)束這次傳送。由于SPI端口工作時(shí)沒有應(yīng)答信號，并且數(shù)據(jù)在發(fā)送時(shí)無需校驗(yàn)位，所以要求主、從器件的數(shù)據(jù)發(fā)送與接收必須完全符合設(shè)定的SPI時(shí)序要求，否則數(shù)據(jù)傳輸將出現(xiàn)錯(cuò)誤。

　　2 基于CPLD的串口SPI設(shè)計(jì)

　　2.1 移位寄存器設(shè)計(jì)

　　本設(shè)計(jì)為一個(gè)12位的SPI串行接收端口。圖1中移位寄存器是由12個(gè)D觸發(fā)器和1個(gè)計(jì)數(shù)器組成的，實(shí)現(xiàn)移位接收和串并轉(zhuǎn)換。在傳輸過程中，先使能移位寄存器和計(jì)數(shù)器，啟動傳輸，同時(shí)計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)到16時(shí)，進(jìn)位端輸出一個(gè)脈沖寬度的高電平脈沖，進(jìn)行數(shù)據(jù)鎖存，其電路如圖2所示。

　　實(shí)驗(yàn)中為保證時(shí)序正確，測出了使能信號和計(jì)數(shù)器進(jìn)位脈沖的輸出時(shí)序，如圖3、圖4所示。其中十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器采用的是上升沿計(jì)數(shù)，在第16個(gè)上升沿到來時(shí)，跳變?yōu)楦唠娖?，保證數(shù)據(jù)的正確接收鎖存。

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