異種單片機(jī)共享片外存儲器及其與微機(jī)通信方法

TMS320系列數(shù)字信號處理單片機(jī)(DSP)在測控、儀器儀表、圖象處理、計(jì)算機(jī)視覺與聲信號處理等領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。DSP獲取原始采集數(shù)據(jù)和輸出處理結(jié)果一般有兩種途徑：一是通過串行口，另一是通過數(shù)據(jù)總線讀寫片外存儲器。本文介紹了基于DSP的信號處理目標(biāo)板與基于單片機(jī)AT89C51的多路同步數(shù)據(jù)采集板通過共享片外隨機(jī)存儲器實(shí)現(xiàn)板間通信，來獲取原始采集數(shù)據(jù)的方法，并給出了總線隔離硬件電路與軟件控制流程。并介紹了把DSP的處理結(jié)果傳送給基于MCS－51單片機(jī)或基于微機(jī)的控制系統(tǒng)的方法。文中還簡要分析了AT89C51與微機(jī)進(jìn)行串口通信的軟硬件設(shè)計(jì)，通過擴(kuò)展AT89C51間接實(shí)現(xiàn)了TMS320C32與單片機(jī)或微機(jī)之間的通信，比直接通過TMS320C32的串口與單片機(jī)或微機(jī)進(jìn)行通信要簡單可靠得多。下面如無特別說明，MCU指AT89C51，DSP指TMS320C32。

1 板間共享存儲器的硬件接口電路和軟件控制流程
1.1 信號處理板硬件接口電路
基于DSP的信號處理板可以根據(jù)應(yīng)用要求運(yùn)行許多信號處理算法，如信號預(yù)處理、目標(biāo)識別與跟蹤定位、Kalman濾波等。待處理的原始信號數(shù)據(jù)通過板間通信從數(shù)據(jù)采集板獲得。這里采用板間共享存儲器的方法來完成數(shù)據(jù)交換，DSP既可以從共享存儲器讀取采集數(shù)據(jù)，也可以把處理結(jié)果(如新的程控放大倍數(shù)值，跟蹤定位結(jié)果等)寫到共享存儲器中供MCU讀取。
TMS320C32有一個(gè)雙向串行口，可以設(shè)置每幀同時(shí)收發(fā)8/16/24/32位數(shù)據(jù)，同步時(shí)鐘可以由內(nèi)部串口定時(shí)器產(chǎn)生或由外部輸入。通過設(shè)置串口全局控制寄存器來控制串口的總體功能和工作模式；通過設(shè)置FSX/DX/CLKX端口控制寄存器和FSR/DR/CLKR端口控制寄存器來控制串口6個(gè)引腳的功能，可以軟件設(shè)置每個(gè)引腳為通用的I/O引腳或串口通信引腳。TMS320C32有兩根通用的I/O引腳為XF0和XF1，由于共享存儲器接口電路需要4根控制線來進(jìn)行DSP與MCU間的握手通信，這里把串口的2個(gè)引腳FSR0和FSX0設(shè)置為通用的I/O引腳用作控制線。接口電路原理圖如圖1所示。

圖中RAM0～RAM3是四片容量為512K的8位高速RAM(芯片型號為CY7C1049－17VC)，組成32位數(shù)據(jù)寬度的存儲器，DSP運(yùn)行時(shí)的程序和數(shù)據(jù)都在這四片RAM中。FLASH(芯片型號為Am29F016)用于存儲程序和初始化數(shù)據(jù)，即使掉電內(nèi)容也不丟失，DSP上電時(shí)由自帶的BOOT LOADER程序從FLASH中取出程序到四片RAM中運(yùn)行。從共享存儲器讀取的采集數(shù)據(jù)也暫存到這四片RAM中。
1.2 數(shù)據(jù)采集板硬件接口電路
基于單片機(jī)AT89C51的數(shù)據(jù)采集板在單片機(jī)的全局控制下，通過對多路聲傳感器輸出的微弱信號進(jìn)行程控放大、低通濾波、同步采樣保持、A/D變換，實(shí)時(shí)同步采集多路信號，并把采集到的信號數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)采集板上的128K共享存儲器(芯片型號為CY7C109－12VC)中。
共享存儲器及其總線隔離電路設(shè)計(jì)在數(shù)據(jù)采集板上。在某一時(shí)刻，共享存儲器只能被某一方訪問，否則會產(chǎn)生總線沖突。這里由MCU切換選通DSP總線或單片機(jī)總線，分時(shí)訪問共享存儲器?？偩€隔離芯片選用常見的雙向總線隔離/驅(qū)動芯片74HC245，它有一個(gè)輸出使能引腳(E)和一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸方向(DIR)引腳，MCU通過控制這兩個(gè)引腳來完成總線隔離與數(shù)據(jù)傳輸方向控制功能。接口電路原理圖如圖2所示。圖中，MCU端的總線隔離由一片74HC373和兩片74HC245完成，DSP端由三片74HC245完成數(shù)據(jù)總線和地址總線的隔離。由P1.2控制選通哪組總線，當(dāng)P1.2為低電平時(shí)，共享存儲器只能被MCU訪問；當(dāng)P1.2為高電平時(shí)，只有當(dāng)P1.3也為高電平時(shí)(表示MCU同意讓出共享存儲器)，共享存儲器才能被DSP訪問。由于DSP需要讀或?qū)懝蚕泶鎯ζ鳎孕枰浖O(shè)置數(shù)據(jù)總線隔離芯片74HC245的數(shù)據(jù)傳輸方向，這里通過設(shè)置DSPDIR信號線的電平狀態(tài)來完成(高電平時(shí)為讀，低電平時(shí)為寫)。由于地址總線的數(shù)據(jù)傳輸方向始終是單向的，所以其隔離芯片的DIR端可以固定接低電平或高電平，視74HC245的實(shí)際接線而定。