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TMS320VC5410的McBSP串行接口技術(shù)與程序設(shè)計

作者: 時間:2006-05-07 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

摘要:介紹TMS320VC5410的多功能串行接口(McBSP),并結(jié)合McBSP與高精度,高速率串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器MAX5410之間的串行通信,從硬件和軟件兩個方面具體討論McBSP的設(shè)計方法。

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/242261.htm

關(guān)鍵詞: McBSP SPI 模數(shù)轉(zhuǎn)換器

一、的串行接口技術(shù)

當(dāng)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(shù)的不斷成熟,逐步達到了以上設(shè)計要求,成為重要的接口方案。尤其在器方面,串行口的重要性體現(xiàn)得更加突出,幾乎所有的器都提供了一個或多個串行接口,并且隨著器的更新?lián)Q代,其相應(yīng)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)點就是減少了的引腳數(shù)目,降低了接口設(shè)計的復(fù)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(dǎo)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(shè)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(shè)置,相互連接的設(shè)備中一個作為主設(shè)備,其他的設(shè)備作為從設(shè)備。接口連線主要包括以下4條信號線:

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

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

(3)移位時鐘信號線,即SCK;

(4)從設(shè)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(chǔ)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:

(1)全雙工通信;

(2)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(shè)備直接連接;

(5)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(shè)備直接連接;

(2)支持多通道發(fā)送和接收,每個串行口最多支持128通道;

(3)串行字長度可選,包括8、12、16、20、24和32位;

(4)支持μ-Law和A-Law數(shù)據(jù)壓縮擴展;

(5)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;

(7)內(nèi)部時鐘和幀同步脈沖的產(chǎn)生可編程,具有相當(dāng)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(guān),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(yīng)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

16進制地址 子地址 簡 稱 寄存器名稱
McBSP 0 McBSP 1 McBSP 2
0038 0048 0034 - SPSA_x 子地址寄存器
0039 0049 0035 0x0000 SPCR1_x 串行端口控制寄存器1
0039 0049 0035 0x0001 SPCR2_x 串行端口控制寄存器2
0039 0049 0035 0x0002 RCR1_x 接收控制寄存器1
0039 0049 0035 0x0003 RCR2_x 接收控制寄存器2
0039 0049 0035 0x0004 XCR1_1 發(fā)送控制寄存器1
0039 0049 0035 0x0005 XCR2_x 發(fā)送控制寄存器2
0039 0049 0035 0x0006 SRGR1_x 采樣率發(fā)生寄存器1
0039 0049 0035 0x0007 SRGR2_x 采樣率發(fā)生寄存器2
0039 0049 0035 0x0008 MCR_x 多通道寄存器1
0039 0049 0035 0x0009 MCR2_x 多通道寄存器2
0039 0049 0035 0x000A RCERA_x 接收通道使能寄存器A
0039 0049 0035 0x000B RCERB_x 接收通道使能寄存器B
0039 0049 0035 0x000C XCERA_x 發(fā)送通道使能寄存器A
0039 0049 0035 0x000D XCERB_x 發(fā)送通道使能寄存器B
0039 0049 0035 0x000E PCR_x 引腳控制寄存器

假如要對McBSP1的發(fā)送控制寄存器2(XCR2_1)進行設(shè)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(dāng)于對發(fā)送控制寄存器2(XCR2_1)進行操作。

例:設(shè)置McBSP1的發(fā)送控制寄存器2(XCR2_1)。

XCR2_1.set 05h;發(fā)送控制寄存器2的子地址

SPSA_1.set 48h; 串行口1的子地址寄存器地址

REG_1 .set 49h; 存儲單元0x0049,在此被映射為發(fā)送控;制寄存器2

;將發(fā)送控制寄存器2的子地址寫入子地址寄存器

(SPSA_1)

STM #XCR2_1,SPSA_1

;將控制字0041h寫入存儲單元0x0049

STM #0041h,REG_1

3.McBST的SPI接口設(shè)計

McBSP的時鐘停止模式與SPI協(xié)議兼容。當(dāng)McBSP處于時鐘停止模式時,發(fā)送器和接收器是內(nèi)部同步時,因此可以將McBSP作為SPI主設(shè)備或從設(shè)備。當(dāng)設(shè)置McBSP為主設(shè)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(shè)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(yīng)。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(yīng)部分(BCLKX和BFSX)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(shè)置為主設(shè)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,基本上滿足大多數(shù)應(yīng)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

引 腳 名 稱 功 能
1 OUT DAC輸出電壓
2 AGND 模擬地
3 REF 參考電壓輸入,與外部+2.5V參考電壓連接
4 CS 片選輸入
5 SCLK 串行時鐘輸入,占空比必須在40%與60%之間
6 DIN 串行數(shù)據(jù)輸出
7 DGND 數(shù)字地
8 VDD +5V供電電壓

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(gòu)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(yīng)關(guān)系。

表3 MAX541單極性接口

DAC數(shù)字輸入

模擬輸出VOUT

MSB LSB  
1111 1111 1111 1111 VREF·(65 635/65 536)
1000 0000 0000 0000 VREF·(32 768/65 536)=(1/2)VREF
0000 0000 0000 0000 VREF·(1/65 536)
0000 0000 0000 0000 0V

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(shè)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(shè)計。

當(dāng)McBSP作為SPI通信的主設(shè)備,由它為從設(shè)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(dāng)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)置相關(guān)的寄存器位。

表4 與SPI設(shè)置相關(guān)的些寄存器位

寄存器位允許值描 述寄存器
CLKXM1設(shè)置BCLKX引腳為輸出PCR
CLKSM1采樣率發(fā)生器時鐘源至CPU時鐘SRGR2
CLKGDV1255定義采樣率發(fā)生器時鐘的降頻因子SRGR1
FSCM1設(shè)置BFSX引腳為輸出PCR
FSGM0在每個串行數(shù)據(jù)包傳輸期間BFSX信號有效SRGR2
FSXP1設(shè)置BFSX引腳為低電平有效PCR
XDATDLY01b提供正確BFSX信號啟動時間XCR2
RDATDLY01b提供正確的BFSX信號啟動時間RCR2

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。由于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(yīng)XRDY中斷發(fā)送數(shù)據(jù)。

.width 80

.length 100

.title transmit.asm

.mmregs

.defSTART

.def BSPR0

.def BSPX0

.include periphral.asm

.text

START:

;初始化DSP

STM#00E0h,PMST ;IPTR=000000001b,MP/MC=1,

;OVLY=1,DROM=0

LD #0,DP

LD #0,ARP

SSBX INTM ;禁止所有可屏蔽中斷

STM #0FFFFh,IFR ;清除所有中斷標志

STM #0020h,IMR ;允許BSPX0中斷

STM #0010h,TCR ;關(guān)閉DSP計時器,以便降低

;功耗鎖相環(huán)(PLL)倍頻*10->CLKOUT:100MHz

STM#1001000110000111b,CLKMD

Tststatus:

LDM CLKMD,A

AND #01h,A

BC Tststatus,AEQ

STM #1001000110000111b,CLKMD

;初始化McBSP

STM SPCR1_1,SPSA_1

STM #1000h,REG_1 ;CLKSTP=10(選擇SPI時鐘停

;止模式3)

STM SPCR2_1,SPSA_1

STM #0000h,REG_1 ;置McBSP于復(fù)位態(tài)時,以便

;對控制寄存器進行設(shè)置

STM PCR_1,SPSA_1

STM #0A0Fh,REG_1 ;CLKX->CLKR,FSX->FSR,

;DX->DR,FSXM=1(輸出),

;CLKXM=1(輸出),FSXP=1(低

;電平有效),CLKXP=1(在CLKX

;的下降沿發(fā)送數(shù)據(jù))

STM RCR1_1,SPSA_1

STM #0040h,REG_1 ;每幀1個字,每個字16位

STM RCR2_1,SPSA_1

STM #0041h,REG_1 ;單幀,RFIG=0,RDATDLY=01

;(1位數(shù)據(jù)延遲)

STM XCR1_1,SPSA_1

STM #0040h,REG_1 ;每幀1個字,每個字16位

STM XCR2)1,SPSA_1

STM #0041h,REG_1 ;單幀XFIG=0,XDATDLY=01

;(1位數(shù)據(jù)延遲)

STM SRGR1_1,SPSA_1

STM #0009h,REG_1 ;CLKGDV=9,CLKG=(CLKOUT)/

;(1+CLKGDV)=10MHz

STM SRGR2_1,SPSA_1

STM #2313h,REG_1;GSYNC=0,CLKSP=0,

;CLKSM=1,F(xiàn)SGM=0

RPT #2 ;等待2個CLKSRG周期(CLKSRG=100MHz)

NOP

STM SPCR2_1,SPSA_1

STM #0040h,REG_1 ;啟動McBSP0采樣率發(fā)生

;器,/GRST=1

RPT #20 ;等待2個CLKG周期(CLKG)=10MHz)

NOP

STM SPCR2_1,SPSA_1

STM #0041h,REG_1 ;啟動McBSP0發(fā)送端,/XRST=1

STM SPCR2_1,SPSA_1

STM #00C1h,REG_1 ;啟動幀同步脈沖,/FRST=1

RPT #80

NOP

STM #08000h,AR1

RSBX INTM ;打開可屏蔽中斷

MVMD AR1,DXR1_1 ;向DXR送數(shù)

WAIT:IDLE1

B WAIT

BSPX0:

STM #0h,IFR

AMR AR1

MVDM AR1,DXR1_1

RETE

.end

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。



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