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TMS320VC5402与51单片机的接口设计
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2017-10-27
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TMS320VC5402（VC5402）是德州仪器公司推出的具有较高性价比的定点数字信号处理器。VC5402增强外设由软件等待状态发生器、锁相环时钟发生器、6通道直接存储器访问（DMA）控制器、增强型8位并行主机接口（HPI）等组成。两个可编程的多通道缓冲串口（McBSP）能够全双工、快速地与其他同步串口进行数据交换，硬件连接简单，串口的工作模式和传送数据的格式可通过编程实现。DSP和单片机之间的通信一般利用双口RAM，通过串口或DSP的HPI接口实现。
利用双口RAM实现
CY7C026是CYPRESS公司生产的16k×16B高速双口静态RAM，存取速度小于25ns。他具有真正的双端口，可以同时进行数据存取，两个端口具有独立的控制信号线、地址线和数据线，另外通过主？从选择可以方便地扩存储容量和数据宽度。通过芯片的信号量标志器，左、右两端口可以实现芯片资源的共享。
由于DSP的数据是16位，而单片机的数据是8位，所以TMS320VC5402与双口RAM的接口并无特别之处，但是89C51与双口RAM之间的接口威廉希尔官方网站 中就需要对89C51进行总线扩展了。具体做法是利用锁存器74HC373的锁存功能，通过对其使能信号的控制，进行分时读写，实现数据总线的扩展，即利用锁存器作为虚拟总线。DSP，单片机与双口RAM之间的接口威廉希尔官方网站 如图1所示。
图1 通过双口RAM实现的接口威廉希尔官方网站
双口RAM必须采用一定的机制来协调左右两边CPU对他的读写操作，否则会出现读写数据的错误。通常可以用中断、硬件、令牌和软件这4种方式来协调双方。在接口威廉希尔官方网站 中利用89C51的最低地址位A0把双口RAM的存储空间分为奇、偶地址两个空间。其中，奇地址空间专供89C51写，偶地址空间专供89C51读。那么只需对VC5402的软件做相应处理即可，即VC5402对双口RAM的奇地址空间只读，对偶地址空间只写。这样就避免了DSP和单片机对双口RAM同一地址单元的写入操作。另外，在对双口RAM进行访问之前，单片机和DSP首先对本端的BUSY信号进行查询，只有本端/BUSY信号无效时才进行读写操作，进一步保证了数据读写的可靠性。
通过串口实现
VC5402多通道缓冲串行口（McBSP）主要特点：双缓冲区发送，三缓冲区接收以便数据的连续性；接收与发送的帧同步、时钟信号独立；多通道发送和接收，最多可以到达128个通道；数据大小可为8，12，16，20，24和32b;μ率和A率压缩；帧同步、数据时钟极性可编程；内部时钟和帧同步可自行设定。
VC5402串口通过16b宽度的控制寄存器与内部总线通信。
数据接收过程：数据从输入引脚（DR）移位到接收移位寄存器（RSR），然后拷贝数据到接收缓冲寄存器（RBR），接着把数据拷贝到数据接收寄存器（DRR），CPU或者DMA控制器读取DRR。
数据输出过程：CPU或者DMA把数据写到数据传输寄存器（DXR），再通过寄存器（XSR）移位到数据输出引脚DX6。
对串口寄存器的访问是间接寻址方式，例如要对McBSP数据寄存器进行访问，首先写串口控制寄存器SPCR子地址到子地址寄存器SPSA，然后对数据寄存器进行访问。硬件连接如图2所示。
图2 通过McBSP实现的硬件连接
McBSP的位时钟由内部采样率发生器产生，为UART波特率×16。
在软件的设计中McBSP的16位代表UART的1位。发送时，软件将UART的每一位扩展为16位，再由McBSP发送。接收时，软件将McBSP接收的16位压缩为UART的1位，并进行合并。软件还应负责处理UART的起始位、奇偶校验位和停止位。
通过HPI和电平转换器件实现
DSP芯片中的HPI（主机接口）是为了满足DSP与其他的微处理器接口而专门设计的。他分为HPI—8和HPI1—6，分别针对具有8位和16位数据线的单片机。每一种又分为标准型和增强型，区别在于标准型只可以访问固定的地址空间，而增强型可以访问整个DSP的片内存储器。利用C5402的增强型8位并行主机接口（HPI）与单片机通信。
利用双口RAM实现
CY7C026是CYPRESS公司生产的16k×16B高速双口静态RAM，存取速度小于25ns。他具有真正的双端口，可以同时进行数据存取，两个端口具有独立的控制信号线、地址线和数据线，另外通过主？从选择可以方便地扩存储容量和数据宽度。通过芯片的信号量标志器，左、右两端口可以实现芯片资源的共享。
由于DSP的数据是16位，而单片机的数据是8位，所以TMS320VC5402与双口RAM的接口并无特别之处，但是89C51与双口RAM之间的接口威廉希尔官方网站 中就需要对89C51进行总线扩展了。具体做法是利用锁存器74HC373的锁存功能，通过对其使能信号的控制，进行分时读写，实现数据总线的扩展，即利用锁存器作为虚拟总线。DSP，单片机与双口RAM之间的接口威廉希尔官方网站 如图1所示。
图1 通过双口RAM实现的接口威廉希尔官方网站
双口RAM必须采用一定的机制来协调左右两边CPU对他的读写操作，否则会出现读写数据的错误。通常可以用中断、硬件、令牌和软件这4种方式来协调双方。在接口威廉希尔官方网站 中利用89C51的最低地址位A0把双口RAM的存储空间分为奇、偶地址两个空间。其中，奇地址空间专供89C51写，偶地址空间专供89C51读。那么只需对VC5402的软件做相应处理即可，即VC5402对双口RAM的奇地址空间只读，对偶地址空间只写。这样就避免了DSP和单片机对双口RAM同一地址单元的写入操作。另外，在对双口RAM进行访问之前，单片机和DSP首先对本端的BUSY信号进行查询，只有本端/BUSY信号无效时才进行读写操作，进一步保证了数据读写的可靠性。
通过串口实现
VC5402多通道缓冲串行口（McBSP）主要特点：双缓冲区发送，三缓冲区接收以便数据的连续性；接收与发送的帧同步、时钟信号独立；多通道发送和接收，最多可以到达128个通道；数据大小可为8，12，16，20，24和32b;μ率和A率压缩；帧同步、数据时钟极性可编程；内部时钟和帧同步可自行设定。
VC5402串口通过16b宽度的控制寄存器与内部总线通信。
数据接收过程：数据从输入引脚（DR）移位到接收移位寄存器（RSR），然后拷贝数据到接收缓冲寄存器（RBR），接着把数据拷贝到数据接收寄存器（DRR），CPU或者DMA控制器读取DRR。
数据输出过程：CPU或者DMA把数据写到数据传输寄存器（DXR），再通过寄存器（XSR）移位到数据输出引脚DX6。
对串口寄存器的访问是间接寻址方式，例如要对McBSP数据寄存器进行访问，首先写串口控制寄存器SPCR子地址到子地址寄存器SPSA，然后对数据寄存器进行访问。硬件连接如图2所示。
图2 通过McBSP实现的硬件连接
McBSP的位时钟由内部采样率发生器产生，为UART波特率×16。
在软件的设计中McBSP的16位代表UART的1位。发送时，软件将UART的每一位扩展为16位，再由McBSP发送。接收时，软件将McBSP接收的16位压缩为UART的1位，并进行合并。软件还应负责处理UART的起始位、奇偶校验位和停止位。
通过HPI和电平转换器件实现
DSP芯片中的HPI（主机接口）是为了满足DSP与其他的微处理器接口而专门设计的。他分为HPI—8和HPI1—6，分别针对具有8位和16位数据线的单片机。每一种又分为标准型和增强型，区别在于标准型只可以访问固定的地址空间，而增强型可以访问整个DSP的片内存储器。利用C5402的增强型8位并行主机接口（HPI）与单片机通信。
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