一、DSP的串行接口技術

DSP是一種獨特的微處理器，是以數字信號來處理大量信息的器件。其工作原理是接收模擬信號，轉換為(wei) 0或1的數字信號。再對數字信號進行修改、刪除、強化，並在其他係統芯片中把數字數據解譯回模擬數據或實際環境格式。它不僅(jin) 具有可編程性，而且其實時運行速度可達每秒數以千萬(wan) 條複雜指令程序，遠遠超過通用微處理器，是數字化電子世界中日益重要的電腦芯片。它的強大數據處理能力和高運行速度，是最值得稱道的兩(liang) 大特色。

如今，嵌入式係統正迅速向低功耗、低成本、小體(ti) 積、高性能、高速率方向發展。隨著串行接口技術的不斷成熟，逐步達到了以上設計要求，成為(wei) 重要的接口方案。尤其在數字信號處理器方麵，串行口的重要性體(ti) 現得更加突出，幾乎所有的數字信號處理器都提供了一個(ge) 或多個(ge) 串行接口，並且隨著數字信號處理器的更新換代，其相應的串行接口，在功能上不斷強化，性能上不斷提升。

與(yu) 並行接口相比，串行接口的最大優(you) 點就是減少了DSP的引腳數目，降低了接口設計的複雜性。通常，串行接口提供全雙工同步操作，輸入和輸出數據以位為(wei) 單位的串行方式進行處理。目前，世界各主要半導體(ti) 製造商提交了許多不同的串行協議，其中一些已經成為(wei) 工業(ye) 標準。典型的串行協議包括：MOTOROLA（Austin,TX）的串行外圍設備接口SPI和隊列SPI（QSPI）、PHILIPS（Sunnyvale，CA）、National Semiconductor的微總線（microwire）。

圖1是典型的SPI協議。SPI協議采用主從(cong) 設置，相互連接的設備中一個(ge) 作為(wei) 主設備，其他的設備作為(wei) 從(cong) 設備。接口連線主要包括以下4條信號線：

（1）串行數據輸入信號線，即MISO（Master InSlave Out）；

（2）串行數據輸出信號線，即MOSI（Master Out-Slave In）；

（3）移位時鍾信號線，即SCK；

（4）從(cong) 設備片選信號線，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(chan) 的第二代低功耗TMS320C5000係列定點數字信號處理器，提供了3個(ge) 高速、全雙工、多通道緩存串行口McBSP，每個(ge) 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之上對功能進行擴展，因此，具有與(yu) 標準串行接口相同的基本功能：

（1）全雙工通信；

（2）擁有兩(liang) 級緩衝(chong) 發送和三級緩衝(chong) 接收數據寄存器，允許連續數據流傳(chuan) 輸；

（3）為(wei) 數據發送和接收提供獨立的幀同步脈衝(chong) 和時鍾信號；

（4）能夠與(yu) 工業(ye) 標準的解碼器、模擬接口芯片（AICs）和其他串行A/D和D/A設備直接連接；

（5）支持外部移位時鍾或內(nei) 部頻率可編程移位時鍾。

此外，McBSP還具有以下特殊功能：

（1）可以與(yu) IOM-2、SPI、AC97等兼容設備直接連接；

（2）支持多通道發送和接收，每個(ge) 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數據壓縮擴展；

（5）進行8位數據傳(chuan) 輸時，可以選擇LSB或MSB為(wei) 起始位；

（6）幀同步脈衝(chong) 和時鍾信號的極性可編程；

（7）內(nei) 部時鍾和幀同步脈衝(chong) 的產(chan) 生可編程，具有相當大的靈活性。

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(ge) 寄存器與(yu) 之相關(guan) ，除RBR[1,2]、RSR[1,2]、XSR[1,2]之外，其中15個(ge) 寄存器是可尋址寄存器。由於(yu) 數據頁0的存儲(chu) 空間限製，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，隻要把相應的子地址寫(xie) 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

假如要對McBSP1的發送控製寄存器2（XCR2_1）進行設置。首先，將子地址0x0005寫(xie) 入子地址寄存器（SPSA_1），與(yu) 此同時，存儲(chu) 單元0x0049就映射為(wei) 發送控製寄存器2（XCR2_1）。然後，對存儲(chu) 單元0x0049的讀寫(xie) 操作，就相當於(yu) 對發送控製寄存器2（XCR2_1）進行操作。

例：設置McBSP1的發送控製寄存器2（XCR2_1）。

3.McBST的SPI接口設計

McBSP的時鍾停止模式與(yu) SPI協議兼容。當設置McBSP為(wei) 主設備時，發送端輸出信號（BDX）就作為(wei) SPI協議的MOSI信號，接收端輸入信號（BDR）就作為(wei) SPI協議的MISO信號。發送幀同步脈衝(chong) 信號（BFSX）作為(wei) 從(cong) 設備片選信號（SS），而發送時鍾信號（BCLKX）就與(yu) SPI協議的串行時鍾信號（SCK）相對應。由於(yu) 接收時鍾信號（BCLKR）和接收幀同步脈衝(chong) 信號（BFSR）與(yu) 發送端的相應部分在內(nei) 部相互連接，因此這些信號不用於(yu) 時鍾停止模式。McBSP設置為(wei) 主設備時，SPI協議連接如圖2所示。

三、McBSP接口舉(ju) 例

1.高精度數模轉換器MAX541

MAX541是16位串行輸入、電壓輸出數模轉換器，+5V單電源供電。DAC輸出非緩衝(chong) ，因此隻有0.3mA的低供電電流和1LSB的低漂移誤差。DAC輸出範圍為(wei) 0V至VREF。MAX541采用3線串行接口，兼容於(yu) SPITM/QSPITM/MICROWIRETM等串行通信協議。MAX541最高可以獲得500×10 3采樣點/秒的通過率，滿足大多數應用的要求。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

2.McBSP與(yu) MAX541的接口電路

TMS320VC5410與(yu) MAX541的接口電路如圖3所示。

為(wei) 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(wei) 了消除高頻和低頻幹擾，必須在REF引腳與(yu) 模擬地之間接入退耦電容。由於(yu) AX541的數字輸入DIN與(yu) TTL/CMOS邏輯電平兼容，因此，可以與(yu) TMS320VC5410的串行輸出BDX直接連接。此外，必須嚴(yan) 格隔離模擬地AGND和數字地DGND,最後在MAX541的AGND引腳上將模擬地和數字地連接在國起，構成星形的地線係統。在MAX541的輸出端接入電壓跟隨型運算放大器MAX495。表3是數字輸入代碼與(yu) 模擬輸出電壓之間的對應關(guan) 係。#p#分頁標題#e#

表3 MAX541單極性接口

DSP的發送幀同步脈衝(chong) 信號（BFSX）作為(wei) MAX541的片選信號（CS），而發送時鍾信號（BCLKX）作為(wei) MAX541的串行時鍾輸入。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由高電平轉變為(wei) 低電平的同時，串行數據按照從(cong) 最高有效位到最低有效位的順序，在串行時鍾的每個(ge) 上升沿逐位移入片內(nei) 的輸入寄存器。

3.軟件設計

下麵通過產(chan) 生國個(ge) 鋸齒波的例子來說明TMS320VC5410與(yu) MAX541之間的軟件設計。

當McBSP作為(wei) SPI通信的主設備，由它為(wei) 從(cong) 設備提供時鍾信號，並控製數據的傳(chuan) 輸過程。CLKX引腳上的時鍾信號必須在數據包傳(chuan) 輸期間使能，當沒有數據包傳(chuan) 輸時，時鍾信號根據所采用的極性保持高電平或者低電平。通常，通過McBSP的采樣率發生器產(chan) 生10MHz時鍾信號，由BCLKX引腳輸出，作為(wei) MAX541的串行時鍾輸入信號。McBSP利用BFSX引腳為(wei) MAX541提供片選信號，因此必須正確設置幀脈衝(chong) 發生器，使之在每個(ge) 數據包傳(chuan) 輸期間產(chan) 生幀同步脈衝(chong) ，即在數據包傳(chuan) 輸的第一位轉變為(wei) 有效狀態（在本例中為(wei) 低電平有效，取決(jue) 於(yu) MAX541的片選信號CS），然後維持有效狀態直到數據包發送完畢。此外，根據SPI傳(chuan) 輸協議，必須正確設置數據發送延遲時間（XDATDLY=01b），由圖4可知，在幀同步脈衝(chong) 有效之後，大約延遲了一個(ge) 時鍾周期才進行串行數據的發送。根據圖4所示的時序圖，為(wei) McBSP選擇一種合適的時鍾方案，即設置McBSP的時鍾停止模式。在本例中采用時鍾停止模式3（CLKSTP=10b、CLKXP=1），其時鍾方案如圖5所示。

表4列出了一些與(yu) SPI設置相關(guan) 的寄存器位。

表4 與(yu) SPI設置相關(guan) 的些寄存器位

4.程序清單

程序首次初始化TMS320VC5410，使數據頁指針（DP）為(wei) 0，並且禁止中斷。TMS320VC5410外接10Hz的時鍾頻率發生器，通過鎖相環電路倍頻至100MHz。接著初始化TMS320VC5410的多通道緩存串行口McBSP。最後，響應XRDY中斷發送數據。

結束語

本文介紹了TMS320VC5410的多通道緩存串行口（McBSP）的功能特點，並結合實例子著重討論了如何利用SPI接口協議實現McBSP與(yu) 其他串行器件之間相互通信。