异种单片机共享片外存储器及其与微机通信方法

TMS320系列数字信号处理单片机(DSP)在测控、仪器仪表、图象处理、计算机视觉与声信号处理等领域得到了越来越广泛的应用。DSP获取原始采集数据和输出处理结果一般有两种途径：一是通过串行口，另一是通过数据总线读写片外存储器。本文介绍了基于DSP的信号处理目标板与基于单片机AT89C51的多路同步数据采集板通过共享片外随机存储器实现板间通信，来获取原始采集数据的方法，并给出了总线隔离硬件电路与软件控制流程。并介绍了把DSP的处理结果传送给基于MCS－51单片机或基于微机的控制系统的方法。文中还简要分析了AT89C51与微机进行串口通信的软硬件设计，通过扩展AT89C51间接实现了TMS320C32与单片机或微机之间的通信，比直接通过TMS320C32的串口与单片机或微机进行通信要简单可靠得多。下面如无特别说明，MCU指AT89C51，DSP指TMS320C32。

1 板间共享存储器的硬件接口电路和软件控制流程
1.1 信号处理板硬件接口电路
基于DSP的信号处理板可以根据应用要求运行许多信号处理算法，如信号预处理、目标识别与跟踪定位、Kalman滤波等。待处理的原始信号数据通过板间通信从数据采集板获得。这里采用板间共享存储器的方法来完成数据交换，DSP既可以从共享存储器读取采集数据，也可以把处理结果(如新的程控放大倍数值，跟踪定位结果等)写到共享存储器中供MCU读取。
TMS320C32有一个双向串行口，可以设置每帧同时收发8/16/24/32位数据，同步时钟可以由内部串口定时器产生或由外部输入。通过设置串口全局控制寄存器来控制串口的总体功能和工作模式；通过设置FSX/DX/CLKX端口控制寄存器和FSR/DR/CLKR端口控制寄存器来控制串口6个引脚的功能，可以软件设置每个引脚为通用的I/O引脚或串口通信引脚。TMS320C32有两根通用的I/O引脚为XF0和XF1，由于共享存储器接口电路需要4根控制线来进行DSP与MCU间的握手通信，这里把串口的2个引脚FSR0和FSX0设置为通用的I/O引脚用作控制线。接口电路原理图如图1所示。

图中RAM0～RAM3是四片容量为512K的8位高速RAM(芯片型号为CY7C1049－17VC)，组成32位数据宽度的存储器，DSP运行时的程序和数据都在这四片RAM中。FLASH(芯片型号为Am29F016)用于存储程序和初始化数据，即使掉电内容也不丢失，DSP上电时由自带的BOOT LOADER程序从FLASH中取出程序到四片RAM中运行。从共享存储器读取的采集数据也暂存到这四片RAM中。
1.2 数据采集板硬件接口电路
基于单片机AT89C51的数据采集板在单片机的全局控制下，通过对多路声传感器输出的微弱信号进行程控放大、低通滤波、同步采样保持、A/D变换，实时同步采集多路信号，并把采集到的信号数据存放在数据采集板上的128K共享存储器(芯片型号为CY7C109－12VC)中。
共享存储器及其总线隔离电路设计在数据采集板上。在某一时刻，共享存储器只能被某一方访问，否则会产生总线冲突。这里由MCU切换选通DSP总线或单片机总线，分时访问共享存储器。总线隔离芯片选用常见的双向总线隔离/驱动芯片74HC245，它有一个输出使能引脚(E)和一个数据传输方向(DIR)引脚，MCU通过控制这两个引脚来完成总线隔离与数据传输方向控制功能。接口电路原理图如图2所示。图中，MCU端的总线隔离由一片74HC373和两片74HC245完成，DSP端由三片74HC245完成数据总线和地址总线的隔离。由P1.2控制选通哪组总线，当P1.2为低电平时，共享存储器只能被MCU访问；当P1.2为高电平时，只有当P1.3也为高电平时(表示MCU同意让出共享存储器)，共享存储器才能被DSP访问。由于DSP需要读或写共享存储器，所以需要软件设置数据总线隔离芯片74HC245的数据传输方向，这里通过设置DSPDIR信号线的电平状态来完成(高电平时为读，低电平时为写)。由于地址总线的数据传输方向始终是单向的，所以其隔离芯片的DIR端可以固定接低电平或高电平，视74HC245的实际接线而定。