TMS320VC5402串行通信接口设计

　　近年来，ＤＳＰ在电子、通信和控制领域得到了非常广泛的应用，在ＤＳＰ应用系统设计中与上、下位机的通信必不可少。目前几乎所有的ＤＳＰ都提供一个或多个串口，然而，多数ＤＳＰ芯片提供的是同步串口，在实际的应用中，ＤＳＰ要能够与外设进行异步串行通信，如与ＰＣ机进行串行数据传输就要求ＤＳＰ系统具ＵＡＲＴ串行接口。另外，由于单片机控制灵活方便、便于键盘及显示的扩展，使得其与ＤＳＰ结合的更加紧密。针对这种情况，本文研究并实现了ＤＳＰ与ＰＣ机及单片机通信接口的扩展。

　　１　ＳＰＩ接口协议

　　串行外围设备接口（ＳＰＩ）是ＭＯＴＯＲＯＬＡ公司提出的一个同步串行外设接口，以主从方式工作，允许ＣＰＵ　与各种外围接口器件以串行方式进行通信、交换信息。接口包括４条线：串行时钟线（ＳＣＫ）、主机输入／从机输出线（ＭＩｓＯ）、主机输出／从机输入线（ＭＯＳＩ）、低电平有效的使能信号线（／ＳＳ）。这样，仅需３～４根数据线和控制线即可扩展具有ＳＰＩ接口的各种Ｉ／Ｏ器件。

　　２　ＴＭＳ３２０ＶＣ５４０２与ＰＣ机的异步串口通信

　　２．１　ＭｃＢＳＰ的功能与特点

　　ＴＭＳ３２０ＶＣ５４０２芯片具有２个高速、全双工、多通道缓冲串行接口（ＭｃＢＳＰ），其方便的数据流控制可使其与大多数同步串行外围设备接口。ＭｃＢＳＰ通过６个引脚（ＢＤＸ、ＢＤＲ、ＢＣＬＫＸ、ＢＣＬＫＲ、ＢＦＳＸ　和ＢＦＳＲ）与外设接口。

　　ＭｃＢＳＰ串口工作于时钟停止模式时与ＳＰＩ协议兼容。此时，发送器和接收器在内部得到同步，ＭｃＢＳＰ可作为ＳＰＩ的主设备或从设备。发送时钟信号（ＢＣＬＫＸ）对应于ＳＰＩ协议中的串行时钟信号（ＳＣＫ），发送帧同步信号对应于从设备使能信号（／ＣＳ）。在这种方式下对接收时钟信号（ＢＣＬＫＲ）和接收帧同步信号（ＢＦＳＲ）不进行连接，因为它们在内部分别与ＢＣＬＫＸ和ＢＦＳＸ相连。ＭｃＢＳＰ工作于ＳＰＩ模式的主机时，与ＳＰＩ从设备接口如图１所示。

　　图１　ＭｃＢＳＰ作为ＳＰＩ的主设备

　　２．２　ＭＡＸ３１１１通用异步收发器

　　ＭＡＸ３１１１通用异步收发器是ＭＡＸＩＭ　公司为微处理系统设计的通用异步收发器ＵＡＲＴ，包括振荡器、可编程波特率发生器、可屏蔽的中断源、８字节的接收ＦＩＦＯ缓冲器和两个ＲＳ２３２电平转换器。它应用ＳＰＩ接口技术直接与主控制器进行通信，通信速率可达２３０　Ｋｂ／ｓ，无需再接入普通的ＭＡＸ２３２进行电平转换，即可应用一个芯片实现微控器与ＰＣ机或其它设备之间的异步数据传输。

　　２．３　ＤＳＰ与ＭＡＸ３１１１的接口设计

　　由于ＭＡＸ３１１１是３．３　Ｖ器件，ＤＳＰ的ＭｃＢＳＰ串行接口工作于ＳＰＩ模式时可直接与ＭＡＸ３１１１连接，实现与ＲＳ２３２设备异步数据传输。此时ＤＳＰ作为ＳＰＩ协议中的主设备，发送时钟信号（ＢＣＬＫＸ）作为ＭＡＸ３１１１的串行时钟输入，发送帧同步脉冲信号（ＢＦＳＸ）作为ＭＡＸ３１１１的片选信号（／ＣＳ）。ＢＤＸ与ＤＩＮ　连接作为发送数据线，ＢＤＲ与ＤＯＵＴ　连接作为接收数据线。ＭＡＸ３１１１的ＴＸ　与ＴＩＩＮ连接，ＲＸ与Ｒ１ＯＵＴ连接，以便利用其片内的转换

　　器实现ＵＡＲＴ到ＲＳ２３２电平的转换。ＭＡＸ３１１１的中断信号（ＩＲＱ）与ＤＳＰ的外部中断ＩＮＴＯ相连，其接口电路如图２所示。这样硬件上无需任何其它外围器件，由于异步数据的发送和接收由ＭＡＸ３１１１以硬件方案实现，所以软件编程只需考虑ＤＳＰ与ＭＡＸ３１１１之间的同步数据通信。

　　图２　ＤＳＰ与ＭＡＸ３１１１的接口电路

　　在ＳＰＩ串行协议中，主设备提供时钟信号并控制数据传输过程，必须对ＭｃＢＳＰ初始化并设定适当的工作方式才能保证与ＭＡＸ３１１１的时序相配合，设计中采用ＭｃＢＳＰ的时钟停止模式２（ＣＬＫＳＴＰ＝１１　ｂ，ＣＬＫＸＰ＝０）　。

　　３　ＴＭＳ３２０ＶＣ５４０２与ＡＴ８９Ｓ５１单片机的串口通信

　　ＤＳＰ主机接口ＨＰＩ具有强大功能的智能外设，主要用于ＤＳＰ与其它总线或ＣＰＵ进行连接。ＤＳＰ与单片机的接口通常采用ＨＰＩ来实现，但要外加电平转换，硬件电路较复杂。这里采用Ｃ５４０２通过ＳＰＩ总线与ＡＴ８９Ｓ５１单片机进行数据通信，但由于后者不带ＳＰＩ总线接口，故采用软件模拟ＳＰＩ串行时钟及输入、输出数据。

　　图３　ＤＳＰ与８９Ｓ５ｌ单片机的接口电路

　　ＤＳＰ与ＡＴ８９Ｓ５１单片机的接口如图３所示。ＤＳＰ通过ＭＯＳＩ引脚将要传送的数据写到主机的发送数据寄存器ＤＸＲ，启动发送过程，在同步时钟ＢＣＬＫＸ的控制下将待发的数据从高位到低位逐位送到单片机接收引脚ＲＸＤ，当ＲＸＤ接受移位完毕时产生中断，通知主机数据发送完毕。值得注意的是，单片机接收数据时是低位在前，高位在后。对于从机而言，在同步时钟的节拍下将从机移位寄存器ＳＢＵＦ中的数据逐位经ＭＩＳＯ移到主机的接收数据寄存器ＲＳＲ，再拷贝这些数据到接收缓冲寄存器ＲＢＲ中，最后再送到ＤＲＲ，当一个完整的数据块接收完后置中断标志，通知从机数据接收完毕。

　　４　结论

　　本文介绍了利用ＴＭＳ３２０ＶＣ５４０２的２个ＭｃＢＳＰ扩展与ＰＣ机和５１系列单片机的通信，硬件设计简单可靠，实用性强，软件上仅需对ＭｃＢＳＰ进行设置和编程，实现起来非常容易。在足球机器人模型识别与控制过程中完成了ＰＣ机、ＤＳＰ和单片机的实时通信，效果良好。