MCU與DSP的SPI通信設計

引言

現(xiàn)今的工控系統(tǒng)中，為了提高系統(tǒng)的實時性和適用性，一般采用DSP來完成核心算法與控制，而使用MCU來實現(xiàn)人機對話，以實現(xiàn)實時控制功能。這樣，DSP和MCU需要一種高效的數(shù)據(jù)總線來完成它們之間的大量數(shù)據(jù)傳送。SPI總線由于占用的接口線少，通信效率高，并且大部分處理器芯片都支持，因而是一種理想的設計方案。

針對交流伺服系統(tǒng)實際使用的要求，采用TI公司的高性能DSP控制器TMS320LF2407A（簡稱“2407A”）作為控制核心；選用TI公司生產(chǎn)的MSP430系列單片機中的MSP430F149作為人機界面的控制芯片，來實現(xiàn)按鍵和數(shù)據(jù)采集以及顯示的功能；采用SPI串口通信實現(xiàn)單片機與DSP之間的數(shù)據(jù)傳輸。

1　系統(tǒng)硬件的構成

1.1　MSP430

MSP430系列單片機是TI公司近幾年開發(fā)的新一代單片機。該單片機在設計上打破常規(guī)采用了全新的概念,其突出的優(yōu)點是低電源電壓、超低功耗、多種功能。由于其功能遠遠超過其他系列單片機的功能，因而又稱為“混合型單片機”。MSP430具有非常高的集成度,單片集成了多通道的12位A/D轉(zhuǎn)換、片內(nèi)精密比較器、多個具有PWM功能的定時器、片內(nèi)USART、看門狗定時器、片內(nèi)數(shù)控振蕩器、大量的I/O端口以及大容量的片內(nèi)存儲器。同時，MSP430F149是Flash存儲器型單片機，具有良好的仿真開發(fā)技術，設置有JTAG仿真接口和高級語言編譯器。在系統(tǒng)支持軟件下，在線實現(xiàn)對目標系統(tǒng)的硬件調(diào)試及軟件開發(fā)，包括匯編語言、C語言、連接及動態(tài)調(diào)試，具有單步、多斷點和跟蹤，并且開放全部存儲器、寄存器，可以方便、可靠地對系統(tǒng)進行軟硬件開發(fā)[12]。

基于以上特點,該系列單片機在便攜式儀表、智能傳感器、實用檢測儀器、電機控制、家庭自動化等領域的應用較為普遍。

1.2　TMS320LF2407A

2407A是TI公司為滿足工業(yè)控制應用，尤其是電機控制而設計的。把一個高性能的 DSP核和許多外圍設備集成到單片內(nèi)。2407A的40 MIPS的處理速度可以滿足快速地處理大量數(shù)據(jù)和算法的需要。

2407A具有豐富的外設模塊： 3K字的Flash程序存儲器、1.5K字的數(shù)據(jù)/程序RAM、544字雙口RAM(DARAM)和2K字的單口RAM(SARAM)、2個事件管理器EVA和EVB、16通道輸入的A/D轉(zhuǎn)換器，具有看門狗定時器模塊(WDT)、串行通信接口(SCI)、16位的串行外設接口模塊(SPI)、控制器局域網(wǎng)絡(CAN)2.0B模塊、基于鎖相環(huán)的時鐘發(fā)生器、高達40個可單獨編程或復用的通用輸入/輸出引腳、5個外部中斷。由此可以看出，2407A確實有著很強的實時處理能力，不失為高性能伺服驅(qū)動控制的理想器件之一[3]。

1.3　硬件接口設計與SPI通信的實現(xiàn)

SPI通信設備在硬件連接上只需要將主機的發(fā)送與從機的接收相連，將主機的接收與從機的發(fā)送相連，將主機產(chǎn)生的時鐘信號輸出至從機的時鐘引腳上。單片機與外設的硬件連接如圖1所示。

圖1　MSP430F149與DSP的接口連接電路

單片機MSP430F149作為串行通信的主機， DSP 2407A則作為從機(slave)。其中，SPICLK為SPI時鐘引腳， SPISIMO為SPI從動輸入/主動輸出，SPISOMI為從動輸出/主動輸入，SPISTE為從動發(fā)送使能。

從圖1可以看出，SPI通過一根時鐘引線將主機和從機同步，因此，它的串行數(shù)據(jù)交換不需要增加起始位、停止位等用于同步的格式位，直接將要傳送的數(shù)據(jù)寫入主機的SPI發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器。這個寫入過程自動啟動主機的發(fā)送過程，即在同步時鐘SPICLK的節(jié)拍下把SPITXBUF的內(nèi)容一位一位地移到引腳SPISIMO；對于從機，同樣在SPICLK的節(jié)拍下將出現(xiàn)在引腳SPISIMO上的數(shù)據(jù)一位一位地移到從機的移位寄存器，當接收完一個完整的數(shù)據(jù)塊后，設置中斷標志通知從機這個數(shù)據(jù)塊已接收完畢，并同時將移位寄存器接收到的內(nèi)容復制到從機的SPI接收數(shù)據(jù)寄存器SPIRXBUF。可以看出，用戶編程只需在發(fā)送數(shù)據(jù)時寫數(shù)據(jù)到SPI發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器，在接收數(shù)據(jù)時讀SPI接收數(shù)據(jù)寄存器，其余的工作都由SPI模塊自動完成[4]。