高速DSP串行外設接口設計

1 引言

DSP(數(shù)字信號處理)的優(yōu)勢除了處理復雜的運算，特別適用于數(shù)字濾波、語音、視頻、圖象處理、通信以及高速實時測控系統(tǒng)中已成為現(xiàn)代信息處理技術的重要器件，極大地促進了信號處理和測控各個領域的學術研究、產(chǎn)品開發(fā)及應用。TI公司TMS320LF2407是一種專用定點DSP芯片，與以往的產(chǎn)品相比．最大不同就是有豐富的外設．像SCI、SPI、EV等等．在處理數(shù)據(jù)優(yōu)勢上添加了事務管理能力。

其中串行外設接口(Serial Peripheral InteRFace)是Motorola公司提出的一種同步串行外圍接口協(xié)議．主要應用在EEPROM、FLASH、實時時鐘、AD轉換器．還有數(shù)字處理和數(shù)字解碼器之間。包括主/從2種模式，具有I/O資源占用少、協(xié)議實現(xiàn)簡單、傳輸速度快、能夠同時收發(fā)信息、支持絕大部分處理器芯片等優(yōu)點，是一種高速的全雙工、同步的通信總線，并且在芯片的管腳上只占用四根線，節(jié)約了芯片的管腳．同時為PCB的布局上節(jié)約了空間，提供了方便，正是出于這種簡單易用的特性，TMS320LF2407芯片也集成了這種通信協(xié)議。

2 SPI接口結構和設計原理

2．1 SPI接口結構

該SPI設計主要有兩大部分組成：微控制器接口和SPI控制接口。通過控制線、數(shù)據(jù)線、和地址線三大總線把微控制接口與SPI控制接口連接在一起，如果外部有更多的SPI接口模塊�？梢杂蒘PI控制接口運用軟件編程與設置，實現(xiàn)擴展具有SPI接口的外部設備。

TMS320LF2407中采用的主從控制器連接通信。主控制器通過輸出SPICLK信號來啟動數(shù)據(jù)傳送。對主控制器和從控制器．數(shù)據(jù)都是在SPICLK的一個邊沿移出移位寄存器，并在相對的另一個邊沿鎖存到移位寄存器。如果CLOCK PHASE位是1．數(shù)據(jù)的發(fā)送和傳輸就要在SPICLK跳變之前的半個周期發(fā)生。主控制器可以在任一時刻啟動數(shù)據(jù)發(fā)送．因為它控制著SPICLK信號。由軟件決定了主控制器如何檢測從控制器何時準備發(fā)送數(shù)據(jù)，以啟動SPI傳送數(shù)據(jù)。

圖1 SPI內部結構

2．2 SPI設計原理

SPI接口是同步串行總線的一種，在同步時鐘信號SCK下，能夠高速、可靠的傳送數(shù)據(jù)。它分為主從(MASTER/SLAVER)兩種傳輸模式。主模式下的發(fā)送總線即是從模式的接收總線：與之對應的是從模式下的發(fā)送總線即是主模式的接收總線。它們可以同時接收和發(fā)送數(shù)據(jù)．而且發(fā)送和接收操作可以通過中斷或者查詢方法來完成。

2．2．1工作時鐘

時鐘極性CPOL和時鐘相位CPHA控制著時鐘信號引腳上4中不同的時鐘方式。在設備被使能激活后．還未進行數(shù)據(jù)傳輸時或兩個字節(jié)數(shù)據(jù)間歇期間，SCK處于空閑電平，通過時鐘極性控制位可以選擇此空閑電平的電平時0還是1：時鐘相位控制位用來選擇數(shù)據(jù)接收端設備的采樣時刻。在該采樣時刻，線上數(shù)據(jù)必須同時滿足建立時間和保持時間兩個參數(shù)，因此數(shù)據(jù)發(fā)送端設備應提前將數(shù)據(jù)移出到數(shù)據(jù)線上。

4種不同的時鐘方式能根據(jù)外設需要，能夠提供相對應的傳輸協(xié)議來完成數(shù)據(jù)的傳輸工作。它們之間沒有優(yōu)先級．SPI線上的主從設備必須根據(jù)具體情況設置匹配的傳輸時序模式．時序只有匹配擻據(jù)傳輸才能正常進行。如果設置的不匹配．可能導致數(shù)據(jù)接收方和發(fā)送方在同一個時鐘沿作用．導致數(shù)據(jù)輸出失敗。

圖2是CPHA=0時的數(shù)據(jù)傳輸時序．它同時包含了CPOL=0和CPOL=1的情況，當CPOL=O時，要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)在時鐘信號沒有延時且上升沿出發(fā)送，在時鐘信號下降沿處接收數(shù)據(jù)。當CPOL=1時，同樣在沒有延時的情況下傳輸，不同的是下降沿發(fā)送數(shù)據(jù)，上升沿接收。圖3是CPHA=1時數(shù)據(jù)傳輸時序。與圖2相似，但采樣時刻延遲了半個周期。

圖2 CPHA="0是SPI總線數(shù)據(jù)傳輸時序"

圖3 CPHA="1時SPI總線數(shù)據(jù)傳輸時序

來源：維庫開發(fā)網(wǎng)