TI 54xxDSP與51單片機的接口技術(shù)

    摘要：TI的54xxDSP是一種定點DSP系列芯片，產(chǎn)生應(yīng)用于各種信號處理系統(tǒng)，特別是語音信號處理系統(tǒng)。在這些系統(tǒng)中，通常由兩部分組成。一部分為DSP子系統(tǒng)，這是整個系統(tǒng)的核心，主要完成采樣、數(shù)字信號處理以及輸出等功能；另一部分為單片機子系統(tǒng)，進(jìn)行交互界面的控制，如鍵盤和顯示。兩個子系統(tǒng)不是各自孤立的，需要進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)交換。本文主要討論DSP和51單片機之間通過HPI接口進(jìn)行連接的設(shè)計方法，給出硬件連接以及軟件編程方法。

    關(guān)鍵詞：DSP HPI 單片機

TMS320C54xx是TI公司針對音頻信號處理領(lǐng)域推出的一種定點DSP系列芯片，已經(jīng)在很多語音信號處理系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。在這些系統(tǒng)中，通常包含DSP和單片機兩個子系統(tǒng)。DSP系統(tǒng)作為從設(shè)備，完成采樣、計算等功能；單片機系統(tǒng)作為主設(shè)備，完成交互界面的控制。主從設(shè)備之間也要以一定的方式接口，來進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。下面就介紹DSP和單片機之間的接口技術(shù)。

這里單片機選擇的是MCS-51系列。51系列是一種很經(jīng)典的單片機，20多年來一直久盛不衰。而且Intel通過授權(quán)51內(nèi)核，出現(xiàn)很多第三方生產(chǎn)的51系列產(chǎn)品。這些產(chǎn)品一般都具有較高的時鐘頻率和較大的存儲空間，而且還能運動嵌入式操作系統(tǒng)。這些都極大地提高了它的性能，擴大了它的應(yīng)用范圍。

DSP芯片中的HPI（主機接口）是為了滿足DSP與其它的微處理器接口而專門設(shè)計的。它分為HPI-8和HPI-16，分別針對具有8位和16位數(shù)據(jù)線的單片機。每一種又分為標(biāo)準(zhǔn)型和增強型。兩值得的區(qū)別在于標(biāo)準(zhǔn)型只可以訪問固定的地址空間，而增強型可以訪問整個DSP的片內(nèi)存儲器。這里以增強型的HPI8為例為說明。

1 硬件設(shè)計

1.1 時序匹配

HPI8總共有18根信號線。其中數(shù)據(jù)線8根（HD0～HD7）,其余10根都是控制線，如表1所列。（詳細(xì)情況查看參考文獻(xiàn)[1]。）

表1 HPI接口信號及功能

①HAS：在數(shù)據(jù)線和地址復(fù)用的MCU中，與ALE信號連接，在下降沿鎖存HBIL、HCNTL0/1、HR/W，因數(shù)這些信號通常與地址線連接。如果MCU的數(shù)據(jù)線和地址線沒有復(fù)用，則應(yīng)該接高電平。

②HDS1、HDS2：數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r序控制。時序見圖1，即下降沿傳輸開始，上升沿傳輸結(jié)束。另外如果不使用HAS（即接高電平），也可以配合HCS對HBIL、HCNTL0/1、HR/W進(jìn)行鎖存。

③HCNTL0/：選擇HPI內(nèi)部寄存器，如表2所列。

表2 HPI內(nèi)部寄存器的選擇方式

1．2 電平匹配

54xxDSP的外部I/P引腳用的是3.3V的邏輯電平，而大部分51鄭易里片機用的是5V的邏輯電平。前者輸出高電平，最小值為2.4V；后者輸入高電平，最小值為2.0V。所以前者的輸出可以直接接到才者的輸入。但是前者允許輸入高電平最大值為3.6V，而后者的輸出高電平一般都在4.6V以上。所以前者的輸入和后者的輸出不能直接連接，需要做電平轉(zhuǎn)換。如果引腳數(shù)量少，可以直接用三極管電阻來轉(zhuǎn)換。這里由于引腳較多，所以選用TI74LVC16245A芯片來進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。

圖1

    74LVC16245A是TI公司的一種16位雙向總線收發(fā)器。它可以接收高達(dá)5.5V的高電平，而輸出的高電平可以達(dá)到3.3V左右，內(nèi)部包括16路如圖2所示的結(jié)構(gòu)單元。

圖2中G為使能端，低電平有效；DIR為方向控制端，高電平A→B，低電平B→A。另外要注意，74LVC 16245A的操作電壓引腳VCC應(yīng)該接3.3V。

整個硬件連接如圖3所示。

2 軟件設(shè)計

HPI的數(shù)據(jù)傳輸分為兩部分：外部傳輸和內(nèi)部傳輸。外部傳輸是指主機和HPI寄存器之間的傳輸，由主機發(fā)出指令完成。內(nèi)部傳輸是指HPI寄存器和DSP內(nèi)部RAM之間的傳輸，由DSP內(nèi)部的DMA控制器自動完成。主機在進(jìn)行外部傳輸時，要先檢查內(nèi)部傳輸是否完成，這是通過檢測HRDY信號實現(xiàn)的。外部傳輸操作的一般步驟是：

*檢查HRDY信號的電平。為高，表示可以進(jìn)行傳輸；為低，表示DSP正在進(jìn)行內(nèi)部傳輸，此時不能進(jìn)行外部傳輸。

*主機發(fā)出指令，設(shè)置HCNTL0、HCNTL1、BHIL、HR/W信號的狀態(tài)，以確定讀或?qū)懙募拇嫫饕约白止?jié)的選擇。

*主機發(fā)出時序控制信號，按照圖1所示的時序進(jìn)行操作，從而完成一次外部傳輸。

編程時還要注意以下問題。

①由于DSP的數(shù)據(jù)是16位，而單片機的數(shù)據(jù)是8位，所以單片機要分兩次將數(shù)據(jù)傳給DSP，即將16位的數(shù)據(jù)分成兩個字節(jié)來傳輸。這時，可以通過控制HPI口的HBIL信號來指定此次傳輸?shù)氖堑?個還是第2個字節(jié)。另外，還要通過HPI的控制寄存器（HPIC）中的BOB位來指定第1個字節(jié)作為高8位還是低8位，所以主機在訪問HPI1時，應(yīng)首先對HPIC進(jìn)行初始化，并注意對BOB位的設(shè)置。HPIC的各位設(shè)置如下：

②主機對地址寄存器（HPIA）的寫操作會初始化一次內(nèi)部傳輸。當(dāng)主機通過兩次對HPIA的寫操作后，HPIA就得到了主機要訪問的地址。這時內(nèi)部的DMA控制器就會根據(jù)這個地址將相應(yīng)單元的內(nèi)容讀到HPI內(nèi)部的數(shù)據(jù)鎖存器中，再對HPID進(jìn)行兩次讀操作就可以將數(shù)據(jù)讀出。如果將HPIA設(shè)置成自動遞增模式，就會在數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r完成HPIA加1，于是又啟動了一次內(nèi)部傳輸。這樣有利于數(shù)據(jù)的連續(xù)轉(zhuǎn)移。

③注意設(shè)置HPIC中的XHPIA位。XHPIA=1時，表示對DSP的7位擴展地址進(jìn)行操作；XHPIA=0時，表示對DSP的低16位地址進(jìn)行操作。由于DSP復(fù)位后，XHIPA的狀態(tài)是不確定的，所以必須首先對HXPIA進(jìn)行設(shè)置。

④主機和DSP可以互相中斷。主機通過向HPIC中的位DSPINT寫入1來中斷DSP。該痊總是被讀出為0，而且DSP對該位的寫操作是無用的。而DSP要中斷主機時，向HPIC中的位HINT寫入1，這時HPI的接口引腳HINT被置低，從而使主機產(chǎn)生中斷。該位總是讀出為1，主機可以對該位寫1來清除中斷，這時HINT引腳就恢復(fù)高電平。

下面給出一段程序?qū)嵗簡纹瑱C將DSP內(nèi)部RAM1000H單元的內(nèi)容讀出。硬件按照圖1所示連接。

；設(shè)置HPIC，XHPIA=1

SETB P1.1

MOV DPTR,#0000H

MOV A,#18H

MOVX @DPTR,A

MOV DPTR,#0004H

MOV A,#18H

MOVX @DPTR,A ；完成初始化

MOV DPTR，#0002H

MOV A，#00H

MOVX @DTPR,A

MOV DPTR,#0006H

MOV A,#00H

MOVX @DPTR,A ;置擴展地址為0

；設(shè)置HPIC，XHIPA=0

MOV DPTR，#0000H

MOV A，#08H

MOVX @DPTR,A

MOV DPTR,#0004H

MOV @DPTR,A

MOV DPTR,#0002H

MOV A,#10H

MOVX @DPTR,A ;寫地址高8位

MOV DPTR，#0006H

MOV A,#00H

MOVX @DPTR,A ;寫地址低8位

WAIT：JNB P1.0,WAIT ；判斷內(nèi)部傳輸是否完成

CLRB P1.1

MOV DPTR,#000BH

MOVX A,@DPTR ;讀高8位

MOV B，A

MOV DPTR，#000FH

MOVX A，@DPTR ；讀低8位

；讀操作完成

3 總結(jié)

當(dāng)然DSP與單片機之間還有許多其它的連接方式，例如利用雙口RAM，或者是通過串口，但是它們都占用DSP的處理時間，在要求苛刻的場合可能會影響到系統(tǒng)的實時性。而HPI接口是通過DSP片內(nèi)的DMA控制器來訪問片內(nèi)存儲器的，不需要DSP的干預(yù)?？梢哉f，HPI接口是DSP的一個“后門”，單片機通過這個“后門”可以訪問到DSP的片內(nèi)存儲器。只有當(dāng)HPI接口和DSP同時對同一地址進(jìn)行訪問時，由于HPI具有訪問優(yōu)先權(quán)，這時DSP的執(zhí)行會被延遲一個周期，而這種情況對系統(tǒng)實時性的影響是非常小的。

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