TMS320F240型DSP的SPI口的扩展

1 引 言

dsp芯片，也称数字信号处理器，是一种特殊结构的微处理器。dsp芯片内部采用程序和数据分开的哈佛结构，具有专门的硬件乘法器，广泛采用流水线操作，提供特殊的dsp指令，可以用来快速实现各种数字信号处理算法。因此，dsp在计算密集的实时控制领域得到了日益广泛的应用。tms320f240是目前应用比较广泛的一款定点dsp，它具有20mips的指令执行速度，强大的内部事件管理器、i／o端口和其他外围设备。其中，串行外设接口（spi）是一个高速同步串行输入／输出（i／o）端口，它允许一个具有可编程长度（1到8位）的串行位流，以可编程的位传送速率从设备移入或移出。spi通常用于dsp控制器和外部设备或其它控制器间的通讯。典型的应用包括通过eeprom、移位寄存器、显示驱动器和模数转换器（adc）等设备进行外设扩展。

对于某一控制任务需要多个dsp协同完成时，dsp之间的数据交换将会很频繁，此时，我们就可以通过spi口进行dsp之间的高速数据交换，实现相互间的功能扩展。这种模式的dsp之间的通讯，较通过串行通讯接口（sci）进行通讯时，速率提高近一倍，而且它还可以通过控制寄存器的talk位实现多个dsp之间的数据交换。当系统需要预先从eeprom读出定值时，也可以通过tms320f240的spi口进行外设扩展。

2　dsp之间的扩展

在多个dsp构成的串行通讯网络中，dsp分为主模式dsp和从模式dsp。主模式dsp的数据在spisimo引脚上输出并从spisomi上锁存，从模式dsp的数据在spisomi引脚上输出并从spisimo上锁存。主模式spi为整个网络提供串行时钟spiclk，并通过写入spidat寄存器的数据启动spiclk信号从而启动数据传送，当预先设定的1到8位串行位流传送完毕后，spiclk信号中止，传送结束。对于从控制器和主控制器，数据在spiclk的一个沿从移位寄存器移出，在负跳沿锁存到移位寄存器。可以通过spi的两个时钟模式位选择四种不同的时钟模式，使得两个控制器的发送和接收同时进行，由软件决定数据是有意义的还是哑数据。当清除从设备控制寄存器的talk位时，数据发送被禁止并且输出线（spisomi）处于高阻态。这种情况下允许许多从设备在网络上连在一起，但每次只有一个从设备被允许讲。图1是spi用于两个控制器（一个主控制器和一个从控制器）之间通讯的典型连接方式。

splk＃0h，spipri
；设置spi中断为高优先级
splk＃07h，spiccr
；上升沿发送，有时延，字符长度为8
　　在程序初始化控制寄存器后，就可以按设定值进行dsp之间的发送和接收，下面是主模式和从模式的spi子程序代码。

为了节省中断资源，spi一般采用查询方式进行数据收发。

3　扩展eeprom

在开发dsp系统时，某些情况下会读取或者存储一些定值，这时我们就需要通过spi接口扩展eeprom。具有spi接口的串行eeprom均可被tms320f240直接逻辑扩展，方便易行。

x5043是xicor公司的最高时钟速率为3．3mhz的4kbits串行eeprom，它与tms320f240型dsp的连接如图2所示。

其软件设置如下：

设置各控制寄存器：

tms320f240的spi接口有可选择的四种不同的时钟模式，如何选择时钟模式是它与各种扩展spi接口器件实现时钟同步的关键。x5043的数据在时钟下降沿从so引脚上输出并在时钟上升沿从si引脚上锁存。读操作时，在其从si引脚输入的最低位地址所对应的时钟下降沿，其so引脚开始输出数据。因此，作为主器件的dsp就选择‘下降沿、无时延’的时钟模式。在这种模式下，无操作时钟时，dsp的spiclk引脚位高，当该引脚由高变低时，启动发送。

写子程序如下：

由于x5043是一个半双工器件，故，在write子程序中从spibuf中读出来的数据是无效的，同时，在read子程序中写向spidat的数据也是无效的，只起启动发送时钟的作用。这一点不同于spi，spi之间的发送和接收是全双工的，可以同时进行。

4　spi扩展在功角测量系统中的应用

发电机功角是电力系统运行的关键状态量，是电力系统能否稳定运行的重要标志。功角测量系统就是将机端电压整型后的方波信号前沿，减去代替空载电势的转子位置脉冲信号前沿，以获得负载时的上述两种信号的相位差值，再用空载时两种信号的相位差减去负载时两种信号的相位差，即得发电机的功角值。该系统具有很强的现实意义，其原理图如图3所示。

上述系统中，空载相位差是定值，一旦装置安装完毕，其值不变。而在实际的电力系统中，转子的极对数比较多，这些空载相位差值就需要存在相应的eeprom里，以便读取。所以，该系统就通过主芯片的spi口进行串行eeprom的扩展。在系统上电时，dsp将初始的相位差值从eeprom导入内存，进行相应的计算后通过isa总线将所得的功角值送入主控器。这里的eeprom仍然采用的是x5043，其具体操作在上面第3节中已作过详细的说明。

5　结束语

本文介绍了tms320f240型定点dsp的spi接口的功能扩展，其一般方法同样适用于其它具有spi接口的dsp。多个dsp通过spi口的相互扩展可实现dsp之间的高速数据交换，通过spi口扩展eeprom可实现dsp对定值的存取。某些其它的串行设备，比如高精度的串行a／d，串行数字电位器等，也可通过类似方法进行扩展。通过这些扩展可以使dsp的功能变得更加强大，同时，深入了解这些扩展方法对于开发dsp控制装置有着重要的意义。