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数字信号处理器DSP与慢速外围设备接口的设计方

DSP是一种高机能的数字旌旗灯号处置惩罚器。因为其具有快速的谋略能力和强大年夜的信息处置惩罚能力,是以被广泛地利用到工业自动化、国防科研等领域中。与老例单片机比拟,DSP的内部布局和时序发生了很大年夜的变更。以是单片机适用的接口芯片,DSP并不必然适用。对付异常认识单片机电路的设计职员,在进行DSP电路设计时,应分外留意芯片的选型和时序的搭配。尤其在处置惩罚DSP与慢速设备或器件接口时,精确的时序搭配是至关紧张的。

为了适应较慢的外部存储器和输入/输出设备,DSP配备了软件可编程等待状态发生器,可以将外部总线周期扩展到数个机械周期。因为受硬件前提的限定,这种扩展平日也是有限的,如C54XX系列的DSP最多只能扩展到14个机械周期,C2XX系列的DSP最多只能扩展到7个机械周期。但在实际利用历程中,常常会碰到读写周期更慢的输入/输出设备,如液晶显示模块、打印机、键盘等。是以,仅经由过程软件编程节制内部状态等待发生器是不能实现输入/输出时序匹配的,必须进行外部硬件扩展设计。

在DSP与慢速外围设备接口设计历程中,平日采纳双CPU的措施,由DSP完成高速数据处置惩罚和谋略,用通俗单片机(如51系列单片机)实现系统的输入/输出功能。这种措施因为采纳两种布局不合的CPU,增添了系统的繁杂性,而且接口和调试难度加大年夜。本文将使用DSP的READY(外部设备筹备就绪)引脚,经由过程硬件扩展实现外部状态自动等待,从而使DSP与慢速输入/输出设备能直接连接以实现造访的时序匹配。这种措施接口轻易,硬件扩展电路并不繁杂,而且内、外等待状态结合起来应用,可孕育发生任何数目的等待状态,以致可以将外部硬件等待状态设计为受控要领,只在必要的时刻启动外部等待状态。这样,应用的时刻就会加倍机动。

1 DSP的I/O读写时序

现以TMS320F206 DSP芯片为例进行先容。其时钟频率设20MHz,它的外部读写时序如图1所示。

TMS320F206的读周期为一个时钟周期(5ns),写周期为两个时钟周期。读、写操作数据的维持光阴T1、T2只有几个纳秒。内部可编程等待状态发生器最多只能扩展到等待7个时钟周期,即350ns。使用内部状态等待,只能实现DSP与常用单片机的外围芯片的读写时序相匹配。

2 慢速设备的读写时序

现以MDL(S)16465字符液晶显示模块为例进行先容。其读写时序如图2和图3所示。

该液晶模块的读写周期Tcyc最小为1000ns。脉冲宽度Pw最小为450ns,读写操作数据维持光阴最小为10ns。假如采纳直接连接要领将TMS320F206与该液晶模块接口,纵然采纳最大年夜的状态等待数目,DSP的读写时序也不能满意该液晶模块的要求。为实现二者的时序匹配,本文将给出一种相宜的外部硬件等待扩展措施,以实现DSP与液晶模块的直接读写造访节制。

3 DSP的READY旌旗灯号

TMS320F206供给两种状态等待选项,一种是片内状态等待产品器,可以实现有限的可编程状态等待;另一种是READY旌旗灯号,使用它可进行硬件扩展,从片外孕育发生任何数目的状态等待。

DSP在进行外部读写操作时,假如READY引脚旌旗灯号为低电平,DSP将等待一个时钟周期后再次反省READY旌旗灯号。在READY引脚被驱动至高电平之前,法度榜样处于等待状态,将不会继承往下履行。假如不应用READY旌旗灯号,DSP在进行外部造访时代内,READY应始终维持高电平。

使用DSP的READY旌旗灯号和相关外部造访节制旌旗灯号,经由过程硬件扩展,可以实现外部自动状态等待,从而使DSP能够与慢速外部设备进行直接连接造访。

4 DSP与慢速外部设备的直接造访接口

外部状态等待硬件扩展电路采纳一片12级的二进制波纹计数器74HC4040来实现,该芯片每一级的输出旌旗灯号的频率为前级的一半。将TMS320F206的时钟输出旌旗灯号CLKOUT1作为74HC4040的输入时钟,假如CLKOUT1为20MHz,那么最大年夜等待光阴可以达到2 12×50ns,应用者可以根据外部设备的时序必要选用74HC4040的不合输出引脚进行等待节制。因为输入时钟的频率较高,一样平常的CD4040或MC14040芯片相应速率不敷快,至少应选和74HC4040或相应速率更快的芯片。

自动硬件等待扩展电路如图4所示。选用74HC4040的Q5脚输出作为延时等待节制,等待光阴为1600ns。将Q4脚输出旌旗灯号分手与DSP的读写旌旗灯号相或,孕育发生外部设备的读写节制旌旗灯号,这样可以充分包管读写操作时数据的维持光阴。该电路所孕育发生的时序如图5所示。

颠末以上硬件状态等待扩展,DSP以外部设备读写周期达到1600ns,读写操作的数据维持光阴大年夜于20ns,满意液晶模块的时序要求。此外,DSP在进行内部法度榜样和数据造访时,READY始终为高电平,不影响DSP的内部运行速率。利用该电路,DSP与MDL(S)16465液晶模块的直接造访连接如图6所示。

RS为液晶模块的数据指令节制输入端,“1”表示数据,“0”表示指令;R/W为读写节制输入端,“1”为读操作,“0”为写操作;E为使能节制输入端,高电平有效。按图6的接法,用两根地址线A8、A9分手与RS、R/W相连,根据每个引脚的功能定义,液晶模块的指令口写地址为0000H,指令口读地址为0200H,数据口写地址为0100H,数据口读地址0300H。DSP对液晶模块的造访节制子法度榜样如下:

lcdcwaddr .set 0000h ;指令口写地址

lcdcraddr .set 0200h ;指令口读地址

lcddwaddr .set 0100h ;数据口写地址

lcddraddr .set 0300h ;数据口读地址

lcdenable:splk #6ff2h,60h ;io1=1

out 60h,iosr ;lcd enabled

ret

lcddisable:splk #6ff0h,60h ;io1=0

out 60h,iosr ;lcd disabled

lcdrw: call lcdenable

in 60h,[读地址] ;读操作

out 61h,[写地址] ;写操作

call lcddisable

ret

使用TMS320F206的IO1作为读写使能节制旌旗灯号调用LCDENABLE和LCDDISABLE两个子法度榜样打开和关闭对液晶模块的造访功能。除了必要调用两个简单的节制子函数以外,读写操作分手由IN和OUT两条指令完成,实现对该液晶模块的直接读写造访。因为该液晶模块没有零丁的读写节制引脚,造访节制要求对照特殊,以是只能按照图6的要领进行连接。

假如外部设备具有零丁的读写节制引脚,可直接与图4中的DEV-RD和DEV-WE分手相连,然后将数据线与地址线对应连接,就能够进行直接读写造访节制。作者为处置惩罚键盘输入和打印机输出接口时,便是采纳这种连接要领。应用结果注解,造访和节制都十分靠得住。

因为DSP的利用日益广泛,作为一个完备的节制系统和测试设备,参数设备、结果显示等基础的输入/输出功能是必弗成少的。是以,DSP与慢速设备的接口将是各类科研和开拓中常常碰到的问题。本文给出的硬件接口措施能够实现DSP的外部造访自动状态待,使高速的DSP芯片与传统的慢速输入输出设备融入一个系统,不仅有效地办理了DSP与各类慢速设备造访时序的匹配问题,而且硬件电路设计简单、造访直接、节制编程轻易,进一步拓展了DSP在工业自动节制和测试设备中的利用空间。

滥觞;电子工程网

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