摘要：TMS320VC54x系列DSP(Digital Signal processor)没有AD、DA等常用外设且短少程序存储器，故其运用体系一般需进行外设扩展模块与自举模块规划，针对传统处理方案将两个模块别离完结存在扩展器材多、体系集成度不高级问题，本文提出了一种带自举功用的DSP外设扩展模块。该模块经过将C8051F330单片机作为仅有的外扩芯片，运用其片FLASH存储DSP自单程序代码，并选用其片上AD、DA完结DSP的外设扩展。试验标明本文提出的DSP外设扩展模块合理可行。
TMS320VC54x系列DSP由于具有快速运算才干，其指令履行速度最高可达160 MIPS，因而在消费电子、通讯等范畴运用广泛。但此系列DSP片上没有AD、DA等工业常用外设，常需求对其进行外设扩展模块规划，别的，此系列DSP也没有FLASH、EEPROM等便于改写的片内程序存储器，掉电后不能保存用户程序代码，因而还需求对其扩展自举模块。文献给出了不同的DSP外设扩展模块规划方案，而文献则给出了不同的DSP自举模块规划方案，上述将外设扩展模块与自举模块别离完结的规划方案，存在外扩器材较多、集成度不高、本钱较高级问题。为此，文中提出了一种带自举功用的DSP外设扩展模块，该模块仅用外扩一个芯片，就能一体完结DSP的外设扩展与自举，具有扩展器材少、体系集成度高、稳定性好、本钱较低一级特色。
1 方案规划
文中提出的DSP外设扩展模块，凭借C8051F330丰厚的片上外设资源对DSP完结10位AD、DA扩展，一起运用C8051F330片内FLASH存储DSP用户程序代码，并用规范串行总线完结自举，模块原理框图如图1所示。图1中虚线框部分为本文规划的DSP外设扩展模块，其间C8051F330是本模块的仅有外扩芯片。一方面，方针板中的DSP经过将其片上McBSP0装备为SPI作业形式，完结操控C8051F330片上的AD采样数据或DA构成模仿波形，然后完结对DSP的AD、DA外设扩展。上述SPI通讯中，TMS320VC5416为主设备，C8051F330为从设备。别的，考虑到只要SPI主设备才干发动数据传输，为了将SPI从设备的AD采样数据榜首时刻传输给SPI主设备，SPI从设备经过I/O引脚触发SPI主设备的外部中止，然后使SPI主设备发动SPI通讯。另一方面，运用C8051F330片内FLASH的剩下空间(从0x0BB7到0x1FF)存储DSP程序代码，一起，运用5个I/O引脚模仿DSP的规范串行自举接口，然后完结DSP的规范串行自举模块规划。DSP有多种自举形式，规范串行自举形式占用的DSP硬件资源最少，故本文模块选用了规范串行自举形式。但在此形式下，自举模块有必要与DSP的McBSP0接口相连，为了进一步削减对DSP硬件资源的占用，本文将C8051F330的SPI接口与5个I/O引脚模仿的规范串行自举接口复用DSP的McBSP0接口。
2 硬件规划
文中提出的DSP外设扩展模块硬件首要包含如下几部分：自举模块，SPI通讯模块，外设扩展模块以及C8051F330最小体系模块，考虑到介绍C8051F330最小体系的文献较多，此处不再赘述，这儿首要给出其他模块的硬件衔接联系，如图2所示。
图2虚线框1为自举模块(规范串行自举方法)引脚衔接联系，其间与规范串行自举直接相关的DSP引脚为接纳时钟信号(BCLKR0)，多通道缓冲接纳引脚(BDR0)，帧同步接纳信号(BFSR0)，由于DSP与单片机发动不同步，因而需求设置RS引脚在单片机上电后对DSP进行复位，设置XF引脚在DSP准备好后触发单片机的INT0发动自举操作。别的，DSP的自举方法有多种，且规范串行自举形式比较靠后，所以有必要在硬件上对DSP的INT2、INT3和BIO引脚进行上拉维护，然后确保DSP上电后，其片上Bootloader进入规范串行自举方法。图2虚线框2给出了SPI通讯模块中DSP与单片机对应引脚衔接联系，本文选用4线主从方法完结SPI通讯，DSP的BCKLX0为时钟操控引脚，BFSX0为片选引脚，为了最大极限节约DSP硬件资源，自举模块和SPI通讯模块中的BDR0引脚进行了复用。为使主从设备更好地进行通讯，SPI通讯进程中设置了主从握手函数，P16为握手中止操控引脚。图2虚线框3阐明晰外设扩展模块引脚衔接联系，外设扩展模块介绍了AD、DA及参阅电压硬件设置，P17引脚为AD波形输入端，试验时装备为模仿输入，开漏输出。P01引脚为DA的波形输出端，P00引脚为参阅电压接入引脚，装备为模仿输入，开漏输出，AD采样有必要设置电压基准，C8051F330的电压基准能够被装备为外部电压基准、内部电压基准或电源电压VDD，为了使硬件规划愈加简略，本文选用内部电压基准。
3 软件规划
DSP外设扩展模块软件规划分为两部分：代码转化程序规划和C8051F330单片机程序规划。代码转化程序是为了将用户在DSP开发软件CCS下编译生成的.out文件(一种公共方针文件格局，包含了许多冗余信息)去除冗余信息，变为悉数有用的DSP自举文件格局，详细进程拜见文献。下面详细介绍单片机程序的详细内容。
C8051F330单片机程序包含四部分：DSP与单片机之间的通讯协议、两次初始化程序、自举程序及片上外设驱动程序。C8051F330单片机程序主流程图如图3所示，图3中，单片机体系上电后，程序便开端运转，首先要制止看门狗，防止程序跑飞，因DSP发动速度比C8051F330快，故自举前，先要初始化单片机端口并复位DSP，等候DSP的XF引脚触发P07中止后发动自举操作。自举完结后，就要运用C8051F330单片机的片上AD、DA对DSP进行外设扩展，DSP的外设扩展是建立在SPI通讯根底上的，通讯前，需求对单片机进行第2次初始化，防止引脚抵触。通讯进程中，单片机与DSP需求经过SPI_handshaking()函数进行握手，握手成功后，单片机便可经过SPI通道读取DSP发送的AD指令或DA指令进行AD DA扩展。
3.1 DSP与单片机之间通讯协议
为了使DSP和单片机进行杰出的通讯，本文设置了SPI通讯协议，详细如图4所示，下面对此协议的拟定作扼要介绍。协议中一帧数据包含4个字节：榜首字节为开端标志字节，值为0xC5，对应的二进制数为11000011，开端标志字节在数据传输中发挥着巨大作用，它标志着传输数据是否有意义;第二字节为指令字节，DSP在数据传输进程中处于两种指令状况，假如第二字节的6—7位值为01，则DSP处于AD指令状况，6—7位为10则DSP处于DA指令状况;第三、四字节别离装载的是10位AD、DA高、低8位数据。
3.2 两次初始化程序规划
单片机需求进行两次初始化，榜首次初始化是在自举之前，包含端口初始化、时钟初始化和中止初始化，第2次初始化是在自举之后，在榜首次初始化的根底上还需进行SPI初始化、AD初始化、DA初始化，两次初始化期间，时钟只能初始化一次，不然单片机初始化不会成功。时钟初始化时被装备为24.5 MHz。之所以要对单片机进行两次初始化是由于自举和SPI通讯进程中，DSP的McBSP0接口进行了复用，并且这样规划能够节约更多的硬件资源，下降规划本钱。下面首要介绍下AD、DA和SPI初始化进程。AD初始化如下所示：
AMXOP =0x0F：//P17引脚为AD输入端
AMXON =0x11：//单端作业方法
ADCOCF =0x00;//右对齐
ADCOCN =0x80;//使能ADC
DA初始化如下所示：IDAOCN=0xF2;//使能DA
SPI初始化如下所示：SPIOCN=0x05;//使能SPI
SPIOCKR=0x5;//SPIO时钟速率为1.8432 MHz
3.3 自举程序规划
规范串行自举逻辑时序图如图5所示，图5指出模仿规范串行自举只需3个I/O引脚，但本文却用5个I/O口，其间另设了XF和RS引脚。由于DSP发动速度与单片机不同步，因而需设置RS引脚让单片机上电后对DSP进行复位，设置XF引脚让DSP触发单片机的外部中止INT0，发动自举模块。图5中的逻辑时序图阐明为确保DSP正常运转，以下条件有必要满意：传输每个字节数据需至少确保40个DSP时钟周期的延时时刻，单片机时钟(BCLKR0)不行超越DSP时钟频率的1/2。发送帧同步信号之前应先发送2个时钟信号，帧同步信号置高期间发送1.5个时钟，帧同步信号置底后开端按位发送数据，一字节数据发送完结后再发送两个时钟信号。
3.4 片上外设驱动程序规划
片上外设驱动程序包含SPI通讯驱动程序、AD与DA驱动程序。SPI通讯是DSP外设扩展模块的软件根底，通讯前，单片机先拉低DPS_INT0触发DSP的外部中止INT0，再读取一个无意义的SPI数据和DSP进行握手，握手成功后，主从设备便可经过SPI通道相互写数据或读取对方发送dat[]中的数据。SPI通讯读函数驱动程序如下所示，程序中SPIODAT为SPI0数据寄存器，C8051F330在SPI通讯中经过读SPIODAT来读取接纳缓冲器中的数据。
SPI通讯读函数驱动程序：
C8051F330内部AD有6种转化发动方法，本文选用写‘1’ 到ADCOCN的ADOBUSY位，向ADOBUSY写‘1’方法供给了用软件操控ADCO转化的才干。ADOBUSY位在转化期间被置‘1’，转化完毕后赋‘0’。单片机初始化完结，给C8051F330的P17端口输入正弦波(由于试验设备仍需完
善，正弦波频率约束在0～20 Hz，幅值约束在0～3.3 V)进行AD采样，本文选用查询方法进行AD采样，运用AD中止标志(ADOINT)来不断查询AD转化是否完结。当ADOINT位为逻辑‘1’时，AD数据寄存器(ADCOH：ADCOL)中的转化成果有用。采样完后，单片机经过SPI通道将采样值传送给DSP，DSP经过SPI_READ0函数从SPI读取采样数据。C8051F330片内DA为电流形式数/模转化器(IDAC)。IDAC的最大输出电流能够有3种不同的设置：0.5 mA、1mA和2 mA，此程序中设置为2 mA。DA转化时，DSP经过SPI_WRITE()函数将需求进行DA的数据写给单片机，终究单片机再将DSP发来的数据进行DA处理，AD采样驱动程序如下所示：
4 试验
为验证本文规划模块的可行性，下面以TMS320VC5416方针板为例，规划了如下两个试验：一、16位规范串行自举试验;二、片上AD与DA扩展试验。
试验一：16位规范串行自举试验
试验一是为了验证C8051F330单片机可否成功完结TMS320VC5416处理器的16位规范串行自举。为了使试验成果便于调查，本文用CCS编写了液晶显现程序，显现内容为“根据C8051F330的DSP自举模块液晶显现自举测验等”。由上文可知，须将编写程序代码在CCS软件下编译生成.out文件，再将.out文件去除冗余信息，变为悉数有用的DSP程序代码，移植到C8051F330单片机中才干运用，结合所编写的自举程序上电运转后可得到如图6所示成果，从图6中能够调查到DSP彻底能够脱离仿真器，从C8051F330单片机读取DSP用户程序，以上成果阐明自举模块规划合理可行。
试验二：AD与DA扩展试验
试验二是为了验证在彻底脱离DSP仿真器的情况下，运用C8051F330片上AD、DA对TMS320VC5416进行片上外设扩展的可行性。试验中由TMS320VC5416操控C8051F330片上的AD、DA采样数据或构成模仿波形，为了使试验成果便于调查，用示波器对AD采样前的波行与DA重构波形进行双通道盯梢，试验时，经过DSP试验箱给单片机的P17口接入频率为20 Hz、最大幅值为1.31 V的正弦波，如图7中黄色波形所示。单片机的P01端口为DA输出端，C8051F330的DA输出为电流输出，由于要用示波器显现DA输出波形，所以需在P01端口接入电阻，将电流输出转化为电压输出，DA输出波形如图7中蓝色波形所示。调查示波器波形，可看到DA重构波形与AD采样前的波形符合。以上成果阐明，该模块规划的运用C8 051F330片上外设资源对TMS320VC5416处理器进行AD与DA扩展是合理可行的。
5 完毕语
文中提出了一种带自举功用的DSP外设扩展模块，该模块运用C8051F330的片内FLASH存储DSP用户程序，并运用5个I/O引脚模仿的规范串行总线完结DSP自举，然后以一种占用DSP硬件资源最少的方法处理了DSP掉电后不能保存用户程序的问题;运用C8051F330的片上外设资源对DSP进行10位AD、DA外设扩展，一起C8051F330的SPI接口同规范串行自举接口复用DSP的McBSP0接口，然后在完结DSP外设扩展的一起，最大极限地节约了DSP的硬件资源。该模块用一块单片机一体完结DSP外设扩展及自举，具有扩展器材少、集成度高、体系稳定性好、本钱低价等长处。别的，C8051F330的FLASH内存为8K字节，除掉单片机程序，可存储5K字节左右的DSP程序，因而该模块可广泛用于程序代码不超越5K字节的DSP体系中。
