登录
|
注册会员
开启辅助访问
设为首页
收藏本站
扫一扫关注官方微信
论坛
BBS
M币充值
M currency prepaid phone
M币获取
附件中心
搜索
search
全新论坛MCU智学网上线,欢迎访问新论坛!稀缺资源、技术干货、参考设计、原厂资料尽在MCU智学网
MCU资讯论坛
»
论坛
›
单片机论坛
›
单片机应用于方案
›
CPLD的DSP多SPI端口通信设计
更新自动建库工具PCB Footprint Expert 2023.13 Pro / Library Expert 破解版
CPLD的DSP多SPI端口通信设计
[复制链接]
1997
0
ad***
管理员
发表在
嵌入式/ARM
2013-3-19 21:23:17
|
查看全部
|
阅读模式
本文包含原理图、PCB、源代码、封装库、中英文PDF等资源
您需要
登录
才可以下载或查看,没有帐号?
注册会员
x
引 言
目前在电气自动化控制装置中,广泛采用各种通信手段以完成上层与底层控制器、底层控制器以及控制芯片之问的信息传递,并实现相应的控制功能;各种通信功能的设计与实现已成为自动化装置设计的重要组成部分。本文以一种超声波电机运动控制装置为应用背景,讨论了基于
CPLD
的DSP控制芯片多SPI端口通信技术。
串行同步外设端口(SPI)通常也称为同步外设端口,具有信号线少、协议简单、传输速度快的特点,大量用在微控制器与外围芯片的通信中。目前SPI通信方式已被普遍接受,带有SPI端口的芯片越来越多,如Flash、RAM、A/D转换、LED显示、控制专用DSP芯片等。
本文介绍一种采用运动控制专用DSP芯片DSP56F801设计的超声波电机运动控制装置。由于该超声波电机需要采用两相四路对称PWM信号来实现驱动控制,而DSP芯片无法直接产生所需PWM信号,采用软件方法又会占用大量的DSP计算时间,于是设计了基于可编程逻辑器件(CPLD)的对称PWM信号发生器。该信号发生器在DSP的控制下,可以实现输出两相PWM控制信号的占空比及相位差调节;同时采用具有SPI接口的可编程振荡器LTC6903,实现在DSP控制下的PWM控制信号频率调节。由此可见,为了实现DSP对PWM控制信号占空比、相位差及频率的控制,需要采用适当的通信方式实现DSP与CPLD及LTC6903之间的控制信息传递。DSP56F801芯片具有一个SPI通信端口。本文在分析SPI数据传输时序关系的基础上,设计并实现了基于CPLD的多SPI接口通信。
1 工作原理
SPI是一个同步协议接口,所有的传输都参照一个共同的时钟。在同一个SPI端口可以实现一个主机芯片与多个从机芯片的相连,这时主机通过触发从设备的片选输入引脚来选择从设备,没有被选中的从设备将不参与SPI传输。SPI主使用4个信号:主机输出/从机输入(MOSI)、主机输入/从机输出(MISO)、串行时钟信号SCLK和外设芯片选择信号(SS)。主机和外设都包含一个串行移位寄存器,主机通过向它的SPI串行移位寄存器写入一个字节来发起一次传输。寄存器是通过MOSI引脚将字节传送给从设备,从设备也将自己移位寄存器中的内容通过MISO信号线返回给主机。这样,两个移位寄存器中的内容就被交换了。外设的写操作和读操作是同步完成的,因此SPI成为一个很有效的串行通信协议。SPI端口的通信网络结构框图如图1所示。为了使信号发生器输出可调频、调压和调相输出的两相四路PWM波,需要DSP向CPLD电路输出参数。这4个控制参数的传递是在小型的通信网络中实现的。在该网络中,DSP的SPI只是进行数据输出端口的写操作,即输出电压控制字、相位控制字和频率控制字。数据流程:主机DSP向CPLD传输数据,在传输数据时,数据在MOSI引脚上输出,同时数据在时钟信号的作用下实现同步移位输出。由于不需要从机向主机回送任何数据,主机在数据传输结束之后,结束这次传送。由于SPI端口工作时没有应答信号,并且数据在发送时无需校验位,所以要求主、从器件的数据发送与接收必须完全符合设定的SPI时序要求,否则数据传输将出现错误。
2 基于CPLD的串口SPI设计
2.1 移位寄存器设计
本设计为一个12位的SPI串行接收端口。图1中移位寄存器是由12个D触发器和1个计数器组成的,实现移位接收和串并转换。在传输过程中,先使能移位寄存器和计数器,启动传输,同时计数器开始计数。当计数到16时,进位端输出一个脉冲宽度的高电平脉冲,进行数据锁存,其电路如图2所示。
实验中为保证时序正确,测出了使能信号和计数器进位脉冲的输出时序,如图3、图4所示。其中十六进制计数器采用的是上升沿计数,在第16个上升沿到来时,跳变为高电平,保证数据的正确接收锁存。
2.2 锁存器设计
锁存器的工作特点:当gate引脚上输入高电平信号时,锁存器工作开始锁存总线上的数据;当gate引脚上是低电平时,锁存器不工作,即当总线上的数据发生变化时,锁存器的输出不发生变化。由于本设计需要多个参数传输,通过地址选择的方法把这3个数据从一条总线上区分出来,设置传输数据的低两位为地址选择位。地址选择位经移位寄存器,串并转换,作为三输入与门的两个输入端,进行地址选择。每次16位的数据移位结束,数据稳定时,在计数器高电平作用下,相应gate的引脚上输出高电平,数据锁存入相应的锁存器。例如,可以设置低两位是“11”时,DSP送入PWM电路的是ll位的调相信号;当低两位设置成“01”时,DSP送入PWM电路的是10位调节A相占空比的信号;当低两位设置成“10”时,DSP送入PWM电路的是10位调节B相占空比的信号。由此可以在电路中设计一个三输人的与门,当16位数据传输完毕,即在相应gate的引脚上输出高电平时,数据存入对应的锁存器,如图5所示。
2.3 DSP与LTC6903的接口配置
由于LTC6903芯片本身具有SPI接口,需要在DSP的程序中设置相应的SPI寄存器。LTC6903采用上升沿接收,且接收时高位在前,所以需要DSP设置为下降沿传输,传输时高位在前。在传输的过程中,在脉冲信号的下降沿数据发生变化,传输数据;在脉冲信号的上升沿数据稳定,便于LTC6903锁存数据,传输时序如图6所示。从图中可以看出,所要传输的数据是十六进制数019A,下降沿数据发生变化,上升沿数据稳定,传输16位数据,有16个脉冲。实验结果表明,DSP配置是与LTC6903的SPI接口工作时序相匹配的。
3 DSP中SPI的开发过程
SPI端口数据传输的特点是:主设备的时钟信号出现与否决定数据传输的开始,一旦检测到时钟信号即开始传输,时钟信号无效后传输结束。这期间,从设备使能时钟信号的起停状态很重要。DSP56F801的SPI端口的时钟信号起停状态如表1所列。在设计中设置的SPI控制寄存器的CPOL和CPLA位是“11”。SCLK空闲时为高电平,传输中数据变化发生在下降沿,稳定在上升沿。从图2可看出实现了与CPLD中的移位锁存电路的匹配,传输正确。
SPI端口协议要求系统上电复位后,从机先于主机开始工作。如果从机在主机之后开始工作,就有可能丢掉部分时钟信号,使得从机并不是从数据的第一位开始接收,造成数据流的不同步。可通过硬件延时或软件延时的方法,来确保从机先于主机工作。本设计采用软件延时的办法来实现数据流的同步。这个延时由两部分组成,一部分是DSP串行输出数据的时间延时,另外一部分就是后续数字电路中的延时。延时的具体计算过程如下:数据传输时使用的时钟信号是对总线时钟的2分频,当DSP的主频是60 MHz时,总线时钟频率是30MHz,对它进行2分频,可以计算出SCLK的周期是66.6ns(实际所测出的周期是78.2 ns)。另外通过测试得到PWM电路的延时最长时间是23.6 ns,锁存器的最大延时是7.6 ns,移位寄存器的最大延时是3.O ns。由上述对CPLD数字电路的延时和对SCLK周期的测试,就可以得到这样一个结论:设PWM电路的延时时间为t1、锁存器的延时时间为t2、移位寄存器的延时时间为t3、SCLK的时钟周期是Tc,在SPI传输的过程中,整个电路的延时t可以这样计算:
由于数字电路传输中存在这样的延时,所以在写DSP程序时,需要加入一定的延时。此实验中加入的延时是2μs,可以实现可靠传输。
4 实验结果
本设计采用全数字结构,易于用CPLD实现。以EPM7256为目标芯片,设计并实现了正确的数据传输。当DSP56F801输出的十六进制参数分别为频率字DBOE,相位字0403,A相的占空比字04CE,B相的占空比字04CD时,波形输出如图7、图8所示。图7给出了信号发生器A相输出信号的实测波形,信号占空比调节为20%;图8给出了A相输出信号1和B相输出信号l的实测波形,两相信号相位差调节为常用的90°。该实验结果表明,参数传输正确,波形输出良好。
结 语
SPI通信方式具有硬件连接简单、使用方便等优点,应用广泛。采取硬件和软件相结合的措施,可以确保SPI通信中数据流的同步,实现可靠通信。本文给出了DSP多SPI端口通信的设计与实现过程,讨论了其中的关键技术问题。SPI多端口通信方法基于CPLD实现,易移植,易于实现功能扩展,可广泛应用于各种采用SPI通信方式的自动化装置。
举报
回复
返回列表
*
滑块验证:
高级模式
B
Color
Image
Link
Quote
Code
Smilies
您需要登录后才可以回帖
登录
|
注册会员
本版积分规则
发表回复
回帖后跳转到最后一页
回复
转播
评分
分享
打开支付宝扫一扫,最高立得1212元红包
搜索
本版
帖子
用户
热搜:
传感器
51串口程序
电子管放大器
夾式電表
夾式電流
Mentor论坛
打印机
版块推荐
百宝箱
My 布拉格
无边框Z9
Z9Max
Z9mini
nubia动态
问题 & 建议
资源分享
爱拍
同城会
牛仔生活
查看论坛所有版块>>
每日签到
论坛任务
摄影技巧
跳蚤市场
互助问答
论坛导读
申请内测
红包中心
每日摇一摇
活动中心
网站地图
官方旗舰店
图文热点
I2C通信接口段码液晶驱动芯片VK2C21C SOP20
产品品牌:永嘉微电/VINKA 产品型号:VK2C21C 封装形式:SOP20 概述 VK2C21C是
VK2C21B SOP24高抗干扰LCD液晶段码驱动芯片
产品品牌:永嘉微电/VINKA 产品型号:VK2C21B 封装形式:SOP24 概述 VK2C2B是一
低成本、高性能、带EEPROM了解一下
无锡矽杰微电子的XCE855E 是一颗带 EEPROM 的 8 位单片机,专为多 IO 产品的应用而设
工控仪表/水电气表LCD驱动/抗干扰液晶段码
产品品牌:永嘉微电/VINKA 产品型号:VK2C21A 封装形式:SOP28 概述 VK2C21是一
为什么电动车会着火?原因是什么?电动车充
其实电动车起火的新闻我们也不是第一次看到了,让很多人对电动车的安全性产生质疑,但
更多
精华推荐
I2C通信接口段码液晶驱动芯片VK2C21C SOP20
VK2C21B SOP24高抗干扰LCD液晶段码驱动芯片
低成本、高性能、带EEPROM了解一下
工控仪表/水电气表LCD驱动/抗干扰液晶段码
软件模拟2812通信协议导致的种种问题,你遇
适用于电子鞭炮、电子蜡烛灯等方案的单片机
为什么电动车会着火?原因是什么?电动车充
性价比超高的国产单片机了解一下
更多
社区学堂
I2C通信接口段码液晶驱动芯片VK2C21C S
VK2C21B SOP24高抗干扰LCD液晶段码驱动
I2C通信接口段码液晶驱动芯片VK2C21C SOP20
产品品牌:永嘉微电/VINKA 产品型号:VK2C21C 封装形式:SOP20 概述 VK2C21C是
VK2C21B SOP24高抗干扰LCD液晶段码驱动芯片
产品品牌:永嘉微电/VINKA 产品型号:VK2C21B 封装形式:SOP24 概述 VK2C2B是一
低成本、高性能、带EEPROM了解一下
无锡矽杰微电子的XCE855E 是一颗带 EEPROM 的 8 位单片机,专为多 IO 产品的应用而设
更多
客服中心
QQ:187196467
服务时间:周一至周日 8:30-20:30
在线客服
客服微博
产品咨询
售后中心
关注我们
关于我们
关于我们
友情链接
联系我们
帮助中心
网友中心
购买须知
支付方式
服务支持
资源下载
售后服务
定制流程
关注我们
官方微博
官方空间
官方微信
QQ:187196467
周一到周日 8:30-22:00 (全年无休)
7 x 24小时在线客服
手机版
Powered by
MCUZX!
X3.4 © 2008-2015
MCU资讯论坛
版权所有
京ICP备18035221号-2
客服QQ: 187196467
技术支持:
MCU资讯论坛
|
网站地图
快速回复
返回顶部
返回列表