一种定点数字信号处理器与单片机的接口设计方案
tms320vc5402(vc5402)增强外设由软件等待状态发生器、锁相环时钟发生器、6通道直接存储器访问(dma)控制器、增强型8位并行主机接口(hpi)等组成。两个可编程的多通道缓冲串口(mcbsp)能够全双工、快速地与其他同步串口进行数据交换，硬件连接简单，串口的工作模式和传送数据的格式可通过编程实现。dsp和单片机之间的通信一般利用双口ram，通过串口或dsp的hpi接口实现。
利用双口ram实现
cy7c026是cypress公司生产的16k×16b高速双口静态ram，存取速度小于25ns。他具有真正的双端口，可以同时进行数据存取，两个端口具有独立的控制信号线、地址线和数据线，另外通过主?从选择可以方便地扩存储容量和数据宽度。通过芯片的信号量标志器，左、右两端口可以实现芯片资源的共享。
由于dsp的数据是16位，而单片机的数据是8位，所以tms320vc5402与双口ram的接口并无特别之处，但是89c51与双口ram之间的接口电路中就需要对89c51进行总线扩展了。具体做法是利用锁存器74hc373的锁存功能，通过对其使能信号的控制，进行分时读写，实现数据总线的扩展，即利用锁存器作为虚拟总线。dsp，单片机与双口ram之间的接口电路如图1所示。
图1 通过双口ram实现的接口电路
双口ram必须采用一定的机制来协调左右两边cpu对他的读写操作，否则会出现读写数据的错误。通常可以用中断、硬件、令牌和软件这4种方式来协调双方。在接口电路中利用89c51的最低地址位a0把双口ram的存储空间分为奇、偶地址两个空间。其中，奇地址空间专供89c51写，偶地址空间专供89c51读。那么只需对vc5402的软件做相应处理即可，即vc5402对双口ram的奇地址空间只读，对偶地址空间只写。这样就避免了dsp和单片机对双口ram同一地址单元的写入操作。另外，在对双口ram进行访问之前，单片机和dsp首先对本端的busy信号进行查询，只有本端/busy信号无效时才进行读写操作，进一步保证了数据读写的可靠性。
通过串口实现
vc5402多通道缓冲串行口(mcbsp)主要特点：双缓冲区发送，三缓冲区接收以便数据的连续性;接收与发送的帧同步、时钟信号独立;多通道发送和接收，最多可以到达128个通道;数据大小可为8，12，16，20，24和32b;μ率和a率压缩;帧同步、数据时钟极性可编程;内部时钟和帧同步可自行设定。
vc5402串口通过16b宽度的控制寄存器与内部总线通信。
数据接收过程：数据从输入引脚(dr)移位到接收移位寄存器(rsr)，然后拷贝数据到接收缓冲寄存器(rbr)，接着把数据拷贝到数据接收寄存器(drr)，cpu或者dma控制器读取drr。
数据输出过程：cpu或者dma把数据写到数据传输寄存器(dxr)，再通过寄存器(xsr)移位到数据输出引脚dx6。
对串口寄存器的访问是间接寻址方式，例如要对mcbsp数据寄存器进行访问，首先写串口控制寄存器spcr子地址到子地址寄存器spsa，然后对数据寄存器进行访问。硬件连接如图2所示。
图2 通过mcbsp实现的硬件连接
mcbsp的位时钟由内部采样率发生器产生，为uart波特率×16。
在软件的设计中mcbsp的16位代表uart的1位。发送时，软件将uart的每一位扩展为16位，再由mcbsp发送。接收时，软件将mcbsp接收的16位压缩为uart的1位，并进行合并。软件还应负责处理uart的起始位、奇偶校验位和停止位。
通过hpi和电平转换器件实现
dsp芯片中的hpi(主机接口)是为了满足dsp与其他的微处理器接口而专门设计的。他分为hpi—8和hpi1—6，分别针对具有8位和16位数据线的单片机。每一种又分为标准型和增强型，区别在于标准型只可以访问固定的地址空间，而增强型可以访问整个dsp的片内存储器。利用c5402的增强型8位并行主机接口(hpi)与单片机通信。
vc5402dsp的外部i/p引脚用的是3.3v的逻辑电平，而大部分51单片机用的是5v的逻辑电平。前者输出高电平，最小值为2.4v;后者输入高电平，最小值为2.0v。所以前者的输出可以直接接到后者的输入。但是前者允许输入高电平最大值为3.6v，而后者的输出高电平一般都在4.6v以上。所以前者的输入和后者的输出不能直接连接，需要做电平转换。如果引脚数量少，可以直接用三极管电阻来转换。这里由于引脚较多，所以选用ti74lvc16245a芯片来进行电平转换。硬件电路如图3所示。
图3 通过电平转换芯片实现
hpi的数据传输分为2部分：外部传输和内部传输。外部传输是指主机和hpi寄存器之间的传输，由主机发出指令完成。内部传输是指hpi寄存器和dsp内部ram之间的传输，由dsp内部的dma控制器自动完成。主机在进行外部传输时，要先检查内部传输是否完成，这是通过检测hrdy信号实现的。外部传输操作的一般步骤是：检查hrdy信号的电平。为高，表示可以进行传输;为低，表示dsp正在进行内部传输，此时不能进行外部传输。主机发出指令，设置hcntl0，hcntl1，bhil，hr?w信号的状态，以确定读或写的寄存器以及字节的选择。主机发出时序控制信号，按时序进行操作，从而完成一次外部传输。
结语
双口ram实现vc5402和89c51之间的数据通信，极大地提高了数据传输速度和可靠性，能满足控制系统的实时、高速的控制要求。
利用mcbsp的方法，硬件结构简单所用芯片少，但是将占用片上系统中为数不多的同步串行口资源，而且也要占用dsp的处理时间，他是用于传输数据较少，传输速率慢而又希望dsp与单片机之间是紧耦合的场合。
hpi方案比较简单，附加硬件少、成本低、数据吞吐量非常大，但不适合于实时控制的场合，因为工作中可能将dsp挂起，影响实时工作。而一般应用在对成本比较敏感而数据量又比较大的场合。读者可以根据系统要求选取合适的方案。
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由于dsp的数据是16位，而单片机的数据是8位，所以tms320vc5402与双口ram的接口并无特别之处，但是89c51与双口ram之间的接口电路中就需要对89c51进行总线扩展了。具体做法是利用锁存器74hc373的锁存功能，通过对其使能信号的控制，进行分时读写，实现数据总线的扩展，即利用锁存器作为虚拟总线。dsp，单片机与双口ram之间的接口电路如图1所示。
图1 通过双口ram实现的接口电路
双口ram必须采用一定的机制来协调左右两边cpu对他的读写操作，否则会出现读写数据的错误。通常可以用中断、硬件、令牌和软件这4种方式来协调双方。在接口电路中利用89c51的最低地址位a0把双口ram的存储空间分为奇、偶地址两个空间。其中，奇地址空间专供89c51写，偶地址空间专供89c51读。那么只需对vc5402的软件做相应处理即可，即vc5402对双口ram的奇地址空间只读，对偶地址空间只写。这样就避免了dsp和单片机对双口ram同一地址单元的写入操作。另外，在对双口ram进行访问之前，单片机和dsp首先对本端的busy信号进行查询，只有本端/busy信号无效时才进行读写操作，进一步保证了数据读写的可靠性。
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vc5402多通道缓冲串行口(mcbsp)主要特点：双缓冲区发送，三缓冲区接收以便数据的连续性;接收与发送的帧同步、时钟信号独立;多通道发送和接收，最多可以到达128个通道;数据大小可为8，12，16，20，24和32b;μ率和a率压缩;帧同步、数据时钟极性可编程;内部时钟和帧同步可自行设定。
vc5402串口通过16b宽度的控制寄存器与内部总线通信。
数据接收过程：数据从输入引脚(dr)移位到接收移位寄存器(rsr)，然后拷贝数据到接收缓冲寄存器(rbr)，接着把数据拷贝到数据接收寄存器(drr)，cpu或者dma控制器读取drr。
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