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引言 數(shù)字信號處理器(DSP)在各領(lǐng)域中的應(yīng)用已日趨廣泛，其中TI(TEXAS INSTRUMENT)公司的TMS320系列芯片占據(jù)了主導(dǎo)地位。TMS320F206(簡稱F206)由于具有片內(nèi)32K字的Flash，支持JTAG掃描端口的仿真調(diào)試，并支持程序的串行下載，便于開發(fā)設(shè)計(jì)及產(chǎn)品的軟件升級，因而在中高檔儀器開發(fā)中受到青睞。 DSP的處理速度雖然較高，但直接支持的I/O口線較少，控制能力相對較弱，因而與外部器件接口采用串行方式較為適合。常用的串行接口和串行總線有UART、I2C總線，由于I2C總線提供了較完善的總線協(xié)議，且接口電路簡單，因而得到廣泛的應(yīng)用。目前，已有很多外圍器件支持I2C接口，但多數(shù)MCU并不直接支持I2C總線，因而采用I/O口線模擬I2C的方式成為一種通用解決方案。但由于I2C總線協(xié)議的復(fù)雜性及操作管理的特殊性，仍給此類方式的開發(fā)造成了較大不便。好在文獻(xiàn)中提出了一種按平臺模式設(shè)計(jì)的、適用于80C51的虛擬I2C總線軟件包，大大簡化了80C51的I2C接口程序設(shè)計(jì)，使用戶無需了解I2C總線協(xié)議的細(xì)節(jié)，即可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的接口。文獻(xiàn)中也給出了一種用于MSP430單片機(jī)的軟件包。由于DSP尚無此類軟件包，為簡化DSP的此類I2C接口程序設(shè)計(jì)，本文參照文獻(xiàn)中的設(shè)計(jì)原則，設(shè)計(jì)了一種適用于TMS320C2XX系列DSP開發(fā)的軟件包。 1 虛擬I2C軟件包的設(shè)計(jì) 根據(jù)文獻(xiàn)中所提到的最佳包容性設(shè)計(jì)、后歸一化設(shè)計(jì)、前歸一化設(shè)計(jì)原則，軟件包進(jìn)行了如下定義。 (1)適用范圍 ① 適用主發(fā)送和主接收方式。I2C總線有4種工作方式：主發(fā)送、主接收、從發(fā)送、從接收。因?qū)嶋HDSP多工作于I2C總線的主方式，因而軟件包設(shè)計(jì)為主方式。 ② 適用TMS320C2XX系列與I2C總線外圍器件的接口，支持對外圍器件N字節(jié)的讀寫，通信方式為對虛擬節(jié)點(diǎn)尋址后點(diǎn)對點(diǎn)的讀寫。 ③ 模擬I/O口線可選擇4根通用I/O口線(I/O0~ I/O4)中的任意兩根。 (2)軟件包結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) TMS320C2XX系列產(chǎn)品，基本包括4根通用I/O口線I/O0~I/O4(由于XF僅能作為輸入口線，BIO僅能作為輸出口線，因而暫不考慮)。它們的輸入輸出方向由ASPCR的低4位來設(shè)定，相應(yīng)口線狀態(tài)的設(shè)定或讀取由IOSR寄存器控制。但此處DSP與80C51有所不同，口線的輸入輸出狀態(tài)不是自動切換的，且ASPCR、IOSR寄存器都不支持位尋址方式，因而在進(jìn)行I2C總線工作方式模擬時(shí)較為繁瑣。為避免所用寄存器其它狀態(tài)位的改變，需通過較多的與、或操作來改變指定I/O口線的狀態(tài)，因而本軟件包與80C51的虛擬I2C軟件包結(jié)構(gòu)稍有不同。當(dāng)然，這些均在軟件包內(nèi)部完成，使用者不必了解具體細(xì)節(jié)，用戶接口同樣簡單易用。 ① 軟件包組成。為模擬I2C總線的操作時(shí)序，軟件包中包括了2個(gè)宏定義和12個(gè)子函數(shù)。 (a)時(shí)序模擬子程序 Sendb--發(fā)送起始標(biāo)志，啟動I2C總線；senda--發(fā)送確認(rèn)標(biāo)志； Sendna--發(fā)送非確認(rèn)標(biāo)志；Sende--發(fā)送結(jié)束標(biāo)志。 (b)操作模擬子程序 geta--接收確認(rèn)標(biāo)志；sendd--發(fā)送8位數(shù)據(jù)； getd--接收1個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)。 (c)數(shù)據(jù)讀寫子程序 wrnbyte--寫入N字節(jié)；rdnbyte--讀取N字節(jié)。 (d)其它宏及子函數(shù) subsendd--根據(jù)標(biāo)志位C設(shè)置模擬數(shù)據(jù)口線的狀態(tài)；toggleclk--切換模擬時(shí)鐘口線狀態(tài)； Xdelay--延時(shí)子程序；Sdainm--將模擬數(shù)據(jù)口線A配置為輸入口線； sdaoutm--將模擬數(shù)據(jù)口線配置為輸出。 因DSP的工作頻率一般遠(yuǎn)高于I2C總線的操作頻率，因而這里需專用的延時(shí)子程序降低模擬時(shí)鐘口線頻率。本文所給出的源程序?yàn)镕206采用40 MHz晶振時(shí)的情況，用戶使用時(shí)可隨實(shí)際情況調(diào)整延時(shí)時(shí)間。 ② 軟件包符號定義。軟件包中包括如下符號定義： VSDA、VSCL--分別定義了模擬數(shù)據(jù)口線和模擬時(shí)鐘口線對應(yīng)的屏蔽位，因DSP中對通用I/O口線的操作不能通過位操作來實(shí)現(xiàn)，因而僅能屏蔽位來定義，如采用IO3模擬數(shù)據(jù)線、IO2模擬時(shí)鐘線，則可定義IO3為08h、IO2為04h； RAM0--為數(shù)據(jù)暫存用的臨時(shí)存儲單元； RIO--為用于保存I/O口線當(dāng)前狀態(tài)的存儲單元； SLA--用于保存總線上節(jié)點(diǎn)地址并確定傳輸方向的存儲單元； NUMBYTE--待發(fā)送或接收的字節(jié)數(shù)存儲單元； MTD--發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)； MRD--接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。 以上符號中RAM0、RIO、SLA、NUMBYTE為頁內(nèi)地址，與當(dāng)前的頁指針DP內(nèi)容設(shè)置有關(guān)；MTD、MRD為絕對地址，與DP內(nèi)容無關(guān)。 ③ 資源占用。使用了輔助寄存器AR0、AR1、AR2、AR6、ACC、ASPCR、IOSR等資源。 ④ 應(yīng)用接口。軟件包將wrnbyte、rdnbyte作為唯一的出口接口，用戶僅需正確設(shè)置對應(yīng)儲存單元的內(nèi)容，調(diào)用相應(yīng)子函數(shù)即可： splk ＃SLAR/ SLAW,SLA；寫入傳輸節(jié)點(diǎn)地址及傳輸方向 splk ＃N，NUMBYTE ;寫入待傳輸字節(jié)數(shù) ;若輸出，設(shè)置輸出緩沖區(qū)內(nèi)容 call wrnbyte/rdnbyte 3 應(yīng)用實(shí)例 3.1 器件相關(guān)功能簡介 X1203是帶時(shí)鐘/日歷電路和兩個(gè)鬧鐘(報(bào)警)的低功耗CMOS實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片。提供了雙埠時(shí)鐘和報(bào)警寄存器，在讀寫操作期間也能精確工作。其工作電壓從2.5~6 V均可，工作電流小于1uA。時(shí)鐘使用低成本的32.768 kHz晶體輸入，以秒、分、時(shí)、日、星期、月和年為單位記錄時(shí)間，具有閏年自動矯正功能，并對少于31天的月份自動調(diào)整；可通過設(shè)置中斷標(biāo)志按指定時(shí)間激活中斷引腳，滿足大多數(shù)用戶對定時(shí)器編程的需要。該芯片引腳結(jié)構(gòu)如圖1所示(SOIC封裝)。 其中SCL為時(shí)鐘輸入端，數(shù)據(jù)隨該時(shí)鐘信號同步輸入器件或從器件輸出。此引腳上的輸入緩沖器始終激活。SDA端為雙向引腳，用于串行數(shù)據(jù)的輸入輸出；具有漏極開路，可與其它漏極開路或集電極開路輸出進(jìn)行線"或"；需上拉電阻，與SCL引腳配合，可實(shí)現(xiàn)400 kHz的2線I2C接口。VBack為備用電源輸入端，用于VCC出現(xiàn)故障時(shí)向器件供電。是中斷信號輸出端，可通過設(shè)置報(bào)警寄存器按指定時(shí)間在該端產(chǎn)生報(bào)警信號；漏極開路，低電平有效。X1、X2分別為反相放大器的輸入、輸出端；可在X1端接入32.768 kHz的方波基準(zhǔn)，或在X1、X2端接入32.768 kHz的石英晶振，配置成片內(nèi)振蕩器，在初始上電后至少有一個(gè)字節(jié)寫入RTC寄存器時(shí)，時(shí)鐘才開始計(jì)數(shù)。 X1203中的時(shí)鐘/控制寄存器(CCR)分5部分：2個(gè)8字節(jié)報(bào)警寄存器(Alarm0、Alarm1)，1個(gè)1字節(jié)控制寄存器，1個(gè)8字節(jié)實(shí)時(shí)時(shí)鐘寄存器和1個(gè)1字節(jié)狀態(tài)寄存器。通過報(bào)警寄存器可設(shè)置報(bào)警發(fā)生的時(shí)間，控制寄存器可使能或禁止報(bào)警中斷信號的輸出，實(shí)時(shí)時(shí)鐘寄存器以BCD碼存儲了秒、分、時(shí)、日、星期、月和年，狀態(tài)寄存器中保存了用于報(bào)警狀態(tài)標(biāo)志位及讀寫使能狀態(tài)位。其中狀態(tài)寄存器設(shè)置決定著數(shù)據(jù)是否能成功地寫入。該寄存器如表1所列。 BAT標(biāo)識器件當(dāng)前用VBack還是用VCC工作。AL1、AL0標(biāo)識Alarm0、Alarm1是否實(shí)時(shí)時(shí)鐘匹配。RTCF表示實(shí)時(shí)時(shí)鐘是否失效，在總電源失效后該位置1。RWEL為寄存器寫使能鎖存，為0表示禁止，在任何寫時(shí)鐘/控制寄存器之前必須將該位置1。WEL為寫使能鎖存，低表示禁止，通過該位寫1、其它位寫0，可使該位置位；通過該位寫0、其它位寫0，可使該位清0。只有按規(guī)定順序設(shè)置RWEL和WEL，才能成功寫入CCR。 目前，很多DSP芯片尚不直接支持I2C的接口，F(xiàn)206也不例外，因而這里采用2根通用I/O口線模擬I2C接口。F206與X1203的接口采用如圖2所示的接口方案。 圖2中在X1、X2端接入32.768 kHz的石英晶振，將時(shí)鐘源配置為片內(nèi)振蕩器。在VCC和VBACK之間通過二極管和電阻相連，并與地間加入1個(gè)0.47 F的大電容。這樣，在電源出現(xiàn)故障或系統(tǒng)電源關(guān)閉時(shí)，仍可靠VBACK端的大電容供電維持時(shí)鐘芯片的正常工作。它與F206間接口采用3根口線，這里采用IO2模擬通信用的時(shí)鐘信號，IO3作為數(shù)據(jù)輸入、輸出口線。端可根據(jù)用戶需要而定，若需要時(shí)鐘芯片產(chǎn)生中斷，可將該端接到F206的中斷口線上。注意其中的SDA端和端為漏極開路，必須加上拉電阻，否則不能正常通信。 3.2 X1203的讀寫操作 這里僅給出F206對X1203進(jìn)行讀寫的基本流程，如圖3、圖4所示，分別為對時(shí)鐘芯片的讀、寫過程。其中進(jìn)行寄存器寫時(shí)，須注意SR寄存器中WEL和RWEL的設(shè)置是否正確，即首先設(shè)置WEL有效，而后將WEL、RWEL都置1，否則數(shù)據(jù)將不能正確寫入。在寫結(jié)束后，應(yīng)將WEL、RWEL置為無效，以免產(chǎn)生誤操作。 時(shí)鐘芯片讀寫子程序清單如下： .copy "init.h" .copy "vector.h" ；以下為I2C軟件包中的符號定義 VSDA .set 0008h VSCL .set 0004h RAM0 .set 60h SLA .set 61h RIO .set 62h NUMBYTE .set 63h MTD .set 0100h MRD .set 0120h setc intm ;關(guān)中斷 clrc cnf ;映射塊 B0 到數(shù)據(jù)存儲區(qū) ldp #0h ;頁指針設(shè)置為0 clrc sxm ；數(shù)據(jù)寫入使能程序段 splk #0deh,SLA splk #3,NUMBYTE lar ar0,#MTD mar *,ar0 splk #0,*+ splk #03fh,*+ splk #02h,*+ call wrnbyte splk #0deh,SLA splk #3,NUMBYTE lar ar0,#MTD mar *,ar0 splk #0,*+ splk #03fh,*+ splk #06h,*+ call wrnbyte ；寫入數(shù)據(jù)程序段 splk #0deh,SLA splk #9,NUMBYTE lar ar0,#MTD mar *,ar0 splk #0,*+ splk #030h,*+ splk #01h,*+ splk #02h,*+ splk #03h,*+ splk #03h,*+ splk #02h,*+ splk #01h,*+ splk #21h,*+ call wrnbyte ；禁止數(shù)據(jù)寫入程序段 splk #0deh,SLA splk #3,NUMBYTE lar ar0,#MTD mar *,ar0 splk #0,*+ splk #03fh,*+ splk #0h,*+ call wrnbyte ；數(shù)據(jù)讀取程序段 splk #0deh,SLA splk #2,NUMBYTE lar ar0,#MTD mar *,ar0 splk #0,*+ splk #030h,*+ call wrnbyte splk #0dfh,SLA splk #7,NUMBYTE call rdnbyte wait： b wait 結(jié)束語 I2C總線應(yīng)用已日益廣泛，而其協(xié)議的復(fù)雜性和操作的特殊性又限制了推廣速度。本文介紹的一種基于DSP的虛擬I2C總線軟件包，簡化了TMS320C2XX與I2C器件間接口程序設(shè)計(jì)，用戶無需了解I2C總線協(xié)議的細(xì)節(jié)，僅需通過唯一的接口界面wrnbyte/ rdnbyte即可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的接口。本文還給出了一個(gè)TMS320F206與時(shí)鐘芯片X1203間的接口實(shí)例，介紹了軟件包的使用方法，希望能供讀者參考。 |
