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西北工業大學 謝奕勝 向平
摘 要：本文介紹了TI公司的信號處理器TMS20C54X緩沖串行口的結構、原理以及模擬接口芯片TLC320AD50C的結構及其原理，重點講述了兩者的硬件接口設計及其軟件實現。
關鍵詞：多通道緩沖串口（McBSP） ；TLC320AD50C ； DSP； TMS320C54X
前言
DSP是一種適合于實時數字信號處理的微處理器，主要用于實時快速地實現各種數字信號的處理算法，如數字濾波、變換、增強、壓縮、估計、識別等。DSP自20世紀80年代誕生以來得到迅速的發展，廣泛用于通信、控制、軍事等領域。在DSP的應用中，數據的采集、信號處理及重建是DSP應用系統的重要任務。本文介紹TMS320C54X與 - 型A/D、D/A轉換芯片TLC320AD50C的工作原理、硬件接口以及軟件設計。
TMS320C54X DSP的串口簡介
在TI的DSP中，串行口是一個非常重要的片上外設，它能夠高速地與外部設備進行數據交換。TMS32054X DSP隨著器件不同，有多種接口，都能與TLC320AD50C直接接口。下面以TMS320C5409 DSP為例，簡要敘述McBSP串口的工作原理和應用要點。
McBSP串口由數據通道和控制通道組成，它通過7個管腳與外部設備相連，數據發送通過DX，數據接收通過DR，串行口的控制信息從CLKX、CLKR、FSX和FSR獲得。CLKS為外部時鐘源。CPU和DMA控制器通過內部外設總線對McBSP進行訪問，從數據接收寄存器DRR[1，2]中讀取數據，往數據發送寄存器DXR[1，2]寫數據，數據從DR引腳進入DSP，首先存放在接收移位寄存器RSR[1，2]中，當一個完整的字接收完畢后，結果被復制到接收緩沖寄存器RBR[1，2]，最后再由RBR[1，2]復制到DRR[1，2]中，供CPU或DMA控制器訪問。寫操作與讀取相仿，從結構上來看，發送和接收部分是相對獨立的，所以可以實現全雙工通信。McBSP的控制設置通過一對寄存器讀寫來完成，這些控制寄存器控制的工作模式或指示串口的狀態信息。訪問某個指定的寄存器時，首先要將相應的控制寄存器的子地址寫入子地址控制器SPSA，SPSA驅動復接器，使之與數據控制寄存器SPSD相連。接入相應子地址寄存器所在的實際物理存儲位置，當向SPSD寫入數據時，數據送入前面子地址寄存器所指定的內嵌數據存儲器，當從SPSD讀取數時，也接入所制定的內嵌數據存儲器。
TLC320AD50C 簡介
隨著數字技術的不斷發展，介于模擬與數字電路之間的芯片的使用也越來越多。美國TI公司的TLC320AD50C(以下簡稱AD50)就是一種具有許多優良特性的模擬接口電路芯片，該芯片可廣泛用于各種電路，尤其是應用在DSP領域中。AD50芯片采用過采樣 - 技術，可進行A/D和D/A的高分辨率、低速信號轉換。該器件同時還包括兩個串行同步轉換電路(用于各自的數據方向)，在DAC之前有一個內插濾波器，而在后面有一個抽取濾波器。AD50中的可選項和電路配置可以通過串行口進行編程， AD50配置位可進行軟件編程，該器件中共有七個數據和控制寄存器可供使用。其用途如下：
寄存器0：空操作(No-Op)寄存器。寄存器1：Control1寄存器。該寄存器用以控制軟件復位、軟件掉電、選擇正�；蜉o助模擬輸入、數字反饋的選擇、DAC的16位或15位工作方式的選擇、****放大器輸出增益的選擇及硬件或軟件二次通信請求方式的選擇等。寄存器2：Control 2寄存器，用于控制一個抽取FIR濾波器溢出的輸出標志、FLAG的輸出值、ALT-DATA輸入端使能、為ADC選擇16位方式或15位方式及使能模擬反饋。寄存器3：Control 3寄存器。它控制FS與FSD之間延遲SCLK的個數；通知主器件有多少從器件將連在一起。寄存器4：Control 4寄存器，用來控制輸入輸出放大器增益，采樣率為fs＝MCLK/(128 N)或MCLK/(512 N)的選擇，以及在MCLK輸入端使能外部采樣時鐘和旁路內部PLL等。寄存器5和寄存器6：保留寄存器，用于工廠測試。
TLC320AD50C與外界串行通信可以分為首次通信和二次通信。在首次通信中，有兩種數據傳送模式，16位傳送模式和15+1位傳送模式，可通過控制寄存器設定。默認情況下為15+1位傳送模式。若采用15+1位傳送模式，其最低位DO為非數據位，輸入DAC數據的DO位為二次通信請求位，輸出ADC數據的D0位為M/S腳的狀態位。二次通信只有在發出請求時產生，當首次通信采用15+1位模式時，可以進行二次通信請求；當首次通信采用16位模式時，則必須由FC腳輸入信號來產生二次通信請求。二次通信數據格式如圖1所示，其中D7-D0為控制寄存器數據，D12-D8為控制寄存器地址，D13＝1為讀控制寄存器數據，D13＝0對控制寄存器寫數據。通過二次通信，可實現TLC320AD50C初始化和修改TLC320AD50C內部控制寄存器。在TLC320AD50C內部有5個可供二次通信訪問的控制寄存器，其中4個寄存器和TLC320AD50C初始化及配置有關。其功能如表1所示。
表1（略）
硬件設計
在應用中，將TLC320AD50C接至DSP的同步串口，并將TLC320AD50C設置在主動工作模式下，即由TLC320AD50C提供幀同步信號和移位時鐘，另外不同型號的DSP的管腳電壓可以為3.3V或者5V。因此，可以根據DSP 的電源特性為TLC320AD50C選擇3.3V或5V的數字電，以實現管腳的直接連接。通過將多個TLC320AD50C串行連接，并將第一個TLC320AD50C設置成主動工作模式，而其他TLC320AD50C設置成從設備方式，以實現多TLC320AD50C和DSP的相連。
圖1 TLC320AD50C與TMS320C54X硬件接口電路（略）
圖1給出TMS320C54X與TLC320AD50C硬件接口電路，假設DSP的管腳電壓為3.3V，因而將TLC320AD50C的數字電接到3.3V電源，管腳M/S經過10K電阻上拉，將TLC320AD50C設置成主動工作模式，選擇INP和INM作為ADC的輸入，將AUXP和AUXM接至模擬地；DAC的正相輸出經過一階低通濾波后送給模擬設備，反相輸出不用；DSP可以通過通用輸出口XF對TLC320AD50C進行復位操作； 管腳FC接地，系統只能采用軟件方式申請觸發輔助通信（二次通信）模式；數據格式為15+1比特模式，管腳FSD可以輸出到后面的TLC320AD50C的FS管腳，以實現設備的同步。輸入主時鐘MCLK為8.192MHz，采樣頻率選擇為8KHz，內部PLL使能（控制寄存器4中的N=8）。通過寄存器設置，將TMS320C54X的FSX，FSR,CLKR，CLKX配置為外部輸人，TLC320AD50C的SCLK配置為內部產生。這樣數據接收/發送幀同步信號、移位時鐘信號均由TLC320AD50C產生。串行口的接收/發送過程受TLC320AD50C的控制。
軟件設計
相關軟件設計大致可分為串口McBSP設置和外部芯片TLC320AD50C設置。
串口McBSP設置應該先讓串口的XRST=0，RRST=0， GRST=0使串口處于初始化狀態，然后給控制寄存器設置設計的狀態位，如SRGR、SPCR、 PCR、 XCR、 RCR等。但要注意的是，這里不能改變XRST=0，RRST=0 GRST=0位，最后是讓XRST=1，RRST=1，FRST=1使串口退出復位狀態。
TLC320AD50C設置通過輔助通信來讀寫控制寄存器，輔助通信有兩種方法實現，一是硬件方式，FC必須在FS的上跳沿被拉高，這樣
TLC320AD50C會在后128個SCLK后切換到輔助通信模式下，二是軟件方式，要用軟件方式必須是工作在15+1位模式下，當寫入的數字D0位為1，則可以在后128個SCLK后切換到輔助通信模式下。對控制器的寫的數據通過DIN進入TLC320AD50C，寄存器的數據從DOUT輸出，訪問寄存器時要求指明設備號、讀寫屬性、寄存器地址。下面給出的分別是串口初始化以及LC320AD50C初始化的部分關鍵代碼。
.include "const.inc" ；串口初始化數據表，表中每項包括寄
存器子地址，和對應的設置值
.include "init54.inc" ；初始化DSP內設的常數表文件
.include "vector.inc" ；中斷向量表文件
.mmregs ；映射控制器物理地址
MCBSP_INIT: ；MCBSP_INIT 是初始化串口McBSP
；SPSA和SPSD的地址是連續的。所
以可以用輔助寄存器來訪問，簡化代碼
stm 0,SPSA0 ；reset mcbsp0 spcr1
nop
stm K_SPCR10_RS,SPSD0 ；K_SPCR10_RS為const.inc 文件定義好的常數
nop
stm 1,SPSA0 ；spcr2
nop
STM K_SPCR20_RS,SPSD0
stm #MCBSP0_CONST,AR2 ；MCBSP0_CONST為const.inc數據表的首地址
stm #SPSA0,AR3
stm #(15-1),BRC ；共有14個寄存器要設置，采用指針循 環切換方式實現
rptb LOOP-1
ld *AR2+,A ；AR2指向數據表中的數據首地址，然后地址遞增
stl A,*AR3+ ；AR3指向SPSA0，然后指向SPSD0,再回指SPSA0.
nop
ld *AR2+,A
stl A,*AR3-
nop
LOOP:
stm 0,SPSA0 ；退出復位狀態
nop
stm K_SPCR10_RS|1,SPSD0
nop
stm 1,SPSA0
nop
STM K_SPCR20_RS|1,SPSD0
nop
WAIT #100
ret
AD50C_INIT: ；TLC320AD50C初始化
ld #K_Register1,B
call ADDA_SET ；調用ADDA_SET函數塊
ld #K_Register2,B
call ADDA_SET
ld #K_Register4,B
call ADDA_SET
RET
ADDA_SET: ；ADDA_SET函數塊，實現一次主通信，
一次輔助通信，然后返回到正常模式
stm #1,DXR10
WAIT_1INT:
ld *(serial_int_flag),A ；讀取中斷標識
nop
nop
nop
bc WAIT_1INT,AEQ ；等待中斷
st #0,*(serial_int_flag) ；中斷標識清空
stlm B,DXR10
WAIT_2INT:
ld *(serial_int_flag),A
nop
nop
nop
ADD #1,A
bc WAIT_2INT,AEQ
st #0,*(serial_int_flag)
RET
結束語
本文介紹了利用TMS320C54X的同步串行接口與TLC320AD50C之間通信的方法，介紹了AD50與DSP串口通信的硬件接口及軟件�？梢钥闯�，此接口電路簡潔，編程方便，可實現高精度A/D、D/A轉換，可以對語音信號進行無失真采樣，完全能滿足后續語音信號處理的要求，與DSP接口簡單，高性能，低功耗，已成為當前語音處理的主流產品，廣泛應用在音頻處理，語音增強，語音安全，回聲抵消，VoU等電話或語音應用領域。
66821730(技術支持)
