基于TMS320F2812的電氣平臺(tái)開發(fā)設(shè)計(jì)
摘要:介紹了TMS320F2812的總體結(jié)構(gòu),詳細(xì)論述了單片機(jī)與DSP的接口電路設(shè)計(jì)方案以及單片機(jī)與DSP的通信設(shè)計(jì) 對(duì)DSP與單片機(jī)通信的初始化程序進(jìn)行論述。
關(guān)鍵詞:TMS320F2812;STC89C51;電氣平臺(tái)
TMS320F2812是一款高性能的核心處理芯片,廣泛的運(yùn)用在工業(yè)控制、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。其運(yùn)行的最高主頻為150MHz,其內(nèi)部含有豐富的資源:標(biāo)準(zhǔn)通訊接口如串行通信接口(SCI)、串行外設(shè)接口(SPI)、增強(qiáng)型eCAN總線接口;存儲(chǔ)資源Flash、RAM;F2812的內(nèi)部還集成了一個(gè)12b的ADC模塊,其最高采樣頻率可達(dá)12.5Msps;F2812片上還包括事件管理器(EV)、定時(shí)器、看門狗以及大量的用戶可以開發(fā)利用的GPIO口等資源。本文結(jié)合了該DSP的眾多模塊設(shè)計(jì)了電氣開發(fā)平臺(tái)。
1 核心處理系統(tǒng)
電氣平臺(tái)核心處理系統(tǒng)是由TI公司的TMS320F2812和STC89C51單片機(jī)組成,其中單片機(jī)作為DSP的一個(gè)外設(shè),而DSP則作為數(shù)據(jù)處理中心。單片機(jī)負(fù)責(zé)與DSP通信(接收DSP指令并將數(shù)據(jù)返回給DSP)、初始化串口等丁作。DSP通過數(shù)據(jù)和地址總線與單片機(jī)進(jìn)行通信。其中DSP與單片機(jī)的通信及外設(shè)連接如圖1所示。
在圖1中,由于TMS320F2812對(duì)于上電順序有著嚴(yán)格要求,因此在這部分本文選取了TPS767D318型的電源管理芯片來控制電源的產(chǎn)生。其引腳接線見圖2。
TPS767D318為一種雙通道輸出的可控電源轉(zhuǎn)換芯片,通過控制其轉(zhuǎn)換使能段從而就可以控制其輸出電壓順序。TMS320F2812的供電順序?yàn)橄韧?.3V、再通1.8V。TPS767D318就是通過控制一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)1.8V電壓的使能段,從而達(dá)到順序控制的功能。
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2 DSP與單片機(jī)的通信
2.1 DSP與單片機(jī)通信的接口設(shè)計(jì)
通常情況下DSP與單片機(jī)的通信方式有兩種:串行通信和并行通信。串行通信設(shè)計(jì)起來比較簡(jiǎn)單,接口電路較少,但傳輸?shù)乃俾什桓摺2⑿型ㄐ旁O(shè)計(jì)電路比較復(fù)雜,成本較高,但傳輸速率快。綜合考慮一下,在本論文中選擇串行通信。TMS320F2812的串行接口主要是包括串行通信接口(SCI)和串行外圍設(shè)備接口(SPI)。SCI是一個(gè)采用發(fā)送、接收雙線制的中行通信接口,就是通常所說的UART接口,支持16級(jí)的接收發(fā)送FIFO,從而降低了串行通信時(shí)CPU的開銷。SPI是一種高速的同步串行輸入輸出(I/O)接口,允許1~16位的數(shù)據(jù)流在設(shè)備與設(shè)備之間交換??紤]到設(shè)計(jì)電路的方便,及后續(xù)的軟件編程簡(jiǎn)單,本文采用了SCI口與單片機(jī)通信,選取STC89C51型的單片機(jī)。將TMS320F2812的SCITXD和SCIRXD分別接單片機(jī)的RXD和TXD口,但是TMS320F2812是串口通信電壓是33V,而89C51則是5V。因此,由于通信信號(hào)電平的不同它們不能直接接在一起。在本文當(dāng)中采用了兩片由TI公司生產(chǎn)的MAX3232芯片作為通信的轉(zhuǎn)換接口,MAX3232采用專有抵押差發(fā)生器輸出級(jí),利用雙電荷泵在3.0V至5.5V電壓電源供電時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)RS-232的功能,保證在120Kbps數(shù)據(jù)速率下維持RS-232輸出電平。MAX3232具有兩個(gè)發(fā)送器、接收器,可以實(shí)現(xiàn)全雙工的異步串行通信。其接口電路如圖3所示。
2.2 DSP與單片機(jī)通信的初始化設(shè)計(jì)
在DSP與單片機(jī)通信時(shí)必須將其初始化,才能進(jìn)行正常的串行通信。
(1) TMS320F2812的串行通信初始化設(shè)置
DSP系統(tǒng)的串行通信時(shí)鐘是南外設(shè)時(shí)鐘LSPCLK的波特率選擇寄存器確定的。SCI的波特率計(jì)算公式為
其中1≤BRR≤65535才成立,如果BRR=0,則波特率=LSPCLK/16,本文所選DSP的SYSCLK=120MHz,LSPCLK=30MHz,波特率為4800bit/s,由式(1)計(jì)算得BRR=780。16位波特率寄存器SCIHBAUD (高字節(jié))和SCILBAUD(低字節(jié))連接在一起,構(gòu)成16位波特率設(shè)置寄存器BRR。
(2)單片機(jī)的初始化
本文選剛的是STC89C51型單片機(jī),其主要的特點(diǎn)有:
片內(nèi)帶振蕩器,頻率范圍為1.2~12MHz;
片內(nèi)有128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM),4KB的Flash程序存儲(chǔ)器(ROM)
4個(gè)8位的并行I/O接口:P0、P1、P2、R3;
2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0、T1;
2個(gè)優(yōu)先級(jí)別的5個(gè)中斷源;
1個(gè)全雙工的串行I/O口,可多級(jí)通信;
128位(16字節(jié))用戶尋址空間;
在MCS-51串行口的四種工作方式中,方式0和2的波特率是固定的,而方式1和3的波特率是可變的,由定時(shí)器TI的溢出率控制。在這里選擇方式3,單片機(jī)的晶振頻率為11.0592MHz,其波特率的計(jì)算公式為
帶入數(shù)值可以得出X=243,X就是T1的初值。
3 DSP外設(shè)模塊通信設(shè)計(jì)
DSP的外設(shè)模塊包括AD模塊,E2PROM模塊,時(shí)鐘模塊等。
3.1 時(shí)鐘電路
TMS320F2812芯片提供了兩種不同的產(chǎn)生時(shí)鐘的方案:利用電路板上的內(nèi)部品振或者利用外部時(shí)鐘。外部輸入的時(shí)鐘頻率是在20MHz~35MHz的范圍內(nèi)。芯片上的時(shí)鐘鎖環(huán)(PLL)可以來倍頻輸入時(shí)鐘頻率。圖4是利用晶振來連接的外部電路。
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3.2 AD模塊電路
MS320F2812芯片中內(nèi)置了ADC模塊,但是在電力系統(tǒng)試驗(yàn)當(dāng)中,常常要涉及到高電壓、大電流的測(cè)量。此時(shí),不但為了滿足測(cè)量精度要求的同時(shí)還要注意高電壓、大電流帶來的諧波干擾、電氣隔離、屏蔽等工程中的實(shí)際問題。因此,在本文中設(shè)計(jì)了一個(gè)外部的ADC模塊,選用了帶數(shù)字接口的AD芯片,并對(duì)SPI接口進(jìn)行電氣隔離,這就有效的避免了高頻干擾帶來的系統(tǒng)故障。其硬件接口電路如圖5所示。
3.3 E2PROM模塊
在實(shí)際的開發(fā)當(dāng)中,為了存儲(chǔ)一些固定的數(shù)據(jù),往往需要在DSP外部接一個(gè)外部存儲(chǔ)器。E2PROM是一個(gè)電信號(hào)可擦除的可編程的ROM,在
本設(shè)計(jì)當(dāng)中選取型號(hào)為AT24C64,其具有以下性能:
(1)采用低功耗CMOS技術(shù),工作電流為1mA;
(2)單電源供電,電壓范圍為2.5~5.5V;
(3)每頁儲(chǔ)存的典型時(shí)間為2mS;
(4)可用硬件寫保護(hù);
(5)可以作為一個(gè)串行ROM進(jìn)行操作;
(6)分為8個(gè)8kh的儲(chǔ)存模塊;
其硬件接線如圖6所示。
4 單片機(jī)外設(shè)模塊設(shè)計(jì)
單片機(jī)主要控制按鍵顯示電路和DA輸出模塊,DSP將數(shù)字量傳輸給單片機(jī)再由DA輸出。[!--empirenews.page--]
4.1 DAC模塊電路
DAC的性能主要體現(xiàn)在速度與精度兩個(gè)方面,一般并行的DAC要比串行DAC的轉(zhuǎn)換速度要快,但是并行DAC需要的控制引腳較多,在本論文中選取TI公司的DAC8532作為DSP的外接DA控制,其引腳接線見圖7。
4.2 按鍵與液晶顯示電路
(1)顯示電路設(shè)計(jì)
顯示模塊作為一種直觀的輸出設(shè)備,是設(shè)計(jì)中必不可少的模塊。液晶顯示器選擇長(zhǎng)沙太陽人公司的SMC1602A的液晶顯示器其引腳接線如圖8所示。
(2)按鍵電路設(shè)計(jì)
按鍵電路作為本電氣試驗(yàn)平臺(tái)的輸入設(shè)備,也是必不可少的。在電氣設(shè)備試驗(yàn)當(dāng)中需要的按鍵并不多,因此在本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)只設(shè)計(jì)了5個(gè)按鍵,分別為分別是上(Up)、下(Down)、左(Left)、右(Right)、確定(Ent)。其接線圖如圖9所示。
5 結(jié)束語
本文介紹了基于TMS320F2812的電氣平臺(tái)的開發(fā)設(shè)計(jì),及DSP與單片機(jī)的通信設(shè)計(jì),并分別的介紹了DSP的外圍接口模塊和基于單片機(jī)的按鍵顯示電路。