1 引言
變頻器的開發(fā)中我們選用TMS320F240芯片做主CPU,,TMS320F240系列是美國(guó)TI公司于1997年推出的,專為數(shù)字電機(jī)控制和其它控制應(yīng)用系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的16位定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器,。它將數(shù)字信號(hào)處理的高速運(yùn)算功能與面向電機(jī)的強(qiáng)大控制能力結(jié)合在一起,,成為中低端變頻器理想的主控芯片。F240片內(nèi)外設(shè)包括雙10位A/D轉(zhuǎn)換器,,帶有鎖相環(huán)PLL時(shí)鐘模塊,,帶中斷的看門狗定時(shí)器模塊,串行通信接口SCI及串行外設(shè)接口SPI,,另外,,還集成了一個(gè)事件管理模塊EVM。因此,,TMS320F240基本能滿足筆者變頻器設(shè)計(jì)的要求,。
變頻器有幾百甚至上千個(gè)參數(shù),,這些參數(shù)值都要求系統(tǒng)斷電后不能丟失,在設(shè)計(jì)中我們選用非易失性存儲(chǔ)器EEPROM保存數(shù)據(jù),。每次上電時(shí),,從EEPROM中讀取上次參數(shù)的設(shè)定值,以保證變頻器運(yùn)行狀態(tài)的連續(xù)性,,同樣每次斷電時(shí),,也要保存變頻器此次運(yùn)行的參數(shù)設(shè)定情況,以便開機(jī)時(shí)讀取,。本文闡述了變頻器開發(fā)中F240擴(kuò)展EEPROM(X5168)的設(shè)計(jì)思路和實(shí)現(xiàn)過程,。
2 對(duì)TMS320F240的串行外設(shè)接口(SPI)的說明
TMS320F240的串行外設(shè)接口(SPI)模塊是一個(gè)高速同步串行輸入/輸出端口,它允許F240控制器和片外外設(shè)或其他控制器進(jìn)行串行通信,,在通信過程中,,SPI能夠以任意給定的傳輸速率對(duì)具有可編成長(zhǎng)度(1-8位)的串行比特流進(jìn)行收發(fā)。該模塊也是一個(gè)8位外設(shè),,它直接掛在16位的片內(nèi)外設(shè)總線上,,因此,外設(shè)總線的高8位讀寫訪問對(duì)該模塊是沒有意義的,。
SPI模塊的特性如下:
?。?) 4個(gè)外部引腳。SPISOM I為SPI從輸出/主輸入引腳;SPISIMO為SPI從輸入/主輸出引腳;SPISTE為SPI從發(fā)送使能引腳;SPICLK為SPI串行時(shí)鐘引腳,。
?。?) 兩種工作方式,即主模式(Master)和從模式(Slave),。
?。?) 數(shù)據(jù)字長(zhǎng)。1-8個(gè)數(shù)據(jù)位,。
?。?) 可同時(shí)接收和發(fā)送數(shù)據(jù),發(fā)送和接收操作可通過中斷或查詢方法來完成,。
?。?) 波特率,l25種可編程的波特率,,下列兩個(gè)公式給出了計(jì)算SPI的波特率的方法:
1. 當(dāng)SPIBRR=3-127時(shí),,SPI波特率=系統(tǒng)時(shí)鐘頻率/(SPI寄存器的值+1);
2. 當(dāng)SPIBRR=0、1,、2時(shí),,SPI波特率=系統(tǒng)時(shí)鐘頻率/4;
(6) 4種時(shí)鐘方案,由時(shí)鐘極性位(SPICCR寄存器的位6)和時(shí)鐘相位位(SPICTL寄存器的位3)進(jìn)行設(shè)置,,包括:
1. 無延時(shí)下降沿有效:串行外設(shè)接口在SPICLK 信號(hào)下降沿發(fā)送數(shù)據(jù),,而在SPICLK 信號(hào)上升沿接收數(shù)據(jù);
2. 有延時(shí)下降沿有效:串行外設(shè)接口在SPICLK 信號(hào)下降沿之前的半個(gè)周期時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù),而在SPICLK 信號(hào)下降沿接收數(shù)據(jù);
3. 無延時(shí)上升沿有效:串行外設(shè)接口在SPICLK 信號(hào)上升沿發(fā)送數(shù)據(jù),,而在SPICLK 信號(hào)下降沿接收數(shù)據(jù);
4. 有延時(shí)上升沿有效:串行外設(shè)接口在SPICLK 信號(hào)上升沿之前的半個(gè)周期時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù),, 在SPICLK 信號(hào)上升沿接收數(shù)據(jù)。
3 對(duì)X5168的說明
DSP處理速度比較快,,且本設(shè)計(jì)需要保存的數(shù)據(jù)量大,,筆者選擇了XICOR公司的帶16Kb SPI EEPROM 的CPU監(jiān)視器X5168。器件把四種常用的功能:上電復(fù)位,、看門狗定時(shí)器,、電源電壓監(jiān)控和塊鎖存保護(hù)的串行EEPROM 存儲(chǔ)器集成在一個(gè)封裝之內(nèi),這種組合降低了系統(tǒng)成本,,減少了電路板空間,,增加了可靠性。
器件的存儲(chǔ)器部分是帶有XICOR公司的塊鎖存保護(hù)的CMOS串行EEPROM 陣列,,陣列的內(nèi)部組織是x8位。具有串行外圍接口(SPI)和軟件協(xié)議的特點(diǎn),,允許在簡(jiǎn)單的四線總線上工作,。利用XICOR專有的直接寫入晶片,提供最小為100,000次擦寫和最少為100 年的數(shù)據(jù)保存期,。
4 DSP與X5168的連接通信
4.1硬件設(shè)計(jì)
在變頻器設(shè)計(jì)中DSP與X5168的硬件連接圖如圖1
圖1 TMS320F240與X5168連接原理圖
串行外設(shè)接口(SPI)有兩種工作模式:主模式和從模式,,與X5168 連接時(shí)工作于主模式。從圖中可看到,,X5168通過四根線來完成與DSP的數(shù)據(jù)交換,,DSP的SPISIMO、SPISOMI,、SPICLK,、SPISTE引腳分別連接X5168的SI(串行輸入)、SO(串行輸出),、SCK(串行時(shí)鐘),、/CS(片選端),此時(shí)的F240控制器稱為“主機(jī)”,,這種情況下,,SPI在SPICLK引腳上提供了整個(gè)串行通信網(wǎng)絡(luò)所需的串行時(shí)鐘;數(shù)據(jù)從SPISIMO引腳輸出;并鎖存從SPISOMI引腳輸入的數(shù)據(jù);SPIBRR寄存器決定了整個(gè)串行通信網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)發(fā)送和接收時(shí)的位傳輸率。
寫入SPIDAT的數(shù)據(jù)啟動(dòng)了SPISIMO引腳上的數(shù)據(jù)發(fā)送,,先發(fā)送最高有效位;同時(shí),,接收的數(shù)據(jù)通過SPISOMI引腳移入SPIDAT的最低有效位。當(dāng)有一定數(shù)量的數(shù)據(jù)位通過SPIDAT移位時(shí),產(chǎn)生下列事件:
一,、SPI INT FLAG置1
二,、SPIDAT的內(nèi)容傳送到SPIBUF
三、如果SPI INT ENA也被置1,,則產(chǎn)生中斷請(qǐng)求
在主模式中,,無論寄存器SPIPC1的位5(SPISTE FUNCTION)為何值,SPISTE引腳都將用作通用數(shù)字I/O引腳,。在本設(shè)計(jì)中,,引腳SPISTE用作從機(jī)SPI模塊的片選引腳;在將主機(jī)數(shù)據(jù)傳送到從機(jī)器件之前,應(yīng)將從機(jī)器件片選引腳拉低電平,,并且在傳送完主機(jī)數(shù)據(jù)之后,,重新將該引腳拉為高電平。
4.2軟件設(shè)計(jì)
4.2.1 TMS320 F240的SPI初始化
上文介紹了F240的SPI模塊的功能,,配置寄存器串行外設(shè)接口工作于主模式,,波特率設(shè)置為2MHz,初始化程序如下:
void SPIinitial(void)
?。?*SPICCR=0xc7; //復(fù)位SPI
?。猄PICTL=0x06; //主模式,使能TALK,禁止SPI中斷
?。猄PISTS=0x00; //清中斷標(biāo)志
?。猄PIBRR=0x04; //波特率設(shè)為SPICLK=SYSCLK/4+1=2MHz,SYSCLK=10MHz
?。猄PIPC1=0x52; //SPISTE引腳配置成輸出引腳,,SPICLK被配置成串行時(shí)鐘的輸
//入或輸出
*SPIPC2=0x22; //SPISIMO,SPISOMI用作SPI輸入輸出
?。猄PICCR=0x47; //上升沿發(fā)送,,下降沿輸入數(shù)據(jù)鎖存,無時(shí)延,,字符長(zhǎng)度為8
?。?/p>
4.2.2 F240對(duì)X5168的讀寫程序
對(duì)EEPROM的讀寫是設(shè)計(jì)的重點(diǎn),以下分別介紹:
一,、讀操作
a).從EEPROM存儲(chǔ)器陣列中讀數(shù)據(jù)時(shí),,/CS 首先被拉低以選擇器件,向器件傳送8位讀READ指令(00000011B),,接著是16位地址(高位在前),。在讀操作碼和地址送出后,存儲(chǔ)位于在所選地址的存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)在SO線上被移出,,繼續(xù)提供時(shí)鐘脈沖可接著讀出存儲(chǔ)在位于下一個(gè)地址的存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù),。每移出一個(gè)字節(jié)地址自動(dòng)增加至下一個(gè)更高的地址,,在達(dá)到最高地址時(shí),地址計(jì)數(shù)器返回到地址$0000,,允許讀周期無限期地繼續(xù),。將/CS拉高可終止讀操作。參見讀EEPROM陣列時(shí)序圖2,。
圖2 讀EEPROM陣列時(shí)序圖
以下是讀X5168子程序,,其中RA_ADDR為存儲(chǔ)讀出數(shù)據(jù)的數(shù)組的首地址,EEP_ADDR為要讀取數(shù)據(jù)在EEPROM陣列中的地址,,N為要讀取數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)
void READ_X5168(unsigned int * RA_ADDR, unsigned int EEP_ADDR, unsigned int N)
?。?unsigned int I,readspibuf1,readspibuf2;
*SPIPC1&=0xBF; /*置低SPISTE引腳,,從而選通X5168*/
?。猄PIDAT=READ; /*發(fā)送X5168的寫狀態(tài)寄存器命令字*/
while((*SPISTS&0x40)!=0x40){} /*等待SPI寫結(jié)束*/
readspibuf=*SPIBUF; /*讀SPIBUF寄存器,清除SPI INT FLAG 位*/
?。猄PIDAT=EEP_ADDR>>8; /*發(fā)送地址高八位*/
while((*SPISTS&0x40)!=0x40){} /*等待SPI寫結(jié)束*/
readspibuf=*SPIBUF; /*讀SPIBUF寄存器,,清除SPI INT FLAG 位*/
*SPIDAT=EEP_ADDR; /*發(fā)送地址低八位*/
while((*SPISTS&0x40)!=0x40){} /*等待SPI寫結(jié)束*/
readspibuf=*SPIBUF; /*讀SPIBUF寄存器,,清除SPI INT FLAG 位*/
for (I=0;I
?。?*SPIDAT=0; /*發(fā)送偽數(shù)據(jù)*/
while((*SPISTS&0x40)!=0x40){} /*等待SPI讀/寫結(jié)束*/
readspibuf1=*SPIBUF; /*讀取高位字節(jié)*/
readspibuf1=readspibuf1<<8;
*SPIDAT=0; /*發(fā)送偽數(shù)據(jù)*/
while((*SPISTS&0x40)!=0x40){} /*等待SPI讀/寫結(jié)束*/
readspibuf2=*SPIBUF; /*讀取低位字節(jié)*/
?。≧A_ADDR+I)=readspibuf1+readspibuf2;
?。?/p>
*SPIPC1|=0x40; /*置高SPISTE引腳,,從而禁止X5168*/
}
b).讀狀態(tài)寄存器時(shí),,首先要拉低/CS 線,,以選中器件,接著發(fā)送8位的RDSR指令(00000101B),,在RDSR操作碼發(fā)出以后,,狀態(tài)寄存器的內(nèi)容在SO線上被移出。參見讀狀態(tài)寄存器時(shí)序圖3,。
圖3 讀狀態(tài)寄存器時(shí)序圖
以下是讀狀態(tài)寄存器子程序:
unsigned int RSDR_X5168(void)
?。?unsigned int readspibuftrue;
*SPIPC1&=0xBF; /*置低SPISTE引腳,,從而選通X5168*/
?。猄PIDAT=RDSR; /*發(fā)送x5168的讀狀態(tài)寄存器命令字*/
while((*SPISTS&0x40)!=0x40){} /*等待SPI寫結(jié)束*/
readspibuftrue=*SPIBUF; /*讀SPIBUF寄存器,清除SPI INT FLAG 位*/
?。猄PIDAT=0; /*發(fā)送偽數(shù)據(jù)*/
while((*SPISTS&0x40)!=0x40){} /*等待SPI讀/寫結(jié)束*/
readspibuftrue=*SPIBUF; /*讀SPIBUF寄存器,,讀取狀態(tài)寄存器*/
return readspibuftrue;
}
二、寫操作
a).在試圖向器件寫入數(shù)據(jù)前必須首先通過發(fā)送WREN指令來設(shè)置寫使能鎖存WEL(見圖4),。/CS 先被拉低,,接著向器件輸入WREN指令(00000110B)。在指令的所有的8位傳送完后,,/CS 必須被拉高,。如果用戶在發(fā)送完WREN指令后,沒有將/CS 拉高而繼續(xù)寫操作則該寫操作將被忽略,。
圖4 寫使能時(shí)序圖
串行EEPROMX5168寫使能命令子程序如下:
void WREN_X5168(void) /*寫使能*/
?。?*SPIPC1&=0xBF; /*置低SPISTE引腳,從而選通X5168*/
?。猄PIDAT=WREN; /*發(fā)送X5168的寫使能命令字*/
while((*SPISTS&0x40)!=0x40){} /*等待SPI寫結(jié)束*/
readspibuf=*SPIBUF; /*讀SPIBUF寄存器,,清除SPI INT FLAG 位*/
*SPIPC1|=0x40; /*置高SPISTE引腳,,從而禁止X5168*/
?。?/p>
b).為了向EEPROM存儲(chǔ)器陣列寫入數(shù)據(jù)用戶接著發(fā)送寫WRITE 指令(00000010B),跟著是16位地址和被寫入的數(shù)據(jù),。任何不用的地址位都被指令為“0”,,寫操作最少要用32個(gè)時(shí)鐘,/CS 必須為低并在該操作期間一直保持為低,。如果地址計(jì)數(shù)器達(dá)到一頁的末端而時(shí)鐘還在繼續(xù),,時(shí)計(jì)數(shù)器將返回至該頁的首地址,并覆蓋任何之前已寫入的數(shù)據(jù),。對(duì)于將完成的頁面寫操作(字節(jié)或頁面寫)而言,,在寫入的最后一個(gè)數(shù)據(jù)的位0被同時(shí)輸入后,/CS只能被拉高,。如果它在其它任何時(shí)候被拉高則不能完成寫操作(見圖5),。
圖5 寫EEPROM陣列時(shí)序圖
以下是寫EEPROM陣列子程序,RA_ADDR為存儲(chǔ)要寫數(shù)據(jù)數(shù)組的首地址,,EEP_ADDR為要寫入的EEPROM首地址,,N要存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)。
void WRITE_X5168(unsigned int * RA_ADDR, unsigned int EEP_ADDR, unsigned int N)
?。?unsigned int I;
WREN_X5168(); /*寫使能*/
?。猄PIPC1&=0xBF; /*置低SPISTE引腳,從而選通X5168*/
?。猄PIDAT=WRITE; /*發(fā)送x5168的寫狀態(tài)寄存器命令字*/
while((*SPISTS&0x40)!=0x40){} /*等待SPI寫結(jié)束*/
readspibuf=*SPIBUF; /*讀SPIBUF寄存器,,清除SPI INT FLAG 位*/
*SPIDAT=EEP_ADDR>>8; /*先發(fā)送高位地址在發(fā)送低位地址*/
while((*SPISTS&0x40)!=0x40){} /*等待SPI寫結(jié)束*/
readspibuf=*SPIBUF; /*讀SPIBUF寄存器,,清除SPI INT FLAG 位*/
?。猄PIDAT=EEP_ADDR; /*先發(fā)送高位地址在發(fā)送低位地址*/
while((*SPISTS&0x40)!=0x40){} /*等待SPI寫結(jié)束*/
readspibuf=*SPIBUF; /*讀SPIBUF寄存器,,清除SPI INT FLAG 位*/
for (I=0;I
{ *SPIDAT =*(RA_ADDR+I)>>8 ; /*發(fā)送數(shù)據(jù)用數(shù)組傳送,傳送數(shù)據(jù)高八位*/
while((*SPISTS&0x40)!=0x40){} /*等待SPI寫結(jié)束*/
readspibuf=*SPIBUF; /*讀SPIBUF寄存器,,清除SPI INT FLAG 位*/
?。猄PIDAT =*(RA_ADDR+I) ; /*發(fā)送數(shù)據(jù)用數(shù)組傳送,傳送數(shù)據(jù)第八位*/
while((*SPISTS&0x40)!=0x40){} /*等待SPI寫結(jié)束*/
readspibuf=*SPIBUF; /*讀SPIBUF寄存器,清除SPI INT FLAG 位*/
?。?/p>
?。猄PIPC1|=0x40; /*置高SPISTE引腳,從而禁止X5168*/
?。?/p>
c).為向狀態(tài)寄存器寫數(shù)據(jù),,在WRSR指令(00000001B)之后應(yīng)跟隨被寫入的數(shù)據(jù)(見圖6),數(shù)據(jù)位0和位1必須為“0”。
圖6 寫狀態(tài)寄存器時(shí)序圖
以下是寫狀態(tài)寄存器子程序:
void WRSR_X5168(unsigned int COM) /*寫狀態(tài)*/
?。?WREN_X5168(); /*寫使能*/
?。猄PIPC1&=0xBF; /*置低SPISTE引腳,從而選通X5168*/
?。猄PIDAT=WRSR; /*發(fā)送X5168的寫狀態(tài)寄存器命令字*/
while((*SPISTS&0x40)!=0x40){} /*等待SPI寫結(jié)束*/
readspibuf=*SPIBUF; /*讀SPIBUF寄存器,,清除SPI INT FLAG 位*/
*SPIDAT=COM; /*STATUS_REG發(fā)送狀態(tài)字*/
while((*SPISTS&0x40)!=0x40){} /*等待SPI寫結(jié)束*/
readspibuf=*SPIBUF; /*讀SPISTS寄存器,,清除SPI INT FLAG 位*/
?。猄PIPC1|=0x40; /*置高SPISTE引腳,從而禁止X5168*/
TIMEDEL(5); /*延時(shí)1us*/
?。?/p>
以上子程序?qū)崿F(xiàn)了DSP對(duì)X5168的讀寫功能,,在主程序中調(diào)用這些子程序就可實(shí)現(xiàn)對(duì)X5168的操作。
5 結(jié)束語
由于篇幅的原因,,本文沒有過多的講述DSP的串行外設(shè)接口和X5168的各項(xiàng)特性,,這些說明書上都有敘述且很具體。而是把重點(diǎn)放在了講述DSP擴(kuò)展EEPROM應(yīng)用的軟硬件設(shè)計(jì),,該設(shè)計(jì)已成功應(yīng)用在筆者開發(fā)的變頻器中,,經(jīng)過反復(fù)測(cè)試,運(yùn)行可靠,。