基于DSP的串行外设接口设计方案解析

1 引言
　　DSP（数字信号处理）的优势除了处理复杂的运算，特别适用于数字滤波、语音、视频、图象处理、通信以及高速实时测控系统中已成为现代信息处理威廉希尔官方网站 的重要器件，极大地促进了信号处理和测控各个领域的学术研究、产品开发及应用。TI公司TMS320LF2407是一种专用定点DSP芯片，与以往的产品相比．最大不同就是有丰富的外设．像SCI、SPI、EV等等．在处理数据优势上添加了事务管理能力。
　　其中串行外设接口（Serial Peripheral Interface）是Motorola公司提出的一种同步串行外围接口协议．主要应用在EEPROM、FLASH、实时时钟、AD转换器．还有数字处理和数字解码器之间。包括主/从2种模式，具有I/O资源占用少、协议实现简单、传输速度快、能够同时收发信息、支持绝大部分处理器芯片等优点，是一种高速的全双工、同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚．同时为PCB的布局上节约了空间，提供了方便，正是出于这种简单易用的特性，TMS320LF2407芯片也集成了这种通信协议。
　　2 SPI接口结构和设计原理
　　2．1 SPI接口结构
　　该SPI设计主要有两大部分组成：微控制器接口和SPI控制接口。通过控制线、数据线、和地址线三大总线把微控制接口与SPI控制接口连接在一起，如果外部有更多的SPI接口模块。可以由SPI控制接口运用软件编程与设置，实现扩展具有SPI接口的外部设备。
　　TMS320LF2407中采用的主从控制器连接通信。主控制器通过输出SPICLK信号来启动数据传送。对主控制器和从控制器．数据都是在SPICLK的一个边沿移出移位寄存器，并在相对的另一个边沿锁存到移位寄存器。如果CLOCK PHASE位是1．数据的发送和传输就要在SPICLK跳变之前的半个周期发生。主控制器可以在任一时刻启动数据发送．因为它控制着SPICLK信号。由软件决定了主控制器如何检测从控制器何时准备发送数据，以启动SPI传送数据。
　　
　　图1 SPI内部结构
　　2．2 SPI设计原理
　　SPI接口是同步串行总线的一种，在同步时钟信号SCK下，能够高速、可靠的传送数据。它分为主从（MASTER/SLAVER）两种传输模式。主模式下的发送总线即是从模式的接收总线：与之对应的是从模式下的发送总线即是主模式的接收总线。它们可以同时接收和发送数据．而且发送和接收操作可以通过中断或者查询方法来完成。
　　2．2．1工作时钟
　　时钟极性CPOL和时钟相位CPHA控制着时钟信号引脚上4中不同的时钟方式。在设备被使能激活后．还未进行数据传输时或两个字节数据间歇期间，SCK处于空闲电平，通过时钟极性控制位可以选择此空闲电平的电平时0还是1：时钟相位控制位用来选择数据接收端设备的采样时刻。在该采样时刻，线上数据必须同时满足建立时间和保持时间两个参数，因此数据发送端设备应提前将数据移出到数据线上。
　　4种不同的时钟方式能根据外设需要，能够提供相对应的传输协议来完成数据的传输工作。它们之间没有优先级．SPI线上的主从设备必须根据具体情况设置匹配的传输时序模式．时序只有匹配擞据传输才能正常进行。如果设置的不匹配．可能导致数据接收方和发送方在同一个时钟沿作用．导致数据输出失败。
　　图2是CPHA=0时的数据传输时序．它同时包含了CPOL=0和CPOL=1的情况，当CPOL=O时，要传输的数据在时钟信号没有延时且上升沿出发送，在时钟信号下降沿处接收数据。当CPOL=1时，同样在没有延时的情况下传输，不同的是下降沿发送数据，上升沿接收。图3是CPHA=1时数据传输时序。与图2相似，但采样时刻延迟了半个周期。
　　
　　图2 CPHA=“0是SPI总线数据传输时序”
　　
　　图3 CPHA=“1时SPI总线数据传输时序”