辨证DSP与慢速设备接口的实现

1、辨证DSP与慢速设备接口的实现            摘要：介绍了DSP与慢速设备接口的一种时序转换方法。通过该方法，可以解决DSP与传统输入输出设备时序不匹配的问题，从而实现DSP与8080、6800等时序兼容的或其它慢速读写周期的输入/输出设备的直接连接，如液晶显示模块、打印机、键盘等。这种时序转换方法能使DSP在工业控制和测试设备中获得更加广泛的应用。 关键词：DSP TMS320F206 液晶显示模块 时序匹配DSP是一种高性能的数字信号处理器。由于其具有快速的计算能

2、力和强大的信息处理能力，因此被广泛地应用到工业自动化、国防科研等领域中。与常规单片机相比，DSP的内部结构和时序发生了很大的变化。所以单片机适用的接口芯片，DSP并不一定适用。对于非常熟悉单片机电路的设计人员，在进行DSP电路设计时，应特别注意芯片的选型和时序的搭配。尤其在处理DSP与慢速设备或器件接口时，正确的时序搭配是至关重要的。为了适应较慢的外部存储器和输入/输出设备，DSP配备了软件可编程等待状态发生器，可以将外部总线周期扩展到数个机器周期。由于受硬件条件的限制，这种扩展通常也是有限的，如C54XX系列的DSP最多只能扩展到14个机器周期，C2XX系列的DSP最多只能扩展到7个机器周期

3、。但在实际应用过程中，经常会遇到读写周期更慢的输入/输出设备，如液晶显示模块、打印机、键盘等。因此，仅通过软件编程控制内部状态等待发生器是不能实现输入/输出时序匹配的，必须进行外部硬件扩展设计。图1 TMS320F206的I/O读写时序在DSP与慢速外围设备接口设计过程中，通常采用双CPU的方法，由DSP完成高速数据处理和计算，用普通单片机（如51系列单片机）实现系统的输入/输出功能。这种方法由于采用两种结构不同的CPU，增加了系统的复杂性，而且接口和调试难度加大。本文将利用DSP的READY（外部设备准备就绪）引脚，通过硬件扩展实现外部状态自动等待，从而使DSP与慢速输入/输出设备能直接连接

4、以实现访问的时序匹配。这种方法接口容易，硬件扩展电路并不复杂，而且内、外等待状态结合起来使用，可产生任何数目的等待状态，甚至可以将外部硬件等待状态设计为受控方式，只在需要的时候启动外部等待状态。这样，使用的时候就会更加灵活。1 DSP的I/O读写时序现以TMS320F206 DSP芯片为例进行介绍。其时钟频率设20MHz，它的外部读写时序如图1所示。TMS320F206的读周期为一个时钟周期（5ns），写周期为两个时钟周期。读、写操作数据的保持时间T1、T2只有几个纳秒。内部可编程等待状态发生器最多只能扩展到等待7个时钟周期，即350ns。利用内部状态等待，只能实现DSP与常用单片机的外围芯片

5、的读写时序相匹配。图2 液晶模块的写时序 图2 液晶模块的读时序2 慢速设备的读写时序现以MDL（S）16465字符液晶显示模块为例进行介绍。其读写时序如图2和图3所示。该液晶模块的读写周期Tcyc最小为1000ns。脉冲宽度Pw最小为450ns，读写操作数据保持时间最小为10ns。如果采用直接连接方式将TMS320F206与该液晶模块接口，即使采用最大的状态等待数目，DSP的读写时序也不能满足该液晶模块的要求。为实现二者的时序匹配，本文将给出一种合适的外部硬件等待扩展方法，以实现DSP与液晶模块的直接读写访问控制。3 DSP的READY信号TMS320F206提供两种状态等待选项，一种是片内

6、状态等待产品器，可以实现有限的可编程状态等待；另一种是READY信号，利用它可进行硬件扩展，从片外产生任何数目的状态等待。DSP在进行外部读写操作时，如果READY引脚信号为低电平，DSP将等待一个时钟周期后再次检查READY信号。在READY引脚被驱动至高电平之前，程序处于等待状态，将不会继续往下执行。如果不使用READY信号，DSP在进行外部访问期间内，READY应始终保持高电平。1 2 3 下一页         利用DSP的READY信号和相关外部访问控制信号，通过硬件扩展，可

7、以实现外部自动状态等待，从而使DSP能够与慢速外部设备进行直接连接访问。4 DSP与慢速外部设备的直接访问接口外部状态等待硬件扩展电路采用一片12级的二进制波纹计数器74HC4040来实现，该芯片每一级的输出信号的频率为前级的一半。将TMS320F206的时钟输出信号CLKOUT1作为74HC4040的输入时钟，如果CLKOUT1为20MHz，那么最大等待时间可以达到2 12×50ns，使用者可以根据外部设备的时序需要选用74HC4040的不同输出引脚进行等待控制。由于输入时钟的频率较高，一般的CD4040或MC14040芯片响应速度不够快，至少应选和74HC4040或响应速度更快的

8、芯片。自动硬件等待扩展电路如图4所示。选用74HC4040的Q5脚输出作为延时等待控制，等待时间为1600ns。将Q4脚输出信号分别与DSP的读写信号相或，产生外部设备的读写控制信号，这样可以充分保证读写操作时数据的保持时间。该电路所产生的时序如图5所示。经过以上硬件状态等待扩展，DSP以外部设备读写周期达到1600ns，读写操作的数据保持时间大于20ns，满足液晶模块的时序要求。此外，DSP在进行内部程序和数据访问时，READY始终为高电平，不影响DSP的内部运行速度。应用该电路，DSP与MDL（S）16465液晶模块的直接访问连接如图6所示。RS为液晶模块的数据指令控制输入端，“1”表示数

9、据，“0”表示指令；R/W为读写控制输入端，“1”为读操作，“0”为写操作；E为使能控制输入端，高电平有效。按图6的接法，用两根地址线A8、A9分别与RS、R/W相连，根据每个引脚的功能定义，液晶模块的指令口写地址为0000H，指令口读地址为0200H，数据口写地址为0100H，数据口读地址0300H。DSP对液晶模块的访问控制子程序如下：lcdcwaddr .set 0000h ;指令口写地址lcdcraddr .set 0200h ;指令口读地址lcddwaddr .set 0100h ;数据口写地址lcddraddr .set 0300h ;数据口读地址lcdenable:splk #6

10、ff2h,60h ;io1=1out 60h,iosr ;lcd enabledretlcddisable:splk #6ff0h,60h ;io1=0out 60h,iosr ;lcd disabledlcdrw: call lcdenablein 60h,读地址 ；读操作out 61h,写地址 ；写操作上一页  1 2 3 下一页         call lcddisableret利用TMS320F206的IO1作为读写使能控制信号调用LCDENABLE和LC

11、DDISABLE两个子程序打开和关闭对液晶模块的访问功能。除了需要调用两个简单的控制子函数以外，读写操作分别由IN和OUT两条指令完成，实现对该液晶模块的直接读写访问。由于该液晶模块没有单独的读写控制引脚，访问控制要求比较特殊，所以只能按照图6的方式进行连接。如果外部设备具有单独的读写控制引脚，可直接与图4中的DEV-RD和DEV-WE分别相连，然后将数据线与地址线对应连接，就能够进行直接读写访问控制。作者为处理键盘输入和打印机输出接口时，就是采用这种连接方式。使用结果表明，访问和控制都十分可靠。由于DSP的应用日益广泛，作为一个完整的控制系统和测试设备，参数设备、结果显示等基本的输入/输出功能是必不可少的。因此，DSP与慢速设备的接口将是各种科研和开发中经常遇到的问题。本文给出的硬件接口方法能够实现DSP的外部访问自动状