DSP的SPI口和串行EEPROM在变频器中的应用.docx

DSP的SPI口和串行EEPROM在变频器中的应用ronggang导语：在变频器的设计中采用EEPROM保存数据，以保证当系统断电时能非易失地存取数据，本文具体介绍了TMS320F240的串行外设接口SPI扩展EEPROM的软硬件设计摘要：在变频器的设计中采用EEPROM保存数据，以保证当系统断电时能非易失地存取数据，本文具体介绍了TMS320F240的串行外设接口SPI扩展EEPROM的软硬件设计。关键词：TMS320F240SPIEEPROMX5168变频器的开发中我们选用TMS320F240芯片做主CPU，TMS320F240系列是美国TI公司于1997年推出的，专为数字电机控制和其它控制应用系统而设计的16位定点数字信号处理器。它将数字信号处理的高速运算功能与面向电机的强大控制才能结合在一起，成为中低端变频器理想的主控芯片。F240片内外设包括双10位A/D转换器，带有锁相环PLL时钟模块，带中断的看门狗定时器模块，串行通讯接口SCI及串行外设接口SPI，另外，还集成了一个事件治理模块EVM。因此，TMS320F240根本能知足笔者变频器设计的要求。变频器有几百甚至上千个参数，这些参数值都要求系统断电后不能丧失，在设计中我们选用非易失性存储器EEPROM保存数据。每次上电时，从EEPROM中读取上次参数的设定值，以保证变频器运行状态的连续性，同样每次断电时，也要保存变频器此次运行的参数设定情况，以便开机时读取。本文阐述了变频器开发中F240扩展EEPROMX5168的设计思路和实现经过。2对TMS320F240的串行外设接口SPI的讲明TMS320F240的串行外设接口SPI模块是一个高速同步串行输入/输出端口，它允许F240控制器和片外外设或者其他控制器进展串行通讯，在通讯经过中，SPI可以以任意给定的传输速率对具有可编成长度1-8位的串行比特流进展收发。该模块也是一个8位外设，它直接挂在16位的片内外设总线上，因此，外设总线的高8位读写访问对该模块是没有意义的。SPI模块的特性如下：14个外部引脚。SPISOMI为SPI从输出/主输入引脚;SPISIMO为SPI从输入/主输出引脚;SPISTE为SPI从发送使能引脚;SPICLK为SPI串行时钟引脚。2两种工作方式，即主形式Master和从形式Slave。3数据字长。1-8个数据位。4可同时接收和发送数据，发送和接收操纵可通过中断或者查询方法来完成。5波特率，l25种可编程的波特率，以下两个公式给出了计算SPI的波特率的方法：1.当SPIBRR=3-127时，SPI波特率=系统时钟频率/SPI存放器的值+1;2.当SPIBRR=0、1、2时，SPI波特率=系统时钟频率/4;64种时钟方案，由时钟极性位SPICCR存放器的位6和时钟相位位SPICTL存放器的位3进展设置，包括：1.无延时下降沿有效：串行外设接口在SPICLK信号下降沿发送数据，而在SPICLK信号上升沿接收数据;2.有延时下降沿有效：串行外设接口在SPICLK信号下降沿之前的半个周期时发送数据，而在SPICLK信号下降沿接收数据;3.无延时上升沿有效：串行外设接口在SPICLK信号上升沿发送数据，而在SPICLK信号下降沿接收数据;4.有延时上升沿有效：串行外设接口在SPICLK信号上升沿之前的半个周期时发送数据，在SPICLK信号上升沿接收数据。3对X5168的讲明DSP处理速度比拟快，且本设计需要保存的数据量大，笔者选择了XICOR公司的带16KbSPIEEPROM的CPU监视器X5168。器件把四种常用的功能：上电复位、看门狗定时器、电源电压监控和块锁存保护的串行EEPROM存储器集成在一个封装之内，这种组合降低了系统本钱，减少了电路板空间，增加了可靠性。器件的存储器局部是带有XICOR公司的块锁存保护的CMOS串行EEPROM阵列，阵列的内部组织是x8位。具有串行外围接口SPI和软件协议的特点，允许在简单的四线总线上工作。利用XICOR专有的直接写入晶片，提供最小为100,000次擦写和最少为100年的数据保存期。4DSP与X5168的连接通讯4.1硬件设计在变频器设计中DSP与X5168的硬件连接图如图1align=center图1TMS320F240与X5168连接原理图/align串行外设接口SPI有两种工作形式：主形式和从形式，与X5168连接时工作于主形式。从图中可看到，X5168通过四根线来完成与DSP的数据交换，DSP的SPISIMO、SPISOMI、SPICLK、SPISTE引脚分别连接X5168的SI串行输入、SO串行输出、SCK串行时钟、/CS片选端，此时的F240控制器称为“主机，这种情况下，SPI在SPICLK引脚上提供了整个串行通讯网络所需的串行时钟;数据从SPISIMO引脚输出;并锁存从SPISOMI引脚输入的数据;SPIBRR存放器决定了整个串行通讯网络中数据发送和接收时的位传输率。写入SPIDAT的数据启动了SPISIMO引脚上的数据发送，先发送最高有效位;同时，接收的数据通过SPISOMI引脚移入SPIDAT的最低有效位。当有一定数目的数据位通过SPIDAT移位时，产生以下事件：一、SPIINTFLAG置1二、SPIDAT的内容传送到SPIBUF三、假如SPIINTENA也被置1，那么产生中断恳求在主形式中，无论存放器SPIPC1的位5SPISTEFUNCTION为何值，SPISTE引脚都将用作通用数字I/O引脚。在本设计中，引脚SPISTE用作从机SPI模块的片选引脚;在将主机数据传送到从机器件之前，应将从机器件片选引脚拉低电平，并且在传送完主机数据之后，重新将该引脚拉为高电平。4.2软件设计4.2.1TMS320F240的SPI初始化上文介绍了F240的SPI模块的功能，配置存放器串行外设接口工作于主形式，波特率设置为2MHz，初始化程序如下：voidSPIinitialvoidSPICCR=0xc7;/复位SPISPICTL=0x06;/主形式，使能TALK,制止SPI中断SPISTS=0x00;/清中断标志SPIBRR=0x04;/波特率设为SPICLK=SYSCLK/4+1=2MHz，SYSCLK=10MHzSPIPC1=0x52;/SPISTE引脚配置成输出引脚，SPICLK被配置成串行时钟的输/入或者输出SPIPC2=0x22;/SPISIMO,SPISOMI用作SPI输入输出SPICCR=0x47;/上升沿发送，下降沿输入数据锁存，无时延，字符长度为84.2.2F240对X5168的读写程序对EEPROM的读写是设计的重点，以下分别介绍：一、读操纵a.从EEPROM存储器阵列中读数据时，/CS首先被拉低以选择器件，向器件传送8位读READ指令00000011B，接着是16位地址高位在前。在读操纵码和地址送出后，存储位于在所选地址的存储器中的数据在SO线上被移出，继续提供时钟脉冲可接着读出存储在位于下一个地址的存储器中的数据。每移出一个字节地址自动增加至下一个更高的地址，在到达最高地址时，地址计数器返回到地址$0000，允许读周期无限期地继续。将/CS拉高可终止读操纵。参见读EEPROM阵列时序图2。align=center图2读EEPROM阵列时序图/align以下是读X5168子程序，其中RA_ADDR为存储读出数据的数组的首地址，EEP_ADDR为要读取数据在EEPROM阵列中的地址，N为要读取数据的个数voidREAD_X5168unsignedintRA_ADDR,unsignedintEEP_ADDR,unsignedintNunsignedintI,readspibuf1,readspibuf2;SPIPC1/置低SPISTE引脚，进而选通X5168/SPIDAT=READ;/发送X5168的写状态存放器命令字/whileSPISTS&0x40!=0x40/等待SPI写完毕/readspibuf=SPIBUF;/读SPIBUF存放器，去除SPIINTFLAG位/SPIDAT=EEP_ADDR>>8;/发送地址高八位/whileSPISTS&0x40!=0x40/等待SPI写完毕/readspibuf=SPIBUF;/读SPIBUF存放器，去除SPIINTFLAG位/SPIDAT=EEP_ADDR;/发送地址低八位/whileSPISTS&0x40!=0x40/等待SPI写完毕/readspibuf=SPIBUF;/读SPIBUF存放器，去除SPIINTFLAG位/forI=0;ISPIDAT=0;/发送伪数据/whileSPISTS&0x40!=0x40/等待SPI读/写完毕/readspibuf1=SPIBUF;/读取高位字节/readspibuf1=readspibuf1>8;/先发送高位地址在发送低位地址/whileSPISTS&0x40!=0x40/等待SPI写完毕/readspibuf=SPIBUF;/读SPIBUF存放器，去除SPIINTFLAG位/SPIDAT=EEP_ADDR;/先发送高位地址在发送低位地址/whileSPISTS&0x40!=0x40/等待SPI写完毕/readspibuf=SPIBUF;/读SPIBUF存放器，去除SPIINTFLAG位/forI=0;ISPIDAT=RA_ADDR+I>>8;/发送数据用数组传送,传送数据高八位/whileSPISTS&0x40!=0x40/等待SPI写完毕/readspibuf=SPIBUF;/读SPIBUF存放器，去除SPIINTFLAG位/SPIDAT=RA_ADDR+I;/发送数据用数组传送,传送数据第八位/whileSPISTS&0x40!=0x40/等待SPI写完毕/readspibuf=SPIBUF;/读SPIBUF存放器，去除SPIINTFLAG位/SPIPC1|=0x40;/置高SPISTE引脚，进而制止X5168/c.为向状态存放器写数据，在WRSR指令00000001B之后应跟随被写入的数据见图6,数据位0和位1必须为“0。align=center图6写状态存放器时序图/align以下是写状态存放器子程序：voidWRSR_X5168unsignedintCOM/写状态/WREN_X5168;/写使能/SPIPC1/置低SPISTE引脚，进而选通X5168/SPIDAT=WRSR;/发送X5168的写状态存放器命令字/whileSPISTS&0x40!=0x40/等待SPI写完毕/readspibuf=SPIBUF;/读SPIBUF存放器，去除SPIINTFLAG位/SPIDAT=COM;/STATUS_REG发送状态字/whileSPISTS&0x40!=0x40/等待SPI写完毕/readspibuf=SPIBUF;/读SPISTS存放器，去除SPIINTFLAG位/SPIPC1|=0x40;/置高SPISTE引脚，进而制止X5168/TIMEDEL5;/延时1us/以上子程序实现了DSP对X5168的读写功能，在主程序中调用这些子程序就可实现对X5168的操纵。5完毕语由于篇幅的原因，本文没有太多的讲述DSP的串行外设接口和X5168的各项特性，这些讲明书上都有表达且很详细。而是把重点放在了讲述DSP扩展EEPROM应用的软硬件设计，该设计已成功应用在笔者开发的变频器中，经过反复测试，运行可靠。1X5168/X5169CPUSupervisorwith16KbSPIEEPROMdatasheet2韩安太DSP控制器原理及其在于动控制系统中的应用清华大学出版社20033夏涛TMS320F240型DSP的SPI口的扩展电子技术应用2003NO.347-50