CPLD的DSP多SPI端口通信设计

　　锁存器的工作特点：当gate引脚上输入高电平信号时，锁存器工作开始锁存总线上的数据;当gate引脚上是低电平时，锁存器不工作，即当总线上的数据发生变化时，锁存器的输出不发生变化。由于本设计需要多个参数传输，通过地址选择的方法把这3个数据从一条总线上区分出来，设置传输数据的低两位为地址选择位。地址选择位经移位寄存器，串并转换，作为三输入与门的两个输入端，进行地址选择。每次16位的数据移位结束，数据稳定时，在计数器高电平作用下，相应gate的引脚上输出高电平，数据锁存入相应的锁存器。例如，可以设置低两位是“11”时，DSP送入PWM电路的是ll位的调相信号;当低两位设置成“01”时，DSP送入PWM电路的是10位调节A相占空比的信号;当低两位设置成“10”时，DSP送入PWM电路的是10位调节B相占空比的信号。由此可以在电路中设计一个三输人的与门，当16位数据传输完毕，即在相应gate的引脚上输出高电平时，数据存入对应的锁存器，如图5所示。

　　2.3 DSP与LTC6903的接口配置

　　由于LTC6903芯片本身具有SPI接口，需要在DSP的程序中设置相应的SPI寄存器。LTC6903采用上升沿接收，且接收时高位在前，所以需要DSP设置为下降沿传输，传输时高位在前。在传输的过程中，在脉冲信号的下降沿数据发生变化，传输数据;在脉冲信号的上升沿数据稳定，便于LTC6903锁存数据，传输时序如图6所示。从图中可以看出，所要传输的数据是十六进制数019A，下降沿数据发生变化，上升沿数据稳定，传输16位数据，有16个脉冲。实验结果表明，DSP配置是与LTC6903的SPI接口工作时序相匹配的。

　　3 DSP中SPI的开发过程

　　SPI端口数据传输的特点是：主设备的时钟信号出现与否决定数据传输的开始，一旦检测到时钟信号即开始传输，时钟信号无效后传输结束。这期间，从设备使能时钟信号的起停状态很重要。DSP56F801的SPI端口的时钟信号起停状态如表1所列。在设计中设置的SPI控制寄存器的CPOL和CPLA位是“11”。SCLK空闲时为高电平，传输中数据变化发生在下降沿，稳定在上升沿。从图2可看出实现了与CPLD中的移位锁存电路的匹配，传输正确。

　　SPI端口协议要求系统上电复位后，从机先于主机开始工作。如果从机在主机之后开始工作，就有可能丢掉部分时钟信号，使得从机并不是从数据的第一位开始接收，造成数据流的不同步。可通过硬件延时或软件延时的方法，来确保从机先于主机工作。本设计采用软件延时的办法来实现数据流的同步。这个延时由两部分组成，一部分是DSP串行输出数据的时间延时，另外一部分就是后续数字电路中的延时。延时的具体计算过程如下：数据传输时使用的时钟信号是对总线时钟的2分频，当DSP的主频是60 MHz时，总线时钟频率是30MHz，对它进行2分频，可以计算出SCLK的周期是66.6ns(实际所测出的周期是78.2 ns)。另外通过测试得到PWM电路的延时最长时间是23.6 ns，锁存器的最大延时是7.6 ns，移位寄存器的最大延时是3.O ns。由上述对CPLD数字电路的延时和对SCLK周期的测试，就可以得到这样一个结论：设PWM电路的延时时间为t1、锁存器的延时时间为t2、移位寄存器的延时时间为t3、SCLK的时钟周期是Tc，在SPI传输的过程中，整个电路的延时t可以这样计算：

　　由于数字电路传输中存在这样的延时，所以在写DSP程序时，需要加入一定的延时。此实验中加入的延时是2μs，可以实现可靠传输。 [p] 4 实验结果

　　本设计采用全数字结构，易于用CPLD实现。以EPM7256为目标芯片，设计并实现了正确的数据传输。当DSP56F801输出的十六进制参数分别为频率字DBOE，相位字0403，A相的占空比字04CE，B相的占空比字04CD时，波形输出如图7、图8所示。图7给出了信号发生器A相输出信号的实测波形，信号占空比调节为20%;图8给出了A相输出信号1和B相输出信号l的实测波形，两相信号相位差调节为常用的90°。该实验结果表明，参数传输正确，波形输出良好。

　　结 语

　　SPI通信方式具有硬件连接简单、使用方便等优点，应用广泛。采取硬件和软件相结合的措施，可以确保SPI通信中数据流的同步，实现可靠通信。本文给出了DSP多SPI端口通信的设计与实现过程，讨论了其中的关键技术问题。SPI多端口通信方法基于CPLD实现，易移植，易于实现功能扩展，可广泛应用于各种采用SPI通信方式的自动化装置。