基于TMS320F2812的电气平台开发设计

摘要：介绍了TMS320F2812的总体结构，详细论述了单片机与DSP的接口电路设计方案以及单片机与DSP的通信设计 对DSP与单片机通信的初始化程序进行论述。
关键词：TMS320F2812；STC89C51；电气平台

    TMS320F2812是一款高性能的核心处理芯片，广泛的运用在工业控制、交通运输等领域。其运行的最高主频为150MHz，其内部含有丰富的资源：标准通讯接口如串行通信接口(SCI)、串行外设接口(SPI)、增强型eCAN总线接口；存储资源Flash、RAM；F2812的内部还集成了一个12b的ADC模块，其最高采样频率可达12．5Msps；F2812片上还包括事件管理器(EV)、定时器、看门狗以及大量的用户可以开发利用的GPIO口等资源。本文结合了该DSP的众多模块设计了电气开发平台。

1 核心处理系统
    电气平台核心处理系统是由TI公司的TMS320F2812和STC89C51单片机组成，其中单片机作为DSP的一个外设，而DSP则作为数据处理中心。单片机负责与DSP通信(接收DSP指令并将数据返回给DSP)、初始化串口等丁作。DSP通过数据和地址总线与单片机进行通信。其中DSP与单片机的通信及外设连接如图1所示。

    在图1中，由于TMS320F2812对于上电顺序有着严格要求，因此在这部分本文选取了TPS767D318型的电源管理芯片来控制电源的产生。其引脚接线见图2。

    TPS767D318为一种双通道输出的可控电源转换芯片，通过控制其转换使能段从而就可以控制其输出电压顺序。TMS320F2812的供电顺序为先通3．3V、再通1．8V。TPS767D318就是通过控制一个场效应管驱动1．8V电压的使能段，从而达到顺序控制的功能。
[!--empirenews.page--]
2 DSP与单片机的通信
2．1 DSP与单片机通信的接口设计
    通常情况下DSP与单片机的通信方式有两种：串行通信和并行通信。串行通信设计起来比较简单，接口电路较少，但传输的速率不高。并行通信设计电路比较复杂，成本较高，但传输速率快。综合考虑一下，在本论文中选择串行通信。TMS320F2812的串行接口主要是包括串行通信接口(SCI)和串行外围设备接口(SPI)。SCI是一个采用发送、接收双线制的中行通信接口，就是通常所说的UART接口，支持16级的接收发送FIFO，从而降低了串行通信时CPU的开销。SPI是一种高速的同步串行输入输出(I／O)接口，允许1～16位的数据流在设备与设备之间交换。考虑到设计电路的方便，及后续的软件编程简单，本文采用了SCI口与单片机通信，选取STC89C51型的单片机。将TMS320F2812的SCITXD和SCIRXD分别接单片机的RXD和TXD口，但是TMS320F2812是串口通信电压是33V，而89C51则是5V。因此，由于通信信号电平的不同它们不能直接接在一起。在本文当中采用了两片由TI公司生产的MAX3232芯片作为通信的转换接口，MAX3232采用专有抵押差发生器输出级，利用双电荷泵在3．0V至5．5V电压电源供电时能够实现RS-232的功能，保证在120Kbps数据速率下维持RS-232输出电平。MAX3232具有两个发送器、接收器，可以实现全双工的异步串行通信。其接口电路如图3所示。

2．2 DSP与单片机通信的初始化设计
    在DSP与单片机通信时必须将其初始化，才能进行正常的串行通信。
    (1) TMS320F2812的串行通信初始化设置
    DSP系统的串行通信时钟是南外设时钟LSPCLK的波特率选择寄存器确定的。SCI的波特率计算公式为
   
    其中1≤BRR≤65535才成立，如果BRR=0，则波特率=LSPCLK／16，本文所选DSP的SYSCLK=120MHz，LSPCLK=30MHz，波特率为4800bit／s，由式(1)计算得BRR=780。16位波特率寄存器SCIHBAUD (高字节)和SCILBAUD(低字节)连接在一起，构成16位波特率设置寄存器BRR。
    (2)单片机的初始化
    本文选刚的是STC89C51型单片机，其主要的特点有：
    片内带振荡器，频率范围为1．2～12MHz；
    片内有128字节的数据存储器(RAM)，4KB的Flash程序存储器(ROM)
    4个8位的并行I／O接口：P0、P1、P2、R3；
    2个16位定时器／计数器T0、T1；
    2个优先级别的5个中断源；
    1个全双工的串行I／O口，可多级通信；
    128位(16字节)用户寻址空间；
    在MCS-51串行口的四种工作方式中，方式0和2的波特率是固定的，而方式1和3的波特率是可变的，由定时器TI的溢出率控制。在这里选择方式3，单片机的晶振频率为11．0592MHz，其波特率的计算公式为
   
    带入数值可以得出X=243，X就是T1的初值。

3 DSP外设模块通信设计
    DSP的外设模块包括AD模块，E2PROM模块，时钟模块等。
3．1 时钟电路
    TMS320F2812芯片提供了两种不同的产生时钟的方案：利用电路板上的内部品振或者利用外部时钟。外部输入的时钟频率是在20MHz～35MHz的范围内。芯片上的时钟锁环(PLL)可以来倍频输入时钟频率。图4是利用晶振来连接的外部电路。

[!--empirenews.page--]
3．2 AD模块电路
    MS320F2812芯片中内置了ADC模块，但是在电力系统试验当中，常常要涉及到高电压、大电流的测量。此时，不但为了满足测量精度要求的同时还要注意高电压、大电流带来的谐波干扰、电气隔离、屏蔽等工程中的实际问题。因此，在本文中设计了一个外部的ADC模块，选用了带数字接口的AD芯片，并对SPI接口进行电气隔离，这就有效的避免了高频干扰带来的系统故障。其硬件接口电路如图5所示。

3．3 E2PROM模块
    在实际的开发当中，为了存储一些固定的数据，往往需要在DSP外部接一个外部存储器。E2PROM是一个电信号可擦除的可编程的ROM，在
本设计当中选取型号为AT24C64，其具有以下性能：
    (1)采用低功耗CMOS技术，工作电流为1mA；
    (2)单电源供电，电压范围为2．5～5．5V；
    (3)每页储存的典型时间为2mS；
    (4)可用硬件写保护；
    (5)可以作为一个串行ROM进行操作；
    (6)分为8个8kh的储存模块；
    其硬件接线如图6所示。

4 单片机外设模块设计
    单片机主要控制按键显示电路和DA输出模块，DSP将数字量传输给单片机再由DA输出。[!--empirenews.page--]
4．1 DAC模块电路
    DAC的性能主要体现在速度与精度两个方面，一般并行的DAC要比串行DAC的转换速度要快，但是并行DAC需要的控制引脚较多，在本论文中选取TI公司的DAC8532作为DSP的外接DA控制，其引脚接线见图7。

4．2 按键与液晶显示电路
    (1)显示电路设计
    显示模块作为一种直观的输出设备，是设计中必不可少的模块。液晶显示器选择长沙太阳人公司的SMC1602A的液晶显示器其引脚接线如图8所示。

    (2)按键电路设计
    按键电路作为本电气试验平台的输入设备，也是必不可少的。在电气设备试验当中需要的按键并不多，因此在本实验平台只设计了5个按键，分别为分别是上(Up)、下(Down)、左(Left)、右(Right)、确定(Ent)。其接线图如图9所示。

5 结束语
    本文介绍了基于TMS320F2812的电气平台的开发设计，及DSP与单片机的通信设计，并分别的介绍了DSP的外围接口模块和基于单片机的按键显示电路。