TMS320F241型DSP的SPI口EEPROM扩展.docx

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TMS320F241型DSP的SPI口EEPROM扩展

TMS320F241型DSP的SPI口EEPROM扩展

 摘要：

叙述了TI公司的TMS320F241型DSP的串行外设接口（SPI）扩展EEPROM的软、硬件实现方法。

    关键词：

DSP SPI EEPROM X5043

    1．引言

   TMS320F241型DSP是目前应用比较广泛的一款定点DSP，它具有20MIPS的指令执行速度，强大的内部事件管理器、I/O端口和其他外围设备。

其中，串行外设接口（SPI）是一个高速同步串行输入/输出（I/O）端口，它允许一个具有可编程长度（1到16位）的串行位流，以可编程的位传送速率从设备移入或移出。

SPI通常用于DSP控制器和外部器件或其它控制器间的通讯。

   在开发DSP系统时，某些情况下会读取或者存储一些定值，这时我们就需要扩展EEPROM。

具有SPI接口的串行EEPROM均可被TMS320F241直接逻辑扩展，方便易行。

X5043是Xicor公司最高时钟速率为3.3MHz带有块锁保护的4Kbits的CMOS串行EEPROM。

该器件内部组织阵列是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；该器件利用Xicor专有的直接写入晶片提供最小为10万次擦写和最少100年的数据保存期。

    2．硬件设计

   X5043与TMS320F241型DSP的连接关系如图1所示。

DSP作为主控制器，工作于主模式下，SPISIMO为DSP的数据发送端，连接到X5043的数据接收端（SI）；SPISOMI为DSP的数据接收端，连接到X5043的数据发送端（SO）；SPISTE配置成I/O口连接到X5043的片选端（/CS）；SPICLK为SPI数据传送的时钟信号，连接到X5043的串行时钟端（SCK），串行时钟由DSP控制。

DSP的数据在SPISIMO引脚上输出并从SPISOMI上锁存，DSP通过写入SPIDAT寄存器的数据启动SPICLK串行时钟信号从而启动数据传送，当8位串行位流传送完毕后，SPICLK信号中止，传送结束。

   3．软件设计

   3．1工作模式的选择

   TMS320F241的SPI接口有可选择的四种不同的时钟模式，如何选择时钟模式是它与各种扩展SPI接口器件实现时钟同步的关键。

X5043的数据在时钟下降沿从SO引脚上输出并在时钟上升沿从SI引脚上锁存。

读操作时，在其从SI引脚输入的最低位地址所对应的时钟下降沿，其SO引脚开始输出数据，如图5所示。

   作为主器件的DSP可以选择‘上升沿，无延时’和‘上升沿、有延时’两种时钟工作模式。

‘上升沿，无延时’模式与X5043的工作模式一致，数据在SPICLK信号的时钟上升边沿（从低电平到高电平）从移位寄存器移出在SI引脚上锁存，在时钟下降边沿（从高电平到低电平）从SO引脚上输出的数据锁存到移位寄存器中。

‘上升沿，有延时’模式如图4所示，数据在SPICLK信号上升沿前半个周期从移位寄存器移出，在紧接着的上升边沿在SI引脚上锁存，在时钟下降边沿（从高电平到低电平）从SO引脚上输出的数据锁存到移位寄存器中。

   3．2波特率的选择

   SPI波特率可以由如下两种情况计算得出：

（1）对于SPIBRR=3~127，波特率的计算公式为：

   SPI波特率=CLKOUT/（SPIBRR+1）

（2）对于SPIBRR=0~2，波特率的计算公式为：

   SPI波特率=CLKOUT/4

   式中，CLKOUT=器件的CPU时钟频率；SPIBRR=主SPI器件中的SPIBRR内容。

   X5043最大的SPI波特率为3.3MHz，若DSP的CPU时钟频率CLKOUT=16MHz，则：

最大的SPI波特率=16×106/（SPIBRR+1）≤3.3×106Hz

SPIBRR≥4+9

   3．3DSP的数据传输格式

    DSP中SPI有16位的发送和接收能力，且接收和发送均是双缓冲。

所有数据寄存器都是16位宽的，而X5043的地址、数据寄存器均是8位的，将DSP中SPI传输字符长度设置成8位宽。

要向X5043存储数据时，DSP将一个8位字节长度的数据写入SPIDAT或SPITXBUF的高8位上如图2所示，在时钟信号的作用下，以左对齐方式发送，先发送数据的最高位。

DSP接收一个8位字节长度的数据，是以右对齐方式接收如图3所示，8位字节长度的数据写入SPIDAT或SPIRXBUF的低8位上。

   3．4各控制寄存器设置

LDP  #SPICCR>>7

SPLK #0007h,SPICCR 

;复位SPI,8个字符长度

SPLK #000Eh,SPICTL

;主模式,使能TALK,禁止SPI的中断

;上升沿发送,下降沿接收，有延时

SPLK #000Fh,SPIBRR

;设置SPI的传输波特率

SPLK #0087h,SPICCR

;SPI准备好发送或接收下一字符

3．5程序设计

RAM块中的变量定义：

.bss SPI_Xdata,1

;SPI数据传输暂存器

.bss address1,1

;EEPROM存储器地址暂存器

.bss data1,1

;EEPROM存储器数据暂存器

X5043存储器地址：

WREN      .set 0600h

;设置写使能锁存指令地址

WRDI      .set 0400h

;复位写使能锁存指令地址

RSDR      .set 0500h

;读状态寄存器指令地址

WRSR      .set 0100h

;写状态寄存器指令地址

READh     .set 0B00h

READl     .set 0300h

;读存储器阵列数据指令地址

WRITEh    .set 0A00h

WRITEl    .set 0200h

;写存储器阵列数据指令地址

3.5.1DSP的SPI数据发送、接收子程序代码

XMIT_VALUE:

LDP  #0

 LACC SPI_Xdata

 LDP  #SPITXBUF>>7

 SACL SPITXBUF

;写需发送的值到SPI传输缓冲器

XMIT_RDY:

 LDP  #SPISTS>>7

 BIT  SPISTS,BIT6

 BCND XMIT_RDY,NTC

;测试SPI_INT位，如果SPI_INT=0,则重复循环

;等待数据发送完毕进行下一步操作

 LDP  #SPIRXBUF>>7

 LACL SPIRXBUF

;读取数据清除SPI_INT标志位 

 LDP#0

 SACL SPI_Xdata

;将接收的值存入数据传输暂存器

RET

3.5.2X5043内部非易失性写判断子程序代码

RSDR_WIP:

SPISTE_LOW

;置低SPISTE引脚,从而选通X5043

LDP #0

SPLK#RSDR,SPI_Xdata

CALLXMIT_VALUE

;写读状态寄存器地址,高8位

SPISTE_HIGH

;置高SPISTE引脚,禁止X5043

LDP  #0

BIT SPI_Xdata,BIT0

BCNDRSDR_WIP,TC

;测试状态寄存器WIP位。

如果WIP=1,正在进行内部写操作。

;等待内部写操作完成进行下一步操作

RET

   使用上述判断子程序能够保证X5043完成内部写操作。

向X5043存储器阵列写入数据时后面将跟随一次非易失性写操作。

可以读状态寄存器检查WIP位，若WIP为高则非易失性写正在进行。

X5043存储器非易失性写周期为10mS，也可以在一个写操作完成后作一个大于10mS的延时，以保证X5043完成内部写操作。

   3.5.3向X5043EEPROM存储器阵列中写数据

   如图4所示，向EEPROM存储器阵列写入任何数据之前，必须用WREN指令设置WEL位。

首先将CS拉低，向器件输入WREN指令，然后拉高/CS。

再次拉低/CS并输入WRITE指令，紧跟随8位地址，然后是要写入的数据。

WRITE指令的位3是地址位A8，该位选择阵列的高半部分或是低半部分。

如果/CS在WREN和WRITE之间不变为高，则WRITE指令将被忽略。

为了完成写操作，在最后一个被写入的数据字节的位0完成后/CS必须被拉高。

如果它在任何其它时间被拉高，写操作将不完成。

写1个字节数据的程序代码如下：

WRITE:

    KICK_DOG

    CALLRSDR_WIP

    ;读状态寄存器检查WIP位 

    ;写WREN指令代码段

    SPISTE_LOW

;置低SPISTE引脚,从而选通X5043

    LDP  #0

    SPLK #WREN,SPI_Xdata

    CALLXMIT_VALUE

    SPISTE_HIGH 

;置高SPISTE引脚,禁止X5043

    CALLRSDR_WIP

    ;读状态寄存器检查WIP位

    ;写WRITE指令/地址/数据代码段

    SPISTE_LOW

;置低SPISTE引脚,从而选通X5043

    LDP  #0

    SPLK #WRITEl（h）,SPI_Xdata

    CALLXMIT_VALUE

  ;输入寄存器指令

    LDP  #0

    LACL address1

    SACL SPI_Xdata

    CALL XMIT_VALUE

    ;输入寄存器地址

    LDP  #0

    LACL data1

    SACL SPI_Xdata

    CALL XMIT_VALUE

    ;输入寄存器数据

    SPISTE_HIGH

    ;置高SPISTE引脚,禁止X5043

    CALL RSDR_WIP

    ;读状态寄存器检查WIP位,X5043完成内部非易失性写

    RET

   3.5.4从X5043EEPROM中读取数据

如图5所示，/CS只要拉低选中器件。

8位READ指令送到器件，后面跟随8位地址，就可以读取指定地址下的EEPROM存储器阵列中的数据。

READ指令的位3选择器件的高半部分或是低半部分。

在READ指令码和地址送出后，在选定地址的存储在存储器中的数据即在SO线上移出。

读操作由拉高/CS而终止。

读1个字节数据的程序代码如下：

 READ:

 KICK_DOG

 CALL RSDR_WIP

   ;读状态寄存器检查WIP位

   SPISTE_LOW

;置低SPISTE引脚,从而选通X5043

   LDP  #0

   SPLK #READl（h）,SPI_Xdata

   CALLXMIT_VALUE

   ;输入寄存器指令

   LDP  #0

   LACL address1

   SACL SPI_Xdata

   CALL XMIT_VALUE

  ;输入寄存器地址

   LDP  #0

   LACL data1

   SACL SPI_Xdata

   CALL XMIT_VALUE

   ;此data1无意义，使SPI口连续提供时钟信号,使数据输出

   ;输出的数据存储在SPI_Xdata中

   SPISTE_HIGH

   ;置高SPISTE引脚,禁止X5043

   RET

   由于X