基于TMS320F2812的SPI接口设计方案

目前，在一些控制系统中需要不断地调整参数或者改变相关的设置，才能取得良好的控制效果，并且将这些参数在掉电之前保存下来，从而确保下次运行时可以直接使用已经调整好的参数，而不必重新设置。这就需要EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，电可擦可编程只读存储器)，一种掉电后数据不丢失的存储芯片，来存储这些数据。随着DSP芯片在控制系统中的应用越来越广泛，越来越多的控制系统采用DSP的SPI模块来对EEPROM进行操作，以实现数据的存储记录。
TMS320F2812是TI公司推出的一款用于控制系统的高性能、多功能、高性价比的32位定点DSP芯片。TMS320F2812采用哈佛总线结构，具有密码保护机制，可在一个周期内进行双16×16乘加和32×32乘加操作，从而兼顾控制和快速运算的双重功能；芯片上集成了多种外设，尤其是2个事件管理器为电动机以及功率变换控制提供了很大的便利，因此在控制系统中得到了很广泛的应用。下面以Microchip公司的EEPROM 25LC040为例，介绍TMS320F2812的SPI接口设计。

1 主要芯片简介
1．1 TMS320F2812 SPI模块
SPI总线是一种同步串行外设接口，它可以使控制芯片以串行方式与各种外围设备进行通信。该接口一般使用4条线：串行时钟线(SCK)、主机输入／从机输出数据线MISO、主机输出／从机输入数据线MOSI和片选信号STE。
TMS320F2812的SPI模块有主从两种工作模式，可以通过寄存器来设置(其数据长度可以配置为1～16位，具有125种可编程的波特率)；通过时钟极性和时钟相位可以将SPI模块配置成4种不同的时钟模式；有16级发送／接收FIFO，并且具有延时发送的功能，可以通过中断或者查询的方式来完成数据的发送和接收。
SPI模块有8个寄存器需要设置，用来控制SPI的操作：SPICCR、SPICTL用来配置SPI的工作状态；SPISTS用来获取SPI的状态信息，包括2个接收状态位和1个发送缓冲状态位，可以通过查询这些状态位来判断是否完成数据的接收或者发送；SPIBRR用来设置SPI的波特率；SPIRXB-UF和SPITXBUF分别用来接收和发送数据；SPIDAT装载SPI要发送的数据，SPIPRI用来设置SPI中断的优先级。
1．2 EEPROM芯片25LC040
25LC040是SPI接口的4 Kb EEPROM，至少可以擦写1 000万次，数据至少可以保存200年，可以满足大部分数据存储的要求。DSP必须能通过相应的指令实现对25LC040的访问。25LC040的操作指令如表1所列。

表1中，A8是读／写开始地址的第9位。25LC2040是512×8位的EEPROM，分成上下两页，每页256个字节，通过选择A8可以实现对不同页的操作。

1．2．1 读时序
当片选信号为低时，向25LC040传送8位的读指令(0000 A8011)，紧接着传送需要读取数据的低8位地址。当正确的读写指令和地址被识别后，EEPROM中对应地址的数据将会由输出引脚顺次传出，若继续提供时钟信号，下一位地址对应的数据也会依次读出。当片选信号为高时，读数据的操作将会被终止。其具体操作如图1所示。图中，CS为片选信号，SCK为时钟信号，SI为输入引脚信号，SO为输出引脚信号。

1．2．2 写时序
在对25LC040进行任何写操作之前，必须先执行WREN(写使能)指令。写使能指令的操作如图2所示。先使片选信号为低，然后传送写使能指令到25LC040中，指令传送完毕后，必须将片选信号设置为高以完成写使能操作。如果写指令传送结束后没有拉高片选信号，直接进行写操作，那么数据将不会写入到存储阵列中。

写使能操作完成后，片选信号应该被拉低以进行写操作，时序如图3所示。写指令、写入地址以及写入的数据会被依次传送到25LC040中。若要使数据正确地写入到存储阵列中，片选信号应该在最后一个有效字节的D0位传送完毕后被拉高。

2 TMS320F2812的SPI接口设计
TMS320F2812与25LC040的硬件连接如图4所示。TMS320F2812工作在主模式，SPISIMO为主模式下的数据输出接口，连接到25LC040的数据接收端口；SPISOMI为主模式下的数据输入接口，连接到25LC040的数据发送端口；时钟信号SPICLK和片选信号SPISTE均由TMS320F2812产生。写保护引脚直接接高电平以确保25LC040总是可以被写入。

2．1 SPI模块的设置
SPI模块的波特率可由如下两种情况计算得出：
①SPIBRR=3～127，波特率的计算公式为：
SPI波特率=LSPCLK／(SPIBRR+1)
②SPIBRR=O～2，波特率的计算公式为：
SPI波特率=LSPCLK／4
LSPCLK是TMS320F2812的低速外设时钟频率；SPIBRR是SPIBRR寄存器的值。将LSPCLK设置成37．5 MHz，25LC040的最大时钟频率为2 MHz，SPI的波特率应该小于2 MHz，即37．5／(SPIBRR+1)≤2，SPIBRR的取值范围为SPIBRR≥18。
通信中将SPISIMO、SPISOMI和SPICLK设置为基本功能SPI口，SPISTE设置为一般I／O口。作为25LC040的片选信号，当主／从控制器进行数据交换时，SPISTE配置成低电平，数据传输结束后再配置成高电平。
TMS320F2812的数据寄存器都是16位的，且接收和发送都是双缓冲的，而25LC040的地址和数据寄存器都是8位的，因此将SPI模块的数据长度设置成8位。发送缓冲寄存器SPITXBUF中的数据以左对齐的方式发送，先发送数据的最高位，因此在发送数据前必须将等待发送的数据放在SPITXBUF的高8位。当要对25LC2040进行写使能操作时，写入SPITXBUF的数据应为Ox0600。TMS320F2812则是以右对齐的方式来接收数据的，8位的数据被放在SPITXBUF的低8位上。