CN102129417A

CN102129417A - 一种计算机与数字信号控制器高速通信的方法与装置

Info

Publication number: CN102129417A
Application number: CN2011100581720A
Authority: CN
Inventors: 卢刚; 李声晋; 周勇; 常建军; 张玉峰; 周奇勋; 皇甫剑锋; 吕志宽; 沈锐; 孟凡军
Original assignee: Northwestern Polytechnical University
Current assignee: Northwestern Polytechnical University
Priority date: 2011-03-10
Filing date: 2011-03-10
Publication date: 2011-07-20

Abstract

本发明公开了一种计算机与数字信号控制器高速通信的方法与装置，高速光耦合器隔离电路对SPI总线的时钟信号、数据信号、SPI从设备选择信号进行数字隔离，复杂可编程逻辑器件接收经高速光耦合器隔离后的数据信号，并将数据位组合成数据字，然后将其发送至USB设备控制器内的数据缓冲区内USB设备控制器电路将数据缓冲区内的数据通过USB2.0总线发送至计算机；电可擦除存储器电路在整个装置上电时将存储在电可擦除存储器内的USB设备控制器固件代码下载至USB设备控制器内以使其完成初始化及配置。本发明可以显著提高数字信号控制器与计算机之间的通信速率。

Description

一种计算机与数字信号控制器高速通信的方法与装置

技术领域

本发明涉及一种数字通信方法与装置。

背景技术

在伺服电机控制或逆变电源控制等实时性要求高的自动控制领域中，技术开发人员在现场调试时需要通过计算机与数字信号控制器进行通信以获取电机的目标转速、反馈转速、转速误差、转子位置，电机绕组即时电流等实时参数，逆变器的直流电压等重要参数，这些参数的实时性要求通常在微秒级。为了满足实时性要求，数字信号控制器需采用高速总线接口与计算机进行通信。

常用的数字信号控制器与计算机之间的通信主要采用UART接口，数字信号控制器片内集成UART接口可以直接与计算机的RS232总线接口通信。RS232总线协议简单，但通信速率最高仅230.4Kbps，难以满足较高的实时性要求，且易受干扰、可靠性不高，通信时数据的打包与解包过程也相对繁琐。

USB全称Universal Serial Bus(通用串行总线)，是一种新型的计算机总线接口，在2000年发布的USB2.0规范中最高传输速度已经达到了480Mbps(即60MB/s)，目前在消费电子产品以及智能测控领域得到了广泛应用，USB总线技术使得计算机和外部设备的连接十分方便。然而，现今的数字信号控制器内却没有集成USB总线接口。

现今主流的数字信号控制器如Mircochip公司的dsPIC30F系列和Texas Instruments公司的TMS320C2000系列，其片内集成的通信速率相对较高速接口通常是SPI总线接口，SPI总线接口通信速率最高可达30Mb/s，但是由于计算机上没有SPI总线接口，数字信号处理器片无法与计算机直接通信。

发明内容

为了克服现有技术中计算机与数字信号控制器的通信速率与可靠性低的不足，本发明提供一种计算机与数字信号控制器高速通信的方法，可显著提高计算机与数字信号控制器的通信速率与可靠性，满足自动控制的实时性要求，成本较低。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

1)数字信号控制器内的SPI接口为主设备发送模式；通信的数据字长为16位(bit)或8位(bit)；采用中断的方式或定时的方式实现数据的发送。

2)在数字信号控制器与串入并出转换装置之间设置隔离装置，将数字信号控制器SPI接口发出的数据信号、时钟信号和从设备选择信号进行隔离。

3)检测数字信号控制器SPI接口的时钟信号与从设备选择信号，并在SPI接口时钟的上升沿(当数字信号控制器SPI接口为下降沿发送数据时)或下降沿(当数字信号控制器SPI接口为上升沿发送数据时)且从设备选择信号为有效时接收数据，并完成串入并出转换。

4)在USB设备控制器内开辟数据缓冲区接收串入并出转换装置并行发送的数据，当缓冲区已满时，采用USB2.0总线接口将缓冲区内容发送至计算机。

本发明提供一种实现上述方法的装置，包括供电电路、高速光耦合器隔离电路、复杂可编程逻辑器件、USB设备控制器和电可擦除存储器。本装置采用USB总线电源供电而无需单独提供电源。供电电路将USB总线提供的5V电压变换成3.3V电压，一方面为高速光耦合隔离电路的副边与复杂可编程逻辑器件提供电源，另一方面为USB设备控制器提供电源。高速光耦合器隔离电路对SPI总线的时钟信号、数据信号、SPI从设备选择信号进行数字隔离，复杂可编程逻辑器件接收经高速光耦合器隔离后的数据信号，并将数据位(bit)组合成数据字(Word)然后将其发送至USB设备控制器内的数据缓冲区内。USB设备控制器电路将数据缓冲区内的数据通过USB2.0总线发送至计算机；电可擦除存储器电路在整个装置上电时将存储在电可擦除存储器内的USB设备控制器固件代码下载至USB设备控制器内以使其完成初始化及配置。

本发明的有益效果是：本发明设计的方法及装置可以显著提高数字信号控制器与计算机之间的通信速率：数字信号控制器SPI接口与可编程复杂逻辑器件之间通信速率为30Mb/s，总体通信速率为521KB/s，远远高于RS232总线通信速率。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

附图说明

图1是本发明的总体结构示意图

图中，1-数字信号控制器；2-数字信号控制器内的SPI总线接口；3-高速光耦合器；4-串入并出转换装置；5-USB设备控制器；6-USB设备内的端点缓冲区；7-计算机内的USB主控制器；8-计算机；9-供电电路；10-电可擦除存储器电路。

图2是本发明中的复杂可编程逻辑器件功能示意图。

图中，3-高速光耦合器；4-复杂可编程逻辑器件；6-USB设备端点缓冲区。

具体实施方式

为了体现本发明的可实施性，这里以Texas Instruments公司的数字控制器TMS320F28335与Cypress公司的USB设备控制器CY7C68013为例采用本发明的装置与计算机进行通信。

本发明工作时：

1)按照步骤1)的要求，配置好数字信号控制器内的SPI通信模块

2)在数字信号控制器与串入并出转换装置之间采用高速光耦合器对数字信号控制器SPI接口发出的数据信号、时钟信号和从设备选择信号进行隔离，高速光耦合器的带宽必须大于SPI时钟频率，如SPI时钟为30MHz，则高速光耦合器的带宽就必须高于30MHz。本发明涉及的装置采用高速光耦ADUM1401C，其带宽为90MHz。

3)串入并出转换装置检测数字信号控制器SPI接口的时钟的上升沿(当数字信号控制器SPI接口为下降沿发送数据时)或下降沿(当数字信号控制器SPI接口为上升沿发送数据时)、从设备选择信号以及USB设备控制器内的缓冲区的状态信号；在SPI总线时钟的上升沿(当数字信号控制器SPI接口为下降沿发送数据时)或下降沿(当数字信号控制器SPI接口为上升沿发送数据时)且从设备选择信号为有效时接收数据；将每16个(通信数据字长为16位(bit)时)或8个(通信数字字长为8位(bit)时)二进制位(bit)组合成1个数据字(Word)并且在USB设备控制器内的缓冲区的状态信号表明缓冲区未满时将这1个数据字(Word)并行发送至USB设备控制器内的缓冲区内。本发明涉及的装置采用复杂可编程器件EPM3128ATC100完成串入并出转换任务。

4)在USB设备内部开辟缓冲区，并由USB设备控制器对其内部的缓冲器实时监测，当缓冲区已满时，将其内部的数据通过USB总线发送至计算机，USB传输方式为批量传输方式(Bulk)。本发明涉及的装置采用CY7C68013A作为USB设备控制器，在其内部开辟大小为256个字节(Byte)的缓冲区，其USB设备控制器内的固件程序采用Cypress公司提供的固件程序框架，只需将传输方式配置为批量传输(Bulk)即可。

为更具体说明本发明涉及的方法及装置，下面给出实例实施步骤：

1)配置数字信号控制器的SPI总线接口模块

数字信号控制器TMS320F28335采用外部30MHz晶振，经片内锁相环8倍频与分频器2分频后得到系统时钟为120MHz；SPI模块工作在增强FIFO缓冲模式，建立16级深度的发送和接收缓冲，工作方式选择主设备发送方式；SPI模块时钟定为30MHz(Texas Instruments技术手册规定SPI模块时钟不得超过系统时钟的四分之一)；SPI模块的通信数据字长为16位；时钟模式为无相位延迟的下降沿模式，高电平有效；数据发送为定时发送，每50μs将若干个16位的数打入FIFO缓冲然后由SPI模块发送。

完成以上配置后，可用示波器测量SPI总线的时钟信号与SPI从设备选择信号，可以观察到只有当SPI时钟信号存在时，SPI从设备选择信号才为低电平，并且只有当SPI从设备选择信号为低电平时SPI时钟信号才存在。

2)将数字信号控制器TMS320F28335的SPI模块与本发明设计的硬件装置用数据线(4根)连接起来，可以用示波器观察高速光耦合隔离器的副边输出。

如果高速光耦合隔离器正常，应能用示波器在其副边观察到隔离后的SPI总线的时钟信号与SPI从设备选择信号。

3)下载复杂可编程逻辑器件内的所需的代码。

完成上述工作后，如果复杂可编程逻辑器件正常，应能用示波器在复杂可编程逻辑器件的输出数据总线上观察到数据信号的波形。

4)将Cypress公司提供的CY7C68013固件程序下载至电可擦除存储器内。

5)在计算机上安装Cypress公司提供的通用USB设备驱动程序。

6)使用应用软件读取USB总线上的数据，应用软件可根据特定需求使用Visual C++或LabVIEW/CVI或LabVIEW自行开发。

Claims

1.一种计算机与数字信号控制器高速通信的方法，其特征在于包括以下步骤：

1)数字信号控制器内的SPI接口为主设备发送模式；通信的数据字长为16位或8位；采用中断的方式或定时的方式实现数据的发送；

2)在数字信号控制器与串入并出转换装置之间设置隔离装置，将数字信号控制器SPI接口发出的数据信号、时钟信号和从设备选择信号进行隔离；

3)检测数字信号控制器SPI接口的时钟信号与从设备选择信号，并在SPI接口时钟的上升沿或下降沿且从设备选择信号为有效时接收数据，并完成串入并出转换；

2.实现权利要求1所述计算机与数字信号控制器高速通信的方法的装置，包括供电电路、高速光耦合器隔离电路、复杂可编程逻辑器件、USB设备控制器和电可擦除存储器，其特征在于：所述的供电电路将USB总线提供的5V电压变换成3.3V电压，一方面为高速光耦合隔离电路的副边与复杂可编程逻辑器件提供电源，另一方面为USB设备控制器提供电源；高速光耦合器隔离电路对SPI总线的时钟信号、数据信号、SPI从设备选择信号进行数字隔离，复杂可编程逻辑器件接收经高速光耦合器隔离后的数据信号，并将数据位组合成数据字，然后将其发送至USB设备控制器内的数据缓冲区内；USB设备控制器电路将数据缓冲区内的数据通过USB2.0总线发送至计算机；电可擦除存储器电路在整个装置上电时将存储在电可擦除存储器内的USB设备控制器固件代码下载至USB设备控制器内以使其完成初始化及配置。