CN104238412A - 基于dsp驱动的光电隔离型类spi通道 - Google Patents

基于dsp驱动的光电隔离型类spi通道 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于DSP驱动的光电隔离型类SPI通道，包括用于模拟SPI接口的SCLK、SDI、SDO和端口的DSP的普通I/O端口、DSP类的SPI接口、外部设备的SPI接口，DSP的普通I/O端口通过光电隔离装置和整形电路与外部设备的SPI接口对接，形成光电隔离型类SPI通道。本发明利用光电隔离技术来有效地减弱或消除外界及系统内部间的干扰，提高信号传输的准确性和系统工作的可靠性；通过类SPI通道使DSP方便灵活地与不同外部设备的SPI口对接，实现类SPI正常通信；通过中断查询的方式来实现时间精确划分，使得定时精确性得到保证，并且不占用DSP的资源，既简化程序的编写，又能有效提高DSP的利用率。

Description

基于DSP驱动的光电隔离型类SPI通道
技术领域
本发明涉及一种光电隔离型类SPI通道，特别是一种应用在基于DSP驱动的复杂测控系统中需要SPI同步串行通信和要求抗干扰的场合中。
背景技术
DSP（Digital Signal Processing）,DSP芯片为数字信号处理器，由于具备高速、灵活、低功耗和便于接口扩展等特点，在数字信号控制领域的作用越来越突出，同时在测控系统中DSP平台上开发应用类SPI通信，对于扩展SPI通道技术和DSP技术在测控系统中的应用具有重要意义。SPI (Serial Peripheral Interface)是一种同步串行外设接口，它能够方便地实现MCU与外部设备间的通信，具有接口线少、通讯效率高等特点，在电路集成设计中得到了广泛应用。SPI通道可采用接口直接对接的方式，实现主设备和外部设备间的通信。但在复杂的测控系统中，由于存在以下方面原因导致SPI的直接对接控制在应用中存在问题：（1）主设备和外部设备本身所具有的SPI工作时序模式不同；（2）主设备可能控制多个不同SPI时序的外部设备；（3）工业现场环境复杂恶劣，干扰源众多，SPI信号在传输过程中会受到各种各样的干扰，并且距离越长干扰越严重，以致信号传输产生错误。此时，传统的SPI接口对接方式实现起来比较复杂，甚至不能够满足通信需要。
文献《AVR单片机SPI通信的一种抗干扰方法》给出了一种AVR单片机SPI通信抗干扰方法，但是软件方式实现起来较复杂，且较难将已进入通道的干扰消除或减弱。
发明内容
本发明是针对由DSP驱动的复杂测控系统中SPI同步串行通信中的信号抗干扰问题和SPI时序冲突问题，提出了一种基于DSP驱动的光电隔离型类SPI通道，通过光电隔离技术来有效地减弱或消除外界及系统内部间的干扰，提高数据传输的准确性和系统工作的可靠性；通过类SPI通道使DSP方便灵活地与不同外部设备的SPI口对接，实现类SPI正常通信；通过中断查询的方式来实现时间精确划分，使得定时精确性得到保证，并且不占用DSP的资源，既简化程序的编写，又能有效提高DSP的利用率。
本发明的技术方案为：一种基于DSP驱动的光电隔离型类SPI通道，包括用于模拟SPI接口的SCLK、SDI、SDO和                                               端口的DSP的普通I/O端口、自定义的用户寄存器和缓冲区组成的DSP类的SPI接口、外部设备的SPI接口，其特点是：DSP的普通I/O端口通过光电隔离装置和整形电路与外部设备的SPI接口对接，形成光电隔离型类SPI通道。
DSP为主设备用于控制时钟信号SCLK和片选信号。DSP和外部设备分别连接不同的电源和地系统。整形电路用于克服光电隔离装置产生的信号爬坡效应。 DSP的接口还可以为MCU接口。SPI数据采样时刻和输出时刻具有时钟空闲时刻为低电平状态和时钟空闲时刻为高电平状态下的四种不同的工作模式。DSP设有采用中断查询的方式来实现时间精确划分的定时器。
本发明的有益效果在于：利用光电隔离技术来有效地减弱或消除外界及系统内部间的干扰，提高信号传输的准确性和系统工作的可靠性；通过类SPI通道使DSP方便灵活地与不同外部设备的SPI口对接，实现类SPI正常通信；通过中断查询的方式来实现时间精确划分，使得定时精确性得到保证，并且不占用DSP的资源，既简化程序的编写，又能有效提高DSP的利用率。通道具有抗干扰性好和SPI时序控制方便灵活等特点。
附图说明
图1是基于DSP驱动的光电隔离型类SPI通道基本原理和数据交换示意图；
图2是基于DSP驱动的光电隔离型类SPI通道通信控制流程图；
图3是基于DSP驱动的光电隔离型类SPI通道SPI数据的不同采样时刻和输出时刻图；
图4是基于DSP驱动的光电隔离型类SPI通道时钟信号前后对比效果图。
具体实施方式
如图1所示，一种基于DSP驱动的光电隔离型类SPI通道，DSP和外部设备以主从方式工作，DSP数字信号处理芯片为主设备，外部设备为任意带SPI接口的设备。采用DSP的普通I/O端口来模拟SPI接口的SCLK、SDI、SDO和端口，其中：SCLK为串行时钟输出端，SDI为串行输入信号端和数据端，SDO为串行数据输出端和同步信号端。加上自定义的用户寄存器和缓冲区组成DSP的类SPI接口，通过光电隔离装置和整形电路与外部设备的SPI接口对接，形成光电隔离型类SPI通道。
DSP为主设备用于控制时钟信号SCLK和片选信号。DSP和外部设备分别连接不同的电源和地系统。整形电路用于克服光电隔离装置产生的信号爬坡效应。 DSP的接口还可以为MCU接口。
如图1所示的基于DSP驱动的光电隔离型类SPI通道数据交换示意图的类SPI通信的实质是两个简单的移位寄存器数据（以8位为例）交换的过程，在主设备DSP产生的外部设备使能信号和移位脉冲下，按位传输，高位在前，低位在后。为了使通信准确无误，DSP需精确地控制时钟信号，设计采用DSP的定时器以中断查询的方式来控制SCLK，从而完成双方数据的交换。初始化成功后，定时周期到来时，先判断数据是否已准备好，若准备好，则在SCLK 引脚上输出低/高电平，产生一个下降沿，输出数据的高位 BIT7，下一个定时周期到来后，把SCLK的电平拉高/低，寄存器中的数据依次右移一位，定时周期再次来临时，再将SCLK引脚的电平拉低/高，又一次输出寄存器的高位（此时输出的就是原来寄存器中的次高位 BIT6 位），如此重复，寄存器右移八次就完成了数据的发送。同理，接收数据时，定时周期到来时，先把SCLK引脚的电平拉低/高，产生一个下降/上升沿，检测SDI的电平，记入相应寄存器中，定时周期再次到来后，把SCLK的输出电平拉高/低，就完成了一个字符位的接收，如此8次后就接收到了一个字节的数据。此控制方式可以根据不同时序要求的外部设备灵活运用。
图2是本发明实现类SPI通信功能的控制流程图，光电隔离型类 SPI通道通信功能控制流程包含以下5个步骤：
(1) 配置主设备DSP和外部设备对应的输入输出端口，定义用户寄存器和缓冲区等，系统初始化和SPI初始化；
(2)主程序扫描，判断外部设备SPI数据是否准备好；
(3)时钟起振，产生相应的同步时序信号；
(4)数据发送接收处理；
(5)停止时钟信号，复位参数，等待下一轮查询。
图3所示为本发明通道中SPI数据的不同采样时刻和输出时刻，有以下四种工作模式，可由软件来设定。
时钟空闲时刻为低电平状态时：
（a）第一个边沿（上升沿）采样数据，第二个边沿（下降沿）输出数据。
（b）第二个边沿（下降沿）采样数据，第一个边沿（上升沿）输出数据。
时钟空闲时刻为高电平状态时：
（c）第一个边沿（下降沿）采样数据，第二个边沿（上升沿）输出数据。
（d）第二个边沿（上升沿）采样数据，第一个边沿（下降沿）输出数据。
图4所示为本发明通道中时钟信号的前后对比效果图，其中（a）图为DSP的I/O端口输出的未经光电耦合器前的波形，可以看到上面的毛刺很多，且部分干扰已经达到了±1V左右；（b）图是经过了光电耦合器之后整形前的波形，虽然出现了爬坡现象，但是滤除干扰的效果非常明显，基本没有毛刺；（c）图为经过整形电路修正后的波形，可以看出较之前有了明显的改善。

Claims (7)

1.一种基于DSP驱动的光电隔离型类SPI通道，包括用于模拟SPI接口的SCLK、SDI、SDO和                                               端口的DSP的普通I/O端口、自定义的用户寄存器和缓冲区组成的DSP类的SPI接口、外部设备的SPI接口，其特征在于：所述DSP的普通I/O端口通过光电隔离装置和整形电路与外部设备的SPI接口对接，形成光电隔离型类SPI通道。
2.根据权利要求1所述基于DSP驱动的光电隔离型类SPI通道，其特征在于：所述 DSP为主设备用于控制时钟信号SCLK和片选信号。
3.根据权利要求1所述基于DSP驱动的光电隔离型类SPI通道，其特征在于，所述DSP和外部设备分别连接不同的电源和地系统。
4.根据权利要求1所述基于DSP驱动的光电隔离型类SPI通道，其特征在于：所述整形电路用于克服光电隔离装置产生的信号爬坡效应。
5.根据权利要求1所述基于DSP驱动的光电隔离型类SPI通道，其特征在于：所述的DSP的接口还可以为MCU接口。
6.根据权利要求1所述基于DSP驱动的光电隔离型类SPI通道，其特征在于：所述SPI数据采样时刻和输出时刻具有时钟空闲时刻为低电平状态和时钟空闲时刻为高电平状态下的四种不同的工作模式。
7.根据权利要求1所述基于DSP驱动的光电隔离型类SPI通道，其特征在于：所述DSP设有采用中断查询的方式来实现时间精确划分的定时器。
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