摘 要：介绍了TMS320C5402 McBSP的结构及主要特点，给出了通过McBSP扩展成SPI串口与PC机及AT89S51单片机通信的设计方案。该方案充分利用DSP的McBSP接口功能，实现了主机、DSP和单片机之间的实时通信。应用结果表明该方案稳定可靠，实际应用良好。
近年来，DSP在电子、通信和控制领域得到了非常广泛的应用，在DSP应用系统设计中与上、下位机的通信必不可少。目前几乎所有的DSP都提供一个或多个串口，然而，多数DSP芯片提供的是同步串口，在实际的应用中，DSP要能够与外设进行异步串行通信，如与PC机进行串行数据传输就要求DSP系统具UART串行接口。另外，由于单片机控制灵活方便、便于键盘及显示的扩展，使得其与DSP结合的更加紧密。针对这种情况，本文研究并实现了DSP与PC机及单片机通信接口的扩展。
1 SPI接口协议
串行外围设备接口(SPI)是MOTOROLA公司提出的一个同步串行外设接口，以主从方式工作，允许CPU 与各种外围接口器件以串行方式进行通信、交换信息。接口包括4条线：串行时钟线(SCK)、主机输入/从机输出线(MIsO)、主机输出/从机输入线(MOSI)、低电平有效的使能信号线(/SS)。这样，仅需3～4根数据线和控制线即可扩展具有SPI接口的各种I/O器件。
2 TMS320VC5402与PC机的异步串口通信
2.1 McBSP的功能与特点
TMS320VC5402芯片具有2个高速、全双工、多通道缓冲串行接口(McBSP)，其方便的数据流控制可使其与大多数同步串行外围设备接口。McBSP通过6个引脚(BDX、BDR、BCLKX、BCLKR、BFSX 和BFSR)与外设接口。
McBSP串口工作于时钟停止模式时与SPI协议兼容。此时，发送器和接收器在内部得到同步，McBSP可作为SPI的主设备或从设备。发送时钟信号(BCLKX)对应于SPI协议中的串行时钟信号(SCK)，发送帧同步信号对应于从设备使能信号(/CS)。在这种方式下对接收时钟信号(BCLKR)和接收帧同步信号(BFSR)不进行连接，因为它们在内部分别与BCLKX和BFSX相连。McBSP工作于SPI模式的主机时，与SPI从设备接口如图1所示。
图1 McBSP作为SPI的主设备
2.2 MAX3111通用异步收发器
MAX3111通用异步收发器是MAXIM 公司为微处理系统设计的通用异步收发器UART，包括振荡器、可编程波特率发生器、可屏蔽的中断源、8字节的接收FIFO缓冲器和两个RS232电平转换器。它应用SPI接口技术直接与主控制器进行通信，通信速率可达230 Kb/s，无需再接入普通的MAX232进行电平转换，即可应用一个芯片实现微控器与PC机或其它设备之间的异步数据传输。
2.3 DSP与MAX3111的接口设计
由于MAX3111是3.3 V器件，DSP的McBSP串行接口工作于SPI模式时可直接与MAX3111连接，实现与RS232设备异步数据传输。此时DSP作为SPI协议中的主设备，发送时钟信号(BCLKX)作为MAX3111的串行时钟输入，发送帧同步脉冲信号(BFSX)作为MAX3111的片选信号(/CS)。BDX与DIN 连接作为发送数据线，BDR与DOUT 连接作为接收数据线。MAX3111的TX 与TIIN连接，RX与R1OUT连接，以便利用其片内的转换
器实现UART到RS232电平的转换。MAX3111的中断信号(IRQ)与DSP的外部中断INTO相连，其接口电路如图2所示。这样硬件上无需任何其它外围器件，由于异步数据的发送和接收由MAX3111以硬件方案实现，所以软件编程只需考虑DSP与MAX3111之间的同步数据通信。
图2 DSP与MAX3111的接口电路
在SPI串行协议中，主设备提供时钟信号并控制数据传输过程，必须对McBSP初始化并设定适当的工作方式才能保证与MAX3111的时序相配合，设计中采用McBSP的时钟停止模式2(CLKSTP=11 b，CLKXP=0) 。
3 TMS320VC5402与AT89S51单片机的串口通信
DSP主机接口HPI具有强大功能的智能外设，主要用于DSP与其它总线或CPU进行连接。DSP与单片机的接口通常采用HPI来实现，但要外加电平转换，硬件电路较复杂。这里采用C5402通过SPI总线与AT89S51单片机进行数据通信，但由于后者不带SPI总线接口，故采用软件模拟SPI串行时钟及输入、输出数据。
图3 DSP与89S5l单片机的接口电路
DSP与AT89S51单片机的接口如图3所示。DSP通过MOSI引脚将要传送的数据写到主机的发送数据寄存器DXR，启动发送过程，在同步时钟BCLKX的控制下将待发的数据从高位到低位逐位送到单片机接收引脚RXD，当RXD接受移位完毕时产生中断，通知主机数据发送完毕。值得注意的是，单片机接收数据时是低位在前，高位在后。对于从机而言，在同步时钟的节拍下将从机移位寄存器SBUF中的数据逐位经MISO移到主机的接收数据寄存器RSR，再拷贝这些数据到接收缓冲寄存器RBR中，最后再送到DRR，当一个完整的数据块接收完后置中断标志，通知从机数据接收完毕。
4 结论
本文介绍了利用TMS320VC5402的2个McBSP扩展与PC机和51系列单片机的通信，硬件设计简单可靠，实用性强，软件上仅需对McBSP进行设置和编程，实现起来非常容易。在足球机器人模型识别与控制过程中完成了PC机、DSP和单片机的实时通信，效果良好。
