專利名稱：一種計算機與數(shù)字信號控制器高速通信的方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)字通信方法與裝置。
背景技術(shù)：
在伺服電機控制或逆變電源控制等實時性要求高的自動控制領(lǐng)域中，技術(shù)開發(fā)人 員在現(xiàn)場調(diào)試時需要通過計算機與數(shù)字信號控制器進(jìn)行通信以獲取電機的目標(biāo)轉(zhuǎn)速、反饋 轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速誤差、轉(zhuǎn)子位置，電機繞組即時電流等實時參數(shù)，逆變器的直流電壓等重要參數(shù)， 這些參數(shù)的實時性要求通常在微秒級。為了滿足實時性要求，數(shù)字信號控制器需采用高速 總線接口與計算機進(jìn)行通信。常用的數(shù)字信號控制器與計算機之間的通信主要采用UART接口，數(shù)字信號控制 器片內(nèi)集成UART接口可以直接與計算機的RS232總線接口通信。RS232總線協(xié)議簡單，但 通信速率最高僅230. 4Kbps，難以滿足較高的實時性要求，且易受干擾、可靠性不高，通信時 數(shù)據(jù)的打包與解包過程也相對繁瑣。USB全稱Universal Serial Bus (通用串行總線)，是一種新型的計算機總線接 口，在2000年發(fā)布的USB2. 0規(guī)范中最高傳輸速度已經(jīng)達(dá)到了 480Mbps (即60MB/s)，目前在 消費電子產(chǎn)品以及智能測控領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，USB總線技術(shù)使得計算機和外部設(shè)備的 連接十分方便。然而，現(xiàn)今的數(shù)字信號控制器內(nèi)卻沒有集成USB總線接口?，F(xiàn)今主流的數(shù)字信號控制器如Mircochip公司的dsPIC30F系列和Texas Instruments公司的TMS320C2000系列，其片內(nèi)集成的通信速率相對較高速接口通常是SPI 總線接口，SPI總線接口通信速率最高可達(dá)30Mb/s，但是由于計算機上沒有SPI總線接口， 數(shù)字信號處理器片無法與計算機直接通信。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中計算機與數(shù)字信號控制器的通信速率與可靠性低的不足，本 發(fā)明提供一種計算機與數(shù)字信號控制器高速通信的方法，可顯著提高計算機與數(shù)字信號控 制器的通信速率與可靠性，滿足自動控制的實時性要求，成本較低。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案包括以下步驟1)數(shù)字信號控制器內(nèi)的SPI接口為主設(shè)備發(fā)送模式；通信的數(shù)據(jù)字長為16位 (bit)或8位(bit)；采用中斷的方式或定時的方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送。2)在數(shù)字信號控制器與串入并出轉(zhuǎn)換裝置之間設(shè)置隔離裝置，將數(shù)字信號控制器 SPI接口發(fā)出的數(shù)據(jù)信號、時鐘信號和從設(shè)備選擇信號進(jìn)行隔離。3)檢測數(shù)字信號控制器SPI接口的時鐘信號與從設(shè)備選擇信號，并在SPI接口時 鐘的上升沿(當(dāng)數(shù)字信號控制器SPI接口為下降沿發(fā)送數(shù)據(jù)時)或下降沿(當(dāng)數(shù)字信號控 制器SPI接口為上升沿發(fā)送數(shù)據(jù)時)且從設(shè)備選擇信號為有效時接收數(shù)據(jù)，并完成串入并 出轉(zhuǎn)換。4)在USB設(shè)備控制器內(nèi)開辟數(shù)據(jù)緩沖區(qū)接收串入并出轉(zhuǎn)換裝置并行發(fā)送的數(shù)據(jù)，當(dāng)緩沖區(qū)已滿時，采用USB2. 0總線接口將緩沖區(qū)內(nèi)容發(fā)送至計算機。本發(fā)明提供一種實現(xiàn)上述方法的裝置，包括供電電路、高速光耦合器隔離電路、復(fù) 雜可編程邏輯器件、USB設(shè)備控制器和電可擦除存儲器。本裝置采用USB總線電源供電而 無需單獨提供電源。供電電路將USB總線提供的5V電壓變換成3. 3V電壓，一方面為高速 光耦合隔離電路的副邊與復(fù)雜可編程邏輯器件提供電源，另一方面為USB設(shè)備控制器提供 電源。高速光耦合器隔離電路對SPI總線的時鐘信號、數(shù)據(jù)信號、SPI從設(shè)備選擇信號進(jìn)行 數(shù)字隔離，復(fù)雜可編程邏輯器件接收經(jīng)高速光耦合器隔離后的數(shù)據(jù)信號，并將數(shù)據(jù)位(bit) 組合成數(shù)據(jù)字(Word)然后將其發(fā)送至USB設(shè)備控制器內(nèi)的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)。USB設(shè)備控制器 電路將數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)通過USB2. 0總線發(fā)送至計算機；電可擦除存儲器電路在整個 裝置上電時將存儲在電可擦除存儲器內(nèi)的USB設(shè)備控制器固件代碼下載至USB設(shè)備控制器 內(nèi)以使其完成初始化及配置。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明設(shè)計的方法及裝置可以顯著提高數(shù)字信號控制器與 計算機之間的通信速率數(shù)字信號控制器SPI接口與可編程復(fù)雜邏輯器件之間通信速率為 30Mb/s，總體通信速率為521KB/s，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于RS232總線通信速率。下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。


圖1是本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意中，1-數(shù)字信號控制器；2-數(shù)字信號控制器內(nèi)的SPI總線接口 ；3-高速光耦合 器；4-串入并出轉(zhuǎn)換裝置；5-USB設(shè)備控制器；6-USB設(shè)備內(nèi)的端點緩沖區(qū)；7-計算機內(nèi)的 USB主控制器；8-計算機；9-供電電路；10-電可擦除存儲器電路。圖2是本發(fā)明中的復(fù)雜可編程邏輯器件功能示意圖。圖中，3-高速光耦合器；4-復(fù)雜可編程邏輯器件；6-USB設(shè)備端點緩沖區(qū)。
具體實施例方式為了體現(xiàn)本發(fā)明的可實施性，這里以Texas Instruments公司的數(shù)字控制器 TMS320F28335與Cypress公司的USB設(shè)備控制器CY7C68013為例采用本發(fā)明的裝置與計算 機進(jìn)行通信。本發(fā)明工作時1)按照步驟1)的要求，配置好數(shù)字信號控制器內(nèi)的SPI通信模塊2)在數(shù)字信號控制器與串入并出轉(zhuǎn)換裝置之間采用高速光耦合器對數(shù)字信號控 制器SPI接口發(fā)出的數(shù)據(jù)信號、時鐘信號和從設(shè)備選擇信號進(jìn)行隔離，高速光耦合器的帶 寬必須大于SPI時鐘頻率，如SPI時鐘為30MHz，則高速光耦合器的帶寬就必須高于30MHz。 本發(fā)明涉及的裝置采用高速光耦A(yù)DUM1401C，其帶寬為90MHz。3)串入并出轉(zhuǎn)換裝置檢測數(shù)字信號控制器SPI接口的時鐘的上升沿(當(dāng)數(shù)字信號 控制器SPI接口為下降沿發(fā)送數(shù)據(jù)時)或下降沿(當(dāng)數(shù)字信號控制器SPI接口為上升沿發(fā) 送數(shù)據(jù)時)、從設(shè)備選擇信號以及USB設(shè)備控制器內(nèi)的緩沖區(qū)的狀態(tài)信號；在SPI總線時鐘 的上升沿(當(dāng)數(shù)字信號控制器SPI接口為下降沿發(fā)送數(shù)據(jù)時)或下降沿(當(dāng)數(shù)字信號控制 器SPI接口為上升沿發(fā)送數(shù)據(jù)時)且從設(shè)備選擇信號為有效時接收數(shù)據(jù)；將每16個(通信數(shù)據(jù)字長為16位(bit)時)或8個(通信數(shù)字字長為8位(bit)時)二進(jìn)制位(bit)組 合成1個數(shù)據(jù)字(Word)并且在USB設(shè)備控制器內(nèi)的緩沖區(qū)的狀態(tài)信號表明緩沖區(qū)未滿時 將這1個數(shù)據(jù)字(Word)并行發(fā)送至USB設(shè)備控制器內(nèi)的緩沖區(qū)內(nèi)。本發(fā)明涉及的裝置采 用復(fù)雜可編程器件EPM3U8ATC100完成串入并出轉(zhuǎn)換任務(wù)。4)在USB設(shè)備內(nèi)部開辟緩沖區(qū)，并由USB設(shè)備控制器對其內(nèi)部的緩沖器實時監(jiān)測， 當(dāng)緩沖區(qū)已滿時，將其內(nèi)部的數(shù)據(jù)通過USB總線發(fā)送至計算機，USB傳輸方式為批量傳輸方 式(Bulk)。本發(fā)明涉及的裝置采用CY7C68013A作為USB設(shè)備控制器，在其內(nèi)部開辟大小為 256個字節(jié)(Byte)的緩沖區(qū)，其USB設(shè)備控制器內(nèi)的固件程序采用Cypress公司提供的固 件程序框架，只需將傳輸方式配置為批量傳輸(Bulk)即可。為更具體說明本發(fā)明涉及的方法及裝置，下面給出實例實施步驟1)配置數(shù)字信號控制器的SPI總線接口模塊數(shù)字信號控制器TMS320F28335采用外部30MHz晶振，經(jīng)片內(nèi)鎖相環(huán)8倍頻與分 頻器2分頻后得到系統(tǒng)時鐘為120MHz ；SPI模塊工作在增強FIFO緩沖模式，建立16級 深度的發(fā)送和接收緩沖，工作方式選擇主設(shè)備發(fā)送方式；SPI模塊時鐘定為30MHz (Texas Instruments技術(shù)手冊規(guī)定SPI模塊時鐘不得超過系統(tǒng)時鐘的四分之一 )；SPI模塊的通信 數(shù)據(jù)字長為16位；時鐘模式為無相位延遲的下降沿模式，高電平有效；數(shù)據(jù)發(fā)送為定時發(fā) 送，每50 μ s將若干個16位的數(shù)打入FIFO緩沖然后由SPI模塊發(fā)送。完成以上配置后，可用示波器測量SPI總線的時鐘信號與SPI從設(shè)備選擇信號，可 以觀察到只有當(dāng)SPI時鐘信號存在時，SPI從設(shè)備選擇信號才為低電平，并且只有當(dāng)SPI從 設(shè)備選擇信號為低電平時SPI時鐘信號才存在。2)將數(shù)字信號控制器TMS320F28335的SPI模塊與本發(fā)明設(shè)計的硬件裝置用數(shù)據(jù) 線0根)連接起來，可以用示波器觀察高速光耦合隔離器的副邊輸出。如果高速光耦合隔離器正常，應(yīng)能用示波器在其副邊觀察到隔離后的SPI總線的 時鐘信號與SPI從設(shè)備選擇信號。3)下載復(fù)雜可編程邏輯器件內(nèi)的所需的代碼。完成上述工作后，如果復(fù)雜可編程邏輯器件正常，應(yīng)能用示波器在復(fù)雜可編程邏 輯器件的輸出數(shù)據(jù)總線上觀察到數(shù)據(jù)信號的波形。4)將Cypress公司提供的CY7C68013固件程序下載至電可擦除存儲器內(nèi)。5)在計算機上安裝Cypress公司提供的通用USB設(shè)備驅(qū)動程序。6)使用應(yīng)用軟件讀取USB總線上的數(shù)據(jù)，應(yīng)用軟件可根據(jù)特定需求使用Visual C++ 或 LabVIEW/CVI 或 LabVIEW 自行開發(fā)。
權(quán)利要求
1.一種計算機與數(shù)字信號控制器高速通信的方法，其特征在于包括以下步驟1)數(shù)字信號控制器內(nèi)的SPI接口為主設(shè)備發(fā)送模式；通信的數(shù)據(jù)字長為16位或8位； 采用中斷的方式或定時的方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送；2)在數(shù)字信號控制器與串入并出轉(zhuǎn)換裝置之間設(shè)置隔離裝置，將數(shù)字信號控制器SPI 接口發(fā)出的數(shù)據(jù)信號、時鐘信號和從設(shè)備選擇信號進(jìn)行隔離；3)檢測數(shù)字信號控制器SPI接口的時鐘信號與從設(shè)備選擇信號，并在SPI接口時鐘的 上升沿或下降沿且從設(shè)備選擇信號為有效時接收數(shù)據(jù)，并完成串入并出轉(zhuǎn)換；4)在USB設(shè)備控制器內(nèi)開辟數(shù)據(jù)緩沖區(qū)接收串入并出轉(zhuǎn)換裝置并行發(fā)送的數(shù)據(jù)，當(dāng)緩 沖區(qū)已滿時，采用USB2. 0總線接口將緩沖區(qū)內(nèi)容發(fā)送至計算機。
2.實現(xiàn)權(quán)利要求1所述計算機與數(shù)字信號控制器高速通信的方法的裝置，包括供電電 路、高速光耦合器隔離電路、復(fù)雜可編程邏輯器件、USB設(shè)備控制器和電可擦除存儲器，其特 征在于所述的供電電路將USB總線提供的5V電壓變換成3. 3V電壓，一方面為高速光耦合 隔離電路的副邊與復(fù)雜可編程邏輯器件提供電源，另一方面為USB設(shè)備控制器提供電源； 高速光耦合器隔離電路對SPI總線的時鐘信號、數(shù)據(jù)信號、SPI從設(shè)備選擇信號進(jìn)行數(shù)字隔 離，復(fù)雜可編程邏輯器件接收經(jīng)高速光耦合器隔離后的數(shù)據(jù)信號，并將數(shù)據(jù)位組合成數(shù)據(jù) 字，然后將其發(fā)送至USB設(shè)備控制器內(nèi)的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)；USB設(shè)備控制器電路將數(shù)據(jù)緩沖區(qū) 內(nèi)的數(shù)據(jù)通過USB2. 0總線發(fā)送至計算機；電可擦除存儲器電路在整個裝置上電時將存儲 在電可擦除存儲器內(nèi)的USB設(shè)備控制器固件代碼下載至USB設(shè)備控制器內(nèi)以使其完成初始 化及配置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種計算機與數(shù)字信號控制器高速通信的方法與裝置，高速光耦合器隔離電路對SPI總線的時鐘信號、數(shù)據(jù)信號、SPI從設(shè)備選擇信號進(jìn)行數(shù)字隔離，復(fù)雜可編程邏輯器件接收經(jīng)高速光耦合器隔離后的數(shù)據(jù)信號，并將數(shù)據(jù)位組合成數(shù)據(jù)字，然后將其發(fā)送至USB設(shè)備控制器內(nèi)的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)USB設(shè)備控制器電路將數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)通過USB2.0總線發(fā)送至計算機；電可擦除存儲器電路在整個裝置上電時將存儲在電可擦除存儲器內(nèi)的USB設(shè)備控制器固件代碼下載至USB設(shè)備控制器內(nèi)以使其完成初始化及配置。本發(fā)明可以顯著提高數(shù)字信號控制器與計算機之間的通信速率。
文檔編號G06F13/42GK102129417SQ20111005817
公開日2011年7月20日 申請日期2011年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月10日
發(fā)明者盧剛, 呂志寬, 周勇, 周奇勛, 孟凡軍, 常建軍, 張玉峰, 李聲晉, 沈銳, 皇甫劍鋒 申請人:西北工業(yè)大學(xué)