现今的工控系统中，为了提高系统的实时性和适用性，一般采用DSP来完成核心算法与控制，而使用MCU来实现人机对话，以实现实时控制功能。这样，DSP和MCU需要一种高效的数据总线来完成它们之间 的大量数据传送。SPI总线由于占用的接口线少，通信效率高，并且大部分处理器芯片都支持，因而是一种理想的设计方案。

　　针对交流伺服系统实际使用的要求，采用TI公司的高性能DSP控制器TMS320LF2407A（简称“2407A”）作为控制核心；选用TI公司生产的MSP430系列单片机中的MSP430F149作为人机界面的控制芯片，来实 现按键和数据采集以及显示的功能；采用SPI串口通信实现单片机与DSP之间的数据传输。

　　1 系统硬件的构成

　　1.1 MSP430

　　MSP430系列单片机是TI公司近几年开发的新一代单片机。该单片机在设计上打破常规采用了全新的概念，其突出的优点是低电源电压、超低功耗、多种功能。由于其功能远远超过其他系列单片机的功能， 因而又称为“混合型单片机”.MSP430具有非常高的集成度，单片集成了多通道的12位A/D转换、片内精密比较器、多个具有PWM功能的定时器、片内USART、看门狗定时器、片内数控振荡器、大量的I/O端 口以及大容量的片内存储器。同时，MSP430F149是Flash存储器型单片机，具有良好的仿真开发技术，设置有JTAG仿真接口和高级语言编译器。在系统支持软件下，在线实现对目标系统的硬件调试及软件 开发，包括汇编语言、C语言、连接及动态调试，具有单步、多断点和跟踪，并且开放全部存储器、寄存器，可以方便、可靠地对系统进行软硬件开发[12].

　　基于以上特点，该系列单片机在便携式仪表、智能传感器、实用检测仪器、电机控制、家庭自动化等领域的应用较为普遍。

1.2 TMS320LF2407A

　　2407A是TI公司为满足工业控制应用，尤其是电机控制而设计的。把一个高性能的 DSP核和许多外围设备集成到单片内。2407A的40 MIPS的处理速度可以满足快速地处理大量数据和算法的需要。

　　2407A具有丰富的外设模块： 3K字的Flash程序存储器、1.5K字的数据/程序RAM、544字双口RAM（DARAM）和2K字的单口RAM（SARAM）、2个事件管理器EVA和EVB、16通道输入的A/D转换器，具有看门狗定时器 模块（WDT）、串行通信接口（SCI）、16位的串行外设接口模块（SPI）、控制器局域网络（CAN）2.0B模块、基于锁相环的时钟发生器、高达40个可单独编程或复用的通用输入/输出引脚、5个外部中断。由此可 以看出，2407A确实有着很强的实时处理能力，不失为高性能伺服驱动控制的理想器件之一[3]。

　　1.3 硬件接口设计与SPI通信的实现

　　SPI通信设备在硬件连接上只需要将主机的发送与从机的接收相连，将主机的接收与从机的发送相连，将主机产生的时钟信号输出至从机的时钟引脚上。

　　单片机MSP430F149作为串行通信的主机， DSP 2407A则作为从机（slave）。其中，SPICLK为SPI时钟引脚， SPISIMO为SPI从动输入/主动输出，SPISOMI为从动输出/主动输入，SPISTE为从动发送使能。

　　SPI通过一根时钟引线将主机和从机同步，因此，它的串行数据交换不需要增加起始位、停止位等用于同步的格式位，直接将要传送的数据写入主机的SPI发送数据寄存器。这个写入过程自动启动主机的 发送过程，即在同步时钟SPICLK的节拍下把SPITXBUF的内容一位一位地移到引脚SPISIMO;对于从机，同样在SPICLK的节拍下将出现在引脚SPISIMO上的数据一位一位地移到从机的移位寄存器，当接收完 一个完整的数据块后，设置中断标志通知从机这个数据块已接收完毕，并同时将移位寄存器接收到的内容复制到从机的SPI接收数据寄存器SPIRXBUF.可以看出，用户编程只需在发送数据时写数据到SPI 发送数据寄存器，在接收数据时读SPI接收数据寄存器，其余的工作都由SPI模块自动完成[4].

　　2 软件设计

　　MSP430F149和DSP都允许用户用C语言和汇编语言进行编程。系统中DSP对电机实现实时控制，对运行速度要求严格，所以程序采用汇编语言实现。MSP430实现按键显示、数据管理和指令传输等功能，对运 行速度要求不高，所以采用C语言实现。

　　软件设计的主要任务是：初始化相应的寄存器；单片机在相应的界面发送数据；DSP及时接收到达串口的数据，识别并保存数据。

　　2.1 通信协议的设置

　　两个设备之间要实现相互通信，首先必须规定用以传输数据的协议。一般来说，主机发送命令和配置信息给从机，而从机则向主机发送反馈信息。系统主要实现的是单片机向DSP发送数据信息，单片机首 先发送指令数据表示主机发送数据的过程开始。如果发送的是0,则标志着该过程的开始。为了避免误操作指令数据发送两次，DSP接收的两个数据都是0时进行相应的操作，否则重新传输指令数据。然后 把单片机需要传输的数据存放在一个数组里面依次传送，比如要传输3个数据，则定义数组a[0]和a[1]存放指令数据，a[2]到a[4]存放需要传送的数组。

2.2 串行口的初始化

　　单片机的SPI初始化包括：把相应的I/O口配置成具有SPI特殊功能的接口，时钟模式的选定，波特率的选择，发送接收数据长度的选择，内部相对应的时钟使能。所有设置都是通过设计相对应的SPI控制 寄存器实现的[5].

　　初始化程序如下：

　　WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;//关闭看门狗

　　BCSCTL1 = RSEL0 + RSEL1 + RSEL2; // XT2on

　　BCSCTL2 = SELM1 + SELS;//选择高速晶体振荡器作为时钟源

　　UCTL1=CHAR + SYNC + MM + SWRST;//SPIZ主模式8位数据，单片机作为主动模式

　　UTCTL1=STC+SSEL1+CKPL ;//数据在下降沿输出，系统主时钟，三线模式

　　UBR01=0x02;

　　UBR11=0x00;//波特率设为fclk/2

　　UMCTL1=0x00;

　　ME2=USPIE1;//模块使能2

　　P5SEL|=0x0F;//低4位为模块端口功能

　　P5OUT|=0xf0;

　　UCTL1&= ~SWRST;//复位结束

　　2407A的SPI初始化与单片机的初始化相类似，但是DSP作为从器件，所以其波特率由主器件决定不需要再进行设计。

　　2.3 MSP430发送数据

　　系统具有薄膜按键和液晶显示，可以方便地在需要的时候发送数据。比如，在设计完参数后就会出现一个选择界面，让操作者选择是进行参数保存、参数备份还是传递参数给DSP,操作者可以根据自己不 同的需要选择相应的功能。如果选择参数传递功能，则单片机会跳到相应的程序段执行参数传递的任务。发送数据程序如下：

　　P5OUT &= 0x1f;//片选DSP芯片

　　while（（U1IFG & UTXIFG1） != UTXIFG1）；

　　for（k=0;k<6;k++） {//传输的数据个数

　　P5OUT &= 0x1f;

　　while（（U1IFG & UTXIFG1） != UTXIFG1）；

　　TXBUF1=a[k];//发送数据

　　while（（UTCTL1&0x01）==0）；//发送完成

　　delay（10）；

　　P5OUT &= 0x2f;

　　}

2.4 DSP接收数据

　　DSP接收单片机发送过来的数据是通过中断方式实现的，每传输一个数据就发生一次中断。主程序完成对DSP的初始化后进入等待状态，一旦接收到单片机的中断信号，DSP就进入中断服务子程序，将接收 到的数据存放在70H开始的存储单元中。当所有数据传输完成后，将这些数据赋给相应的变量。这里要注意的是，DSP的SPIRXBUF是16位，而单片机发送的数据是8位，所以在DSP接收到数据以后需要做处 理，把高8位屏蔽掉。可以通过与00FF相与来达到这个目的。

　　中断程序如下：

　　LDP #6

　　LACC K;K=K+1

　　ADD #1

　　SACL K

　　MAR *,AR2;AR2为存储单元地址指针

　　LDP #DP_PF1

　　LACC SPIRXBUF

　　AND #00FFH;高位屏蔽掉

　　SACL *+

　　LDP #6

　　LACC K

   　SUB #1;判断是否为指令数据

　　BCND L1,NEQ

　　LDP #0

　　LACC #70H

　　SUB #0

　　BCND L3,NEQ;不是0则跳到L3

　　BL2;是0则跳到L2

　　L1: …；判断是否是第2个数据

　　L4: LACCK;判断数据是否传送完毕

　　SUB #05H

　　BCND L5,EQ

　　BL2

　　L5:LDP #0;数据全部发送完毕

　　LACC 72H

　　LDP #6

　　SACL SPEED;赋值给相应变量

　　……