論述TMS320VC5402DSP與串行AD73360AD轉(zhuǎn)換器接口設(shè)計(jì)

1、論述TMS320VC5402DSP與串行AD73360A/D轉(zhuǎn)換器接口設(shè)計(jì)            摘要：討論了公司的數(shù)字信號(hào)處理器的多通道緩沖串口與串行變換器的接口設(shè)計(jì)，詳細(xì)闡述了兩者的硬件接口和軟件實(shí)現(xiàn)。 關(guān)鍵詞：多通道緩沖串口 轉(zhuǎn)換器隨著對(duì)信號(hào)處理要求的不斷提高以及技術(shù)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的工程技術(shù)人員開始采用進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。美國(guó)公司的（以下簡(jiǎn)稱）具有運(yùn)算速度快、功耗小和性價(jià)比高的特點(diǎn)，已在個(gè)人移動(dòng)通信、信號(hào)與信息處理以及自動(dòng)控制等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。該芯片提供了兩個(gè)多通

2、道緩沖串行接口（）與外部設(shè)備進(jìn)行通信。它與串行變換器構(gòu)成的信號(hào)采集與處理系統(tǒng)具有硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、可靠性好的特點(diǎn)。本文將詳細(xì)闡述與的接口設(shè)計(jì)。 的的是一種同步串行接口，支持多種通信方式和協(xié)議，該串口可以根據(jù)設(shè)計(jì)者的不同需求進(jìn)行配置，使用非常靈活。它的主要特點(diǎn)如下：全雙工的串行通信；連續(xù)的發(fā)送和接收數(shù)據(jù)流功能；具有外部時(shí)鐘輸入或內(nèi)部可編程時(shí)鐘兩種時(shí)鐘控制方式；可獨(dú)立編程的發(fā)送和接收幀同步；多通道數(shù)據(jù)傳輸（最多可達(dá)個(gè)通道）；可選的數(shù)據(jù)寬度：、或位；用于數(shù)據(jù)壓縮的律和律壓縮擴(kuò)展；可編程的時(shí)鐘和幀同步極性。包括個(gè)引腳，分別是串行數(shù)據(jù)發(fā)送信號(hào)、串行數(shù)據(jù)接收信號(hào)、發(fā)送時(shí)鐘信號(hào)、接收時(shí)鐘信號(hào)、發(fā)送幀同步信號(hào)和接

3、收幀同步信號(hào)。由于內(nèi)帶有一個(gè)可編程的采樣和幀同步時(shí)鐘產(chǎn)生器，所以串口接收、發(fā)送時(shí)鐘和幀同步等信號(hào)既可由內(nèi)部產(chǎn)生，也可以由外部輸入。的由個(gè)寄存器進(jìn)行控制，除了少數(shù)幾個(gè)不能由程序訪問(wèn)之外，一般在串口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信之前都要對(duì)它們進(jìn)行初始化，部分寄存器是存儲(chǔ)器映射寄存器，必須通過(guò)子地址的方式進(jìn)行訪問(wèn)。要訪問(wèn)的這些寄存器，首先要把所要訪問(wèn)的寄存器的子地址寫到子地址寄存器中，然后才能對(duì)數(shù)據(jù)寄存器進(jìn)行訪問(wèn)。接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的過(guò)程如下：在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，首先將要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫到寄存器中，若寄存器為空（說(shuō)明上一次發(fā)送的數(shù)據(jù)已經(jīng)由引腳送出），則將寄存器中的數(shù)據(jù)拷貝到寄存器中；然后在幀同步和時(shí)鐘的作用下，將寄存器中的數(shù)據(jù)逐位

4、移到引腳輸出。在數(shù)據(jù)從寄存器復(fù)制到后，就可以將下一個(gè)要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫到寄存器中，因而可以保證數(shù)據(jù)的連續(xù)發(fā)送。串口接收數(shù)據(jù)的過(guò)程與發(fā)送基本類似，但方向相反且的多通道串口的接收帶三個(gè)緩沖器。在片內(nèi)，與之間的數(shù)據(jù)傳送有三種方式查詢方式、中斷方式和方式。每當(dāng)串口接收到一個(gè)字（新接收的數(shù)據(jù)復(fù)制到寄存器中）或發(fā)送的字從寄存器拷貝到寄存器中時(shí)，都會(huì)改變串口控制寄存器（）中的和串口控制寄存器（）中的標(biāo)志位，所以可以通過(guò)不斷查詢的方法知道數(shù)據(jù)是否發(fā)送完畢以及是否接收到新的數(shù)據(jù)，從而決定下一步操作。還可以通過(guò)串口的接收或發(fā)送中斷事件，在中斷服務(wù)程序中完成數(shù)據(jù)的傳送，中斷的觸發(fā)事件是可以選擇的，在進(jìn)行處理之前必須預(yù)先

5、設(shè)置好串口控制寄存器（）和串口控制寄存器中相應(yīng)的位。第三種傳數(shù)方式就是通過(guò)1 2 3 4 5 下一頁(yè)         芯片的與串口相連，由串口同步事件觸發(fā)完成數(shù)據(jù)的傳送。的初始化主要完成串口的配置，接收和發(fā)送可以分別設(shè)定，但要結(jié)合具體的硬件設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)行。串口初始化的主要工作如下設(shè)定、和為輸入還是輸出以及它們的極性；設(shè)定是單相位還是雙相位幀同步；設(shè)定每幀所包含的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)；設(shè)定傳輸數(shù)據(jù)的字寬（若為雙相位幀同步，每一相位對(duì)應(yīng)的字寬可設(shè)為不一樣）；設(shè)定第一個(gè)幀同步之后的幀同步

6、是否被忽略；設(shè)定數(shù)據(jù)位的延遲；設(shè)定數(shù)據(jù)的符號(hào)擴(kuò)展方式；設(shè)定所選擇的傳輸通道；若采用內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)鐘和幀同步信號(hào)，還需要對(duì)時(shí)鐘和幀同步產(chǎn)生器進(jìn)行設(shè)置。 串行轉(zhuǎn)換器是公司推出的通道模擬輸入的位串行可編程轉(zhuǎn)換器。由于采用 轉(zhuǎn)換原理，具有良好的內(nèi)置抗混疊性能，所以對(duì)模擬前端濾波器的要求不高，用一階低通濾波器就能滿足要求。由于其采樣率和輸入信號(hào)增益都是可編程的，采樣率可分別設(shè)置為、和（輸入時(shí)鐘為時(shí)）增益可在到之間選擇，因而它既適合于大信號(hào)的應(yīng)用，也適合于小信號(hào)的應(yīng)用。能保證路模擬信號(hào)同時(shí)采樣，且在變換過(guò)程中延遲很小。還能多片級(jí)聯(lián)使用，從而擴(kuò)充模擬輸入的通道數(shù)。有和兩種封裝，圖是封裝的管腳圖，下面僅對(duì)與接口設(shè)

7、計(jì)有關(guān)的部分引腳進(jìn)行說(shuō)明。為硬件復(fù)位信號(hào)，用于對(duì)進(jìn)行硬件復(fù)位；為串口使能信號(hào)，當(dāng)為高電平時(shí)，正常工作，當(dāng)為低電平時(shí)，被禁止，此時(shí)所有的輸出為三態(tài)，所有的輸入信號(hào)無(wú)效，同時(shí)進(jìn)入節(jié)電狀態(tài)。為外部時(shí)鐘輸入信號(hào)，通常由外部時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)，進(jìn)入之后，首先被分頻產(chǎn)生內(nèi)部主時(shí)鐘信號(hào)，然后由分頻產(chǎn)生串口時(shí)鐘信號(hào)，它們的分頻因子都是可編程的；為串口時(shí)鐘信號(hào)，通常作為的同步串口的輸入時(shí)鐘信號(hào)；和為數(shù)據(jù)輸入和輸入幀同步信號(hào)，通常用于接收初始化控制字；和為數(shù)據(jù)輸出和輸出幀同步信號(hào)，通常用于輸出轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)；其余的引腳分別為路模擬輸入、模擬電源和數(shù)字電源。有個(gè)控制寄存器（、），在工作之前必須對(duì)這些寄存器進(jìn)行初始化。有三種工作模

8、式：編程模式、數(shù)據(jù)模式和混合模式。在編程模式下只接收控制字，輸出無(wú)效的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)；在數(shù)據(jù)模式下，輸入的控制字被忽略，輸出有效的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)；在混合模式下，允許在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過(guò)程中接收控制字。 與接口的硬件設(shè)計(jì)的模擬輸入共有四種方式：直流耦合的差分輸入、交流耦合的差分輸入、直流耦合的單端輸入和交流耦合的單端輸入。交流耦合的差分輸入的連接如圖所示，其中和起隔直作用，、和、分別為一階低通濾波器，和的作用是把參考信號(hào)引入到輸入端，為旁路電容。由于用到的內(nèi)部參考源，所以初始化時(shí)必須使能參考信號(hào)（）的輸出。（串口）與的連接如圖所示。圖中的的引腳與的引腳和引腳相連，信號(hào)用于對(duì)進(jìn)行控制；的串口時(shí)鐘信號(hào)作為的發(fā)送信號(hào)和接

9、收時(shí)鐘信號(hào)；的發(fā)送引腳、接收幀同步引腳與的輸入引腳、輸出幀同步連到一起，使的發(fā)送信號(hào)和上一頁(yè)  1 2 3 4 5 下一頁(yè)         接收幀同步時(shí)鐘信號(hào)與的輸出幀同步信號(hào)保持同步。的數(shù)據(jù)輸出引腳和輸入引腳分別與的數(shù)據(jù)接收引腳和數(shù)據(jù)發(fā)送引腳相連。的定時(shí)器對(duì)主時(shí)鐘分頻，其輸出再經(jīng)過(guò)分頻得到的驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘信號(hào)，實(shí)際上也可由晶振直接產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘信號(hào)。的最高輸入時(shí)鐘為，如果主時(shí)鐘為時(shí)，定時(shí)器分頻因子可設(shè)為。 與接口的軟件設(shè)計(jì)與硬件接口相對(duì)應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)包

10、括：設(shè)置定時(shí)器的分頻因子并啟動(dòng)定時(shí)器、的初始化、的初始化、開始接收并處理數(shù)據(jù)等。若的驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘不是由分頻得到，則第一步可以忽略。在串口初始化時(shí)，由圖可知，的發(fā)送、接收時(shí)鐘和幀同步等信號(hào)都為輸入，因而無(wú)需用到內(nèi)部的采樣和幀同步產(chǎn)生器；由于的控制字和轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)都為位，所以應(yīng)設(shè)置為單相位的接收和發(fā)送幀同步且傳送每個(gè)字的寬度為位。采用中斷方式完成數(shù)據(jù)傳送時(shí)，對(duì)各控制寄存器的初始化值如下： 每幀一個(gè)字，字寬為位。 單相位幀同步，無(wú)壓擴(kuò)，第一個(gè)幀同步后的幀同步不忽略，一位數(shù)據(jù)延遲。 發(fā)送和接收幀同步，時(shí)鐘都由外部輸入，發(fā)送和接收幀同步為高有效發(fā)送和接收數(shù)據(jù)在上升沿采樣。 所有的接收通道被禁止，所需要的通道由

11、和選擇。 所有的發(fā)送通道被禁止且被屏蔽，所需要的通道由和選擇。， 僅打開接收通道，關(guān)閉其它通道。， 僅打開發(fā)送通道，關(guān)閉其它通道。 使能串口接收，接收中斷由標(biāo)志觸發(fā)。 使能串口發(fā)送，發(fā)送中斷由標(biāo)志觸發(fā)。（串口）的初始化程序（為子地址寄存器，映射地址為；為數(shù)據(jù)寄存器，映射地址為）如下： 子地址寄存器指向串口控制寄存器 關(guān)閉串口接收 子地址寄存器指向串口控制寄存器 關(guān)閉串口發(fā)送 子地址寄存器指向接收控制寄存器 子地址寄存器指向接收控制寄上一頁(yè)  1 2 3 4 5 下一頁(yè)     

12、0;   存器 子地址寄存器指向發(fā)送控制寄存器 子地址寄存器指向發(fā)送控制寄存器 子地址寄存器指向管腳控制寄存器 子地址寄存器指向多通道控制寄存器 子地址寄存器指向多通道控制寄存器 子地址寄存器指向接收通道使能寄存器 子地址寄存器指向接收通道使能寄存器 子地址寄存器指向發(fā)送通道使能寄存器 子地址寄存器指向發(fā)送通道使能寄存器 子地址寄存器指向串口控制寄存器 使能串口接收 子地址寄存器指向串口控制寄存器 使能串口發(fā)送初始化完成并使能后就可以通過(guò)它對(duì)進(jìn)行初始化，其程序（和分別為串口的發(fā)送和接收寄存器映射地址分別為和）如下： 向?qū)懣刂谱郑?， 采樣率 判斷控制字是否已正確寫

13、入， 向?qū)懣刂谱?，使?參考電平輸出，全局上電 判斷控制字是否已正確寫入， 向?qū)懣刂谱?，通?和通道加電，增益為 上一頁(yè)  1 2 3 4 5 下一頁(yè)          判斷控制字是否已正確寫入， 向?qū)懣刂谱?，通?和通道加電，增益為 判斷控制字是否已正確寫入， 向?qū)懣刂谱?，通?和通道加電，增益為 判斷控制字是否已正確寫入， 向?qū)懣刂谱郑O(shè)置 至通道為差動(dòng)輸入方式 判斷控制字是否已正確寫入， 向?qū)懣刂谱郑O(shè)置 至通道為同相輸入方式 判斷控制字是否已正確寫入， 向?qū)懣刂谱?，?進(jìn)入數(shù)據(jù)模式圖4 采樣信號(hào)在CCS中的顯示初始化完成之后就可以打開串口的接收中斷，在中斷服務(wù)程序中接收轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)。在該配置條件下，若輸入時(shí)鐘為，則為六路模擬采樣，采樣率為。圖為其中一路采樣信號(hào)在環(huán)境中的顯示。實(shí)踐表明，由的和構(gòu)成的信號(hào)采集和處理系統(tǒng)具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便、結(jié)構(gòu)緊湊、工作穩(wěn)定和