AD73360與TMS320F206的接口設計

摘要：AD73360是一主要適用于工業(yè)電表和多路輸入系統的可編程三相電量測量IC器件。本文簡(jiǎn)單介紹了它的功能特點(diǎn)，詳細說(shuō)明了通過(guò)其同步串行口與 TMS320F206定點(diǎn)DSP的軟硬件接口設計方法。
關(guān)鍵詞：AD73360 A/D轉換 DSP TMS320F206

0 引言
電力系統本身的特點(diǎn)決定了在對其數據采集時(shí)各路要保持嚴格的同步性。普通的AD 轉換器件由于內部共用一個(gè)轉換電路或沒(méi)有保持電路，不能保證各路數據同步，通常只能通過(guò)增加外部電路的方法達到各路數據的同步性，這樣難免使整個(gè)系統電路變的復雜，增加了開(kāi)銷(xiāo)。AD73360 由于各路自帶轉換電路，路與路之間的聯(lián)系只是共用一個(gè)串行口，所以保證了各路采樣轉換的同步性，極適合電力系統的數據采集。就微處理器而言，51系列和96系列是電力系統設備中最常用的。目前，由于電力系統對設備實(shí)時(shí)性、計算能力及大數據量等各方面要求的不斷提高，這些器件在計算能力和實(shí)時(shí)性上，已不能很好的適應系統要求。于是DSP處理器以其ns級指令系統和哈佛結構顯著(zhù)的計算能力和實(shí)時(shí)性逐漸滲透到電力系統中來(lái)。本文就AD73360和TMS320F206定點(diǎn)DSP的接口設計作了詳細的介紹，實(shí)現了基于TMS320F206的電力系統數據采集。

1 AD73360簡(jiǎn)介
AD73360是ADI公司新近推出的可編程通用6通路16位精度的串行模擬輸入前端處理器，是一主要適用于工業(yè)電表或多路輸入系統的三相電量測量IC器件。它的主要特點(diǎn)是：
(1) 6通路間相互隔離且各含一信號調理電路和片上輸入增益放大器，由0到38dB之間設8級，可編程控制選擇，容許低電平幅度模擬信號的輸入，幾乎不存在時(shí)間(對三相電來(lái)說(shuō)是相位)延遲。各通道在音頻范圍內可提供77分貝的信噪比。
(2) 采用同步串行端口傳輸，且端口前端采樣速率和后端傳輸速率可編程控制（最高采樣可支持64KHz），使其與快速DSP 或其他慢速微控制器連接非常方便。工作模式可以選擇數據模式，程序模式和程序/數據混合模式，很適合各種測量場(chǎng)合。
(3)帶片內基準電壓允許其單電源工作。參考電壓則可經(jīng)編程控制來(lái)配合3伏或5伏的操作。兩種封裝，分別為28腳的小巧外型集成電路SOIC和44引腳的纖薄四方扁平封裝TQFP。極適合用作便攜式設備器件。

2 TMS320F206簡(jiǎn)介
TMS320F206是TI公司近年來(lái)推出的一種性?xún)r(jià)比較高的定點(diǎn)DSP芯片，內含豐富的片內外設，多用于測量控制領(lǐng)域。其主要特點(diǎn)如下：
(1) 采用改進(jìn)型哈佛結構，使程序區和數據區相互獨立，設置了程序總線(xiàn)和數據總線(xiàn)，允許在同一時(shí)間對數據和指令的讀取，使系統的數據吞吐量提高了一倍，同時(shí)也節約了指令周期提高了速度；指令系統功能強大且高度專(zhuān)業(yè)化；內含32K閃速存儲器。
(2) 采用4級流水線(xiàn)操作使取指、譯碼、取操作數、執行各處于獨立的操作階段可交疊進(jìn)行操作，從而減少了指令執行時(shí)間；專(zhuān)用的16x16硬件乘法器可在一個(gè)指令周期內完成乘法操作，把乘法時(shí)間從通用微處理器的us級提高到了ns級。
(3) 可尋址4個(gè)獨立空間：64K程序存儲器，64K字數據存儲器，64K字I/O空間，32K字全局數據存儲器。
(4) 含用于仿真和測試的片內掃描邏輯電路(IEEE標準1149.1)，可做完全硬件仿真，不占用硬件資源，通過(guò)該口可察看寄存器和存儲器的存儲情況，調試很方便。

3 AD73360與TMS320F206的接口設計
3.1 工作時(shí)序分析:
本設計中AD73360 與TMS320F206的同步串行口相連構成電力系統的采集數據。該同步串行口具有4個(gè)字深FIFO緩存，可設置寄存器SSPCR控制產(chǎn)生合適的接收/發(fā)送中斷，且工作速率適應范圍寬，可使用內部或外部時(shí)鐘工作，有突發(fā)和連續兩種工作模式?？紤]到AD73360的時(shí)序（圖1），本設計采用突發(fā)模式工作，其發(fā)送與接收時(shí)序如圖2所示。

圖1 AD73360串行口發(fā)送和接收時(shí)序

分析AD73360串行口的發(fā)送/接收時(shí)序和TMS320F206同步串行口的發(fā)送/接收時(shí)序，不難發(fā)現兩者的時(shí)序關(guān)系存在一致性： AD73360采樣數據的發(fā)送發(fā)生在其發(fā)送幀同步信號SDOFS 由低變?yōu)楦唠娖胶蟮南乱粋€(gè)SCLK的上升沿，且發(fā)送過(guò)程中SDOFS一直保持為低電平直到下一個(gè)數據字發(fā)送。TMS320F206同步串行口在接收幀信號FSR變?yōu)楦唠娖胶蟮慕邮諘r(shí)鐘CLKR的下一個(gè)上升沿處開(kāi)始數據的接收，且接收過(guò)程中FSR始終保持低電平，直到下一個(gè)數據接收開(kāi)始。而AD73360的控制字接收發(fā)生在接收幀同步信號SDIFS變?yōu)楦唠娖胶蟮南乱粋€(gè)SCLK的上升沿處，接收過(guò)程中SDIFS一直保持為低電平，直到下一個(gè)數據字接收開(kāi)始。在TMS320F206同步串行口發(fā)送幀同步信號FSX變?yōu)楦唠娖胶蟮陌l(fā)送時(shí)鐘CLKX的下一個(gè)上升沿處，同步串行口開(kāi)始發(fā)送數據字，最高位(MSB)在前。且發(fā)送過(guò)程中FSX一直保持為低電平，直到下一個(gè)數據字傳送開(kāi)始。

a.發(fā)送時(shí)序圖

b.接收時(shí)序圖
圖2 TMS320F206的同步串行口發(fā)送與接收時(shí)序

通過(guò)以上分析得出結論：TMS320F206同步串行口的幀同步信號與AD73360的幀同步時(shí)鐘信號實(shí)際上是一致性的關(guān)系，所以將TMS320F206的幀同步信號直接與AD73360的幀同步信號相連接。 將AD73360的輸出時(shí)鐘SCLK作為T(mén)MS320F206同步串行口的發(fā)送和接收時(shí)鐘。

3.2 硬件接口示意圖
圖3給出了AD73360T與MS320F206的接口示意圖。

設計中TMS320F206工作于20MHz時(shí)鐘下，其系統時(shí)鐘輸出CLKOUT1作為AD73360的主時(shí)鐘輸入,通用輸出口XF使能AD73360。

3.3 接口程序設計
在開(kāi)始接收AD73360采集的數據之前按照設計要求進(jìn)行初始化。對TMS320F206的設置：關(guān)閉可屏蔽中斷，設置中斷屏蔽寄存器，允許同步串行口發(fā)送中斷，由于在啟動(dòng)AD轉換之前，AD所傳數據為無(wú)效，所以在發(fā)送完控制字之前沒(méi)有必要允許接受中斷。按照需要設置SSPCR寄存器，本設計中使FSM=1， MCM=0，TXM=0，確定其工作模式為外部幀同步源，外部時(shí)鐘源，突發(fā)模式字緩沖發(fā)送與接收；設置FT1=0，FT0=0，FR1=0，FR0=0，使同步串行口工作于1字緩沖發(fā)送與1字緩沖接收；置輸出引腳XF為高使能AD73360.對于A(yíng)D73360: 按需要設置好控制字，存放在存儲器中以便發(fā)送。

開(kāi)發(fā)送中斷，檢查是否發(fā)送完控制字，若發(fā)送完則開(kāi)接收中斷，接收采集的數據。若將AD73360設置在混合模式工作則在接收AD所傳數據的同時(shí)還可發(fā)控制字按需要更改AD的設置。程序流程如圖4所示。
部分程序如下：
初始化：
setc intm；關(guān)中斷
setc xf；使能AD73360
splk #0010h,imr；設置中斷屏蔽寄存器
splk #0ffffh,ifr；清除中斷標志位
splk #0000h,60h
out 60h,wsgr；設置軟件等待為0
splk #0ce02h,60h
out 60h,sspcr；復位同步串行口
splk #0ce32h,60h
out 60h,sspcr；設置同步串行口
clrc intm；開(kāi)中斷

發(fā)送中斷：
ssptx: setc intm
mar *,ar3
out *+,sdtr，ar1；ar3中放AD控制字地址
；ar1中為控制字個(gè)數-1
banz skip
splk #1,flag；置發(fā)送完標志
splk #0018h,imr；開(kāi)接收中斷
skip: splk #0010h,ifr；清除發(fā)送中斷標志位
clrc intm
ret
接收中斷：
ssprx: setc intm
mar *,ar2；ar2中存放AD數據的目的地址
in *+,sdtr；收數據
splk #0008h,ifr；清除接收中斷標志位
clrc intm
ret

在選擇AD73360的采樣速率和數據傳送速率時(shí)，應注意的是確保在采樣間隔中能將所有轉換數據傳給DSP以免數據丟失。如將AD73360設置為混合工作模式，則在選擇采樣速率和數據傳送速率時(shí)，還要考慮發(fā)送轉換結果之后AD73360是否有足夠的時(shí)間接收TMS320F206傳來(lái)的控制字。接收中斷中可以加入適當的處理，如將各路分開(kāi)存放、濾波等操作，但是應特別注意的是不能使中斷程序過(guò)長(cháng)，嚴格計算好AD73360發(fā)送數據的時(shí)間間隔和中斷程序的執行時(shí)間保證在下一個(gè)數據到來(lái)之前完成中斷程序的執行，避免因TMS320F206來(lái)不及接收引起數據丟失。

按照上述接口設計方法和思想，我們實(shí)現了TMS320F206和AD73360之間的接口設計，且傳輸可靠，說(shuō)明這種連接和設置方法是可行的。

4結束語(yǔ)
分析各個(gè)信號之間的時(shí)序關(guān)系在成功地設計DSP與外圍的接口電路中是十分關(guān)鍵的，正確的分析能在接口設計中起到事半功倍的效果。本文通過(guò)分析AD73360收發(fā)數據工作時(shí)序與TMS320F206同步串行口收發(fā)時(shí)序完成了兩個(gè)器件之間的接口設計，并成功應用于電量參數測試系統中，實(shí)現了基于TMS320F206的電力系統數據采集。

參考文獻
[1] 張雄偉，曹鐵勇.DSP芯片的原理與開(kāi)發(fā)應用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2000
[2] 張蘭芳.TMS320C2XX用戶(hù)指南[M].北京：電子工業(yè)出版社，1999
[3] TMS320C2XX User’s Guide[M]. USA：TEXAS INSTRUMENTS, 1997
[4] 彭啟宗，李玉柏.DSP技術(shù)[M].成都：電子科技大學(xué)出版社，1997