基于TMS320VC5410和TLV1571的數據采集系統

　　在應用DSP 進(jìn)行數字信號處理時(shí)，通常都要用采樣電路對模擬信號進(jìn)行采樣，然后進(jìn)行A/D 轉換器轉換成數字信號再進(jìn)行數據處理。這里給出一種由TLV1571 與TMS320VC5410[1]組成的信號采集系統。

　　1 TLV1571 簡(jiǎn)介：

　　在DSP 的外圍電路中，A/D 轉換器比較重要?；诓煌膽?，可選擇不同性能指標和價(jià)位的芯片。一般的A/D 轉換器的選擇主要考慮：轉換精度、轉換時(shí)間、轉換器的價(jià)格。

　　這里選擇了TI 公司專(zhuān)門(mén)為DSP 配套的一種10 位的并行A/D 轉換器TLV1571， 該器件給定的CLK 頻率達到的等效最大采樣頻率為（1/16） fCLK。

　　1.1 TLV1571 的內部結構及引腳定義：

　　TLV1571 的內部結構及引腳功能定義如圖1 及表1 所示。

　　TLV1571 采用2.7～5.5 V 的單電源工作，能接受0～3.3 V的模擬輸入電壓， 此時(shí)以625 Kb/s 的速度使輸入電壓數字化。在5 V 電壓下，以最大1.25 Mb/s 的速度使輸入電壓數字化。該A/D 轉換器具有速度高，接口簡(jiǎn)單以及功耗低等特點(diǎn)，成為需要模擬輸入的高速數字信號處理的理想選擇。

　　1.2 TLV1571 的初始化：

　　上電后， 必須為低電平以開(kāi)始I/O 周期，INT/EOC 最初為高電平。TLV1571 要求兩個(gè)寫(xiě)周期以配置兩個(gè)控制寄存器。從掉電狀態(tài)返回后的首次轉換可能無(wú)效，應當不予考慮。

　　1.3 TLV1571 的控制寄存器控制字的設置：

　　TLV1571 的控制寄存器格式如表2 所示，它可以實(shí)現軟件配置，其兩個(gè)最高有效位D9 和D8 用于寄存器尋址，其余的8 位用作控制數據位。在寫(xiě)周期內所有寄存器位同時(shí)寫(xiě)入控制寄存器，用戶(hù)可配置兩個(gè)控制寄存器CR0 和CR1，對于控制寄存器0（CR0），A1 ∶ A0=00，其配置如表3 所示；對于控制寄存器1（CR1），A1 ∶ A0 = 01，其配置如表4 所示。

　　通過(guò)改變控制寄存器的控制字，可以選擇TLV1571 的工作方式。通過(guò)配置CR0.D5 可以選擇時(shí)鐘源，對于時(shí)鐘源的選擇，有內部時(shí)鐘和外部時(shí)鐘，它的內部具有10 MHz 振蕩器。

　　通過(guò)配置CR1.D6 可以選擇內置振蕩器的工作速度， 配置為（10±1）MHz 或（20±2）MHz。輸出方式也有2 種方式：二進(jìn)制輸出和補碼輸出。

　　在單通道輸入方式下則CR0.D3 = 0，CR1.D7 = 0； 采用軟件啟動(dòng)方式則CR0.D7 = 1； 采用內部時(shí)鐘源則CR0.D5 =0；內部時(shí)鐘源振蕩頻率設置為20 MHz 則CR1.D6 = 1； 采用二進(jìn)制輸出方式，則CR1.D3 = 0。所以最終得到的控制寄存器控制字為：CR0 = 00C0H，CR1 = 0140H。在單通道軟件啟動(dòng)時(shí)，最初由WR 的上升沿啟動(dòng)采樣，在RD 的上升沿發(fā)生采樣； 在采樣開(kāi)始后的6 個(gè)時(shí)鐘周期后開(kāi)始轉換，INT 方式時(shí)，每次轉換后產(chǎn)生一個(gè)INT 脈沖；EOC 方式時(shí)，轉換開(kāi)始，EOC由高電平變至低電平，轉換結束后換回高電平。

　　1.4 TLV1571 的自測：

　　TLV1571 提供了3 種自測方式。當采用這些自測方式的時(shí)候，不用提供外部信號便可檢查A/D 轉換器本身工作是否正常。通過(guò)寫(xiě)CR1（D1、D0）來(lái)控制這3 種自測方式，具體方法如表5 所示。另外當CR1.D2 = 1， CR1（D1、D0） = 0 時(shí)，此時(shí)回輸出寫(xiě)入CR0 控制寄存器的控制字； 當CR1.D2 = 1，CR1（D1、D0） = 1 時(shí)，此時(shí)回輸出寫(xiě)入CR1 控制寄存器的控制字，也可以用來(lái)測試和檢驗控制字是否正確寫(xiě)入控制寄存器及A/D 轉換器是否正常工作。

　　2 的接口連接及調試：

　　2.1 TLV1571 與TMS320VC5410 的接口：

　　TLV1571 與TMS320VC5410 的接口連接很簡(jiǎn)單， 如圖2所示。這個(gè)系統中沒(méi)有采用硬件啟動(dòng)采樣控制的方法，而是采用了軟件啟動(dòng)的控制方法。時(shí)鐘信號也是采用A/D 轉換器的內部時(shí)鐘。如果需要外部時(shí)鐘輸入，可以由DSP 提供一個(gè)精確而且可以根據需要控制變化的時(shí)鐘信號。本設計采用查詢(xún)方法來(lái)讀取轉換后的數據。另外在設計電路時(shí)要注意，當供電電壓為3 V 時(shí)，TLV1571 提供的采樣速度是625 ks/s，此時(shí)它的功耗為12 mW；當供電電壓為5 V 時(shí)，它提供的采樣速度是1.25 Ms/s，功耗為35 mW。

　　2.2 系統的調試：

　　在調試這個(gè)系統時(shí)， 由于DSP 外部的I/O 空間的調試，基本上只涉及如何選通該空間，如何從外部空間取數據或讀數據，如何和外部空間建立握手信號，但是要注意的是DSP與外圍器件時(shí)序上的配合。特別是對于數據線(xiàn)信號的讀取，當系統中有多個(gè)器件共享DSP 數據線(xiàn)的時(shí)候，一定要處理好各個(gè)器件的時(shí)序配合。使處于非工作狀態(tài)的器件的數據線(xiàn)處于高阻狀態(tài)， 以免影響正常工作的器件的數據讀寫(xiě)。在對TLV1571 調試過(guò)程中需要注意以下問(wèn)題：1）必須將TLV1571的2 個(gè)狀態(tài)字正確地寫(xiě)入到A/D，可以在寫(xiě)入后讀一次數據來(lái)確認寫(xiě)入數據的正確性，也可以采用循環(huán)寫(xiě)入方式利用示波器觀(guān)察寫(xiě)入的兩個(gè)脈沖信號， 另外也可以用讀出寫(xiě)入CRO、CR1 控制寄存器控制字的方法來(lái)判斷控制字是否正確寫(xiě)入了TLV1571 的控制寄存器內，也可以判斷器件是否正常工作；2）TMS320VC5410 的讀寫(xiě)信號只有一根地址線(xiàn)， 所以需利用XF 引腳控制TLV1571 的讀信號，且必須在DSP 每次讀入數據后，用軟件控制XF 引腳輸出信號到TLV1571，否則A/D 將不再采樣。另外如果采用DSP 定時(shí)中斷來(lái)讀取數據的時(shí)候，在設置定時(shí)中斷時(shí)，中斷間隔只要大于TLV1571 工作頻率所需采樣周期數， 可以不用查詢(xún)的方法來(lái)讀取EOC 信號，而是直接讀取采樣數據，然后控制XF 輸出信號使它進(jìn)行下一次采樣工作；3）TLV1571 不能采樣負的電壓信號， 如果必須采樣負的電壓信號，可以人為引入一個(gè)直流信號，將負電壓抬高到正電壓，而DSP 要在采樣信號中減去引入的直流信號；4） 為了驗證采樣信號是否正確， 可以在CCS 下畫(huà)出所采樣數據的時(shí)域圖或頻域圖。

　　3 結束語(yǔ)：

　　實(shí)驗證明該系統可以滿(mǎn)足一般高速實(shí)時(shí)信號的采樣和處理工作，驗證了在單通道下該系統可以達到最高1.25 Ms/s的采樣速度，而且通過(guò)調整DSP 定時(shí)中斷時(shí)間可以方便的獲得在該系統最大采樣頻率（1.25 Mb/s）以下的各種采樣速度，可以靈活的滿(mǎn)足多種應用。另外這個(gè)系統支持最多8 路的高速實(shí)時(shí)數據信號采集， 通過(guò)配置正確的A/D 轉換器控制字CR0、CR1 就可以方便的調整輸入信號的數量，而硬件電路不用改變。在實(shí)際的實(shí)驗中，將這個(gè)系統制作成了一個(gè)最小系統，通過(guò)修改加入所需要的器件，可以將這個(gè)系統制作成各種需要專(zhuān)用的數據采集系統。