AD7674與TMS320F2812 McBSP之間的串口通信

發(fā)布時(shí)間:2010-7-19 21:48    發(fā)布者:conniede
關(guān)鍵詞: AD7674 , McBSP , TMS320F2812 , 串口通信
1 引言

隨著(zhù)數字信號處理技術(shù)的發(fā)展,人們對嵌入式數據采集系統的采樣精度和傳輸速度要求越來(lái)越高,本文介紹的嵌入式數據采集系統設計方案采用了ADI公司的高精度18位SAR型ADC AD7674與TI公司32位定點(diǎn)主頻高達150 MHz的DSPTMS320F2812構成一個(gè)數據采集系統,并利用McBSP的時(shí)鐘停止模式實(shí)現與AD7674之間的高速數據傳輸。

2 AD7674簡(jiǎn)介

AD7674是一款高精度18位逐次逼近(SAR)型ADC,它具有采樣速率高、精度高、功耗低、無(wú)管道延遲的特點(diǎn),其采樣速率最高可以達到800 kS/s(每秒千次采樣),積分非線(xiàn)性誤差(INL)最大為±2.5 LSB,在整個(gè)工作溫度范圍內,保證無(wú)丟碼。該器件是全差分輸入,5 V單電源供電,可接5 V或3.3 V數字電源。AD7674還具有許多其它特點(diǎn),包括一個(gè)內部變換時(shí)鐘、一個(gè)內部基準緩沖器、誤差修正電路以及串行(SPI)與并口(18、16或8位總線(xiàn))接口。

AD7674能提供3種不同轉換速率工作方式以便對不同的具體應用優(yōu)化性能,這三種工作模式如下:

WARP:允許采樣率高達800 kS/s。然而在這種模式下只有轉化之間的時(shí)間不超過(guò)1ms時(shí),才能保證其轉化的精度,如果連續兩次轉換之間的時(shí)間大于1 m8,第一次轉換的結果就會(huì )被忽略,這種模式適合于要求快速采樣率的應用。

NORMAL:這種模式的采樣率為666 kS/s,在這種模式下對采樣轉化之間的時(shí)間沒(méi)有限制,這樣既可保證高的轉換精度又可確?焖俚牟蓸铀俾。

IMPULSE:這是一種低功耗模式,其采樣率為570 kS/s,例如:當器件工作在1 kS/s時(shí),僅消耗功率為136 μW,該器件適合于電池供電的應用。

3 多通道緩沖串行接口(McBSP)

TMS320F2812是一款高性能、多功能、高性?xún)r(jià)比32位定點(diǎn)DSP。該器件兼容于TMS320F2407指令系統,最高可在150 MHz主頻下工作,片上集成有豐富的外設,其中包括一個(gè)多通道緩沖串行接口(McBSP)。

TMS320F2812的McBSP在時(shí)鐘停止模式下工作時(shí)與串行外圍接口(SPI)相兼容,這便于與SPI器件連接。

當McBSP配置為時(shí)鐘停止模式時(shí),發(fā)送器和接收器內部同步,這樣McBSP可以作為一個(gè)SPI主設備或從設備。在此模式下,McBSP的發(fā)送時(shí)鐘信號CLKX相當于SPI總線(xiàn)的SCLK信號,輸出信號DX作為SPI主設備的MOSI信號,接收輸入信號DR作為SPI主設備的MISO信號。將McBSP配置為SPI主設備時(shí),需要配置相應的寄存器,在時(shí)鐘停止模式中,由于采用內部同步模式,因此不使用時(shí)鐘信號CLKR和接收幀同步信號FSK。為使DSP按照一定的方式通信,需要對McBSP的各個(gè)控制寄存器進(jìn)行相應配置,其中,SPCR1/SPCR2用于設置工作模式、接收符號擴展和對齊模式、對收發(fā)器和采樣速率生成器進(jìn)行復位,以及判斷收發(fā)器是否準備好等。RCR1/RCR2用于控制接收數據的字長(cháng)、數據延遲。XCR1/XCR2用于控制發(fā)送數據的字長(cháng)、數據延遲。SRGR1/SRGR2用于設置采樣速率生成器的工作模式和采樣速率生成器的分頻系數。PCR用于控制相應引腳的工作模式。

4 McBSP接口電路設計

AD7674與TMS320F2812的接口電路如圖1所示。在本系統設計中,為了保證較高的轉換精度和快速的采樣速率,需采取以下措施:(1)AD7674設置成NORMAL工作方式,即WARP和IMPULSE引腳接地;(2)采用串口通信方式,將MODE0和MODE1固定為高電平;(3)將EXT/INT引腳接高電平,配置為從設備;(4)AD7674的CS、CNVST、BUSY引腳分別與TMS320F2812的GPIOD0、GPIOD1、GPIOD2引腳相連,通過(guò)TMS320F2812的GPIO端口控制AD7674的片選、轉換及工作狀態(tài);(5)AD7674符合SPI的數據通信協(xié)議,將其SCLK引腳與TMS320F2812的MCLKXA引腳相連,這樣TMS320F2812可向AD7674提供接收數據的時(shí)鐘;(6)AD7674的SDOUT引腳與TMS320F2812的MDRA引腳相連。接收數據時(shí),使SDOUT輸出的采樣結果在時(shí)鐘脈沖的控制下通過(guò)MDRA逐位移至McBSP的接收移位寄存器。


5 軟件設計

AD7674與TMS320F2812McBSP進(jìn)行高速串行通信時(shí),首先通過(guò)TMS320F2812 McBSP的相關(guān)寄存器設置,配置McBSP為時(shí)鐘停止模式,該模式兼容于SPI協(xié)議,再配置McBSP的字長(cháng)、對齊模式、數據延遲、采樣速率生成器的分頻系數,然后通過(guò)TMS320F2812的GPIOD0端口片選AD7674,并啟動(dòng)ADC的轉換。當轉換控制輸入CNVST的下降沿到來(lái)時(shí),片內采樣保持器由采樣模式轉化為保持模式,保持模擬輸入信號,并啟動(dòng)轉換過(guò)程,轉換啟動(dòng)后,BUSY信號一直保持高電平,直到轉換完成,BUSY信號才變?yōu)榈碗娖。最后在TMS320F2812輸出脈沖的控制下,將18位的采集結果送至指定的存儲單元。AD7674從串口模式轉換時(shí)序圖如圖2所示。McB-SP串口通信軟件流程圖如圖3所示。部分程序如下:



6 試驗結果

AD7674的輸入模擬量Vin=3.07 V時(shí),串口通信記錄如圖4所示。圖中通道Chl為MeBSP的輸出時(shí)鐘MCLKXA(20位時(shí)鐘脈沖),通道Ch2為AD7674的SDOUT引腳輸出的18位結果。

為了滿(mǎn)足AD7674的A/D轉換的所有時(shí)序要求,提供給A7674 SPI接口的時(shí)鐘不大于17 Mbit/s,因而在試驗中,通過(guò)設置McBSP采樣速率生成器時(shí)鐘的分頻系數,從而使得McBSP的輸出時(shí)鐘頻率為12.52 MHz,以達到滿(mǎn)足A/D轉換的時(shí)序要求。

7 結束語(yǔ)

本文詳細介紹了高速率、高精度18位ADCAD7674與32位定點(diǎn)DSP TMS320F2812的McBSP之間的高速串口通信的接口電路及其軟件設計。該嵌入式數據采集系統設計簡(jiǎn)潔,在DSP集成開(kāi)發(fā)環(huán)境CCS下采用C語(yǔ)言編寫(xiě)、調試完成。由于采用McBSP的時(shí)鐘停止模式兼容于SPI傳輸協(xié)議,且McBSP的字長(cháng)和采樣速率生成器時(shí)鐘配置靈活,傳輸速度快,因而帶有SPI接口的高速率、高精度ADC可與DSP McBSP接口實(shí)現串口通信,以實(shí)現嵌入式數據采集系統高速數據傳輸,同時(shí)AD7674與AD7678、AD7679等18位SAR ADC以及AD7621、AD7623等16位高速SAR ADC引腳相兼容,從而大大增強了系統開(kāi)發(fā)的靈活性和拓展性。
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