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串行外圍設備接口(Serial Peripheral InteRFace，SPI)總線(xiàn)技術(shù)是Motorola公司推出的一種高速同步串行輸入／輸出接口，近年來(lái)廣泛應用于外部移位寄存器、D／A轉換器、 A／D轉換器、串行EEPROM、LED顯示器等外部設備的拓展。SPI總線(xiàn)是一種三線(xiàn)同步總線(xiàn)(CLK、SI-MO、SOMI)，可以共享，便于組成帶多個(gè)SPI接口的控制系統。其傳輸速率可編程，連接線(xiàn)少，具有良好的拓展性。 ADS1178是一款典型的具有SPI接口的A／D轉換器，它可以方便地與帶有SPI接口的處理器或控制器相連接。OMAP-L137是一款處理能力強、外接存儲空間大、集成度高、外設管理方便的新型工控芯片。 目前，ADS1178與OMAP-L137的數據通信主要通過(guò)SPI接口直接連接實(shí)現。通過(guò)配置，使OMAP-L137工作在主模式，ADS1178工作在從模式，由OMAP-L137提供用來(lái)進(jìn)行數據傳輸的時(shí)鐘。但是，采用此模式結合EDMA進(jìn)行數據接收時(shí)，每接收一組采樣數據都需要通過(guò)中斷來(lái)改變接收數據的存放地址，即完成N組數據的接收需要N個(gè)中斷來(lái)完成，這會(huì )給系統的資源管理帶來(lái)很大的麻煩。 本設計使OMAP-L137、ADS1178的SPI接口工作在從模式，由CPLD作主片來(lái)提供進(jìn)行數據傳輸的時(shí)鐘。在準確、快速完成數據傳輸的同時(shí)，節省了處理器資源，方便了系統資源的管理。 1 硬件設計 1．1 芯片概述 ADS1178是TI公司于2008年9月推出的一款A／D控制芯片，它采用△-∑模／數轉換器結構，可以達到16位的數據采集精度，并且擁有良好的交流特性。其帶寬達25 kHz，具有97 dB的信噪比和-105 dB的總諧波失真。在正常工作時(shí)每通道的功耗只有31 mW，支持8路通道同時(shí)采樣，并將數據依次連續地送上數據總線(xiàn)；在滿(mǎn)足實(shí)時(shí)同步采樣的同時(shí)，還具有52 ksps的轉換速率。該芯片主要應用于三相交流電的實(shí)時(shí)監測、心電圖監視器、質(zhì)量流量計、振動(dòng)系統的模態(tài)分析實(shí)驗設計，同時(shí)還支持SPI和幀同步兩種數據傳輸格式，并支持A／D間的級聯(lián)。 OMAP-L137是TI司推出的針對工業(yè)控制領(lǐng)域的雙核處理器，它綜合了ARM和DSP兩個(gè)處理器各自在實(shí)時(shí)性和計算精度上的優(yōu)勢。兩個(gè)處理器的主頻均達到300MFHz(DSP的處理速度高達2 400MIPS／1 800MFLOPS)�？梢酝饨�2個(gè)存儲空間EMIFA和EMIFB，并且在片上有著(zhù)非常豐富的外設資源，主要針對工業(yè)應用環(huán)境的控制提供了EHRPWM、ECAP、EQEP、 EMAC等模塊，并在各控制模塊和各接口之間采用EDMA3模塊進(jìn)行數據傳遞。這大大減輕了雙核處理器的負擔，占用很少的處理器資源，同時(shí)在兩個(gè)處理器之間開(kāi)辟了一塊128 KB的共享存儲空間，可以使數據在雙核之間快速地進(jìn)行交換。 1．2 硬件原理 在SPI從模式下，設計使OMAP-L137、ADS1178作從片，CPLD作主片來(lái)提供進(jìn)行數據傳輸的時(shí)鐘。OMAP-L137的SPI接口支持3針、4針、5針三種傳輸模式，這里采用3針模式(即CLK、SIMO、SOMI)。OMAP- L137引出一個(gè)GPIO口作同步信號線(xiàn)SYCN，ADS1178的READY信號線(xiàn)送給CPLD用來(lái)產(chǎn)生采樣時(shí)鐘，硬件連接如圖1所示。CLK用來(lái)傳遞接收和發(fā)送數據時(shí)的同步時(shí)鐘信號，SIMO在OMAP-L137作主片時(shí)為輸出數據線(xiàn)，在OMAP-L137作從片時(shí)為輸人數據線(xiàn)。SOMI在此模式下不被采用。 OMAP-L137的SPI接口工作在從模式的配置如下：SPIGCR1寄存器的低2位配置為00，選擇SPI工作在從模式；通過(guò)配置SPIPC0和 SPIPC1寄存器來(lái)選擇采用的針模式和引腳的信號方向，這里選擇使能CLK、SIMO、SOMI三根信號線(xiàn)，并分別配置為輸入、輸入和輸出；配置 SPIFMT0寄存器先輸出每組數據的“大端MSB”，根據ADS1178手冊中對數據輸出時(shí)序的要求，配置數據在CLK信號的下降沿輸出，使CLK信號工作在13MHz，同時(shí)配置現在的數據總線(xiàn)為16位。SPI的參考配置如表1所列。 在采樣數據送到OMAP-L137的SPI接口時(shí)，可以啟動(dòng)EDMA模塊來(lái)對采樣數據進(jìn)行搬移。EDMA的觸發(fā)事件為SPI的每一通道數據(16位)的接收中斷，相當于完成一組(8通道)數據的傳輸需要8個(gè)觸發(fā)事件。EDMA的參數相關(guān)配置如圖2所示。其中，OPT、DSTCINT、SRCCIND和 CCNT都需要根據應用情況來(lái)進(jìn)行參數配置。 2 軟件設計 2．1 CPLD程序設計 CPLD中主要實(shí)現ADS1178對數據格式的要求。在檢測到READY信號的電平變化后，以外部時(shí)鐘ECLK為時(shí)鐘基準，產(chǎn)生128個(gè)時(shí)鐘周期 (CLK)分別送給OMAP-L137和ADS1178，來(lái)完成8通道的數據傳輸。圖3為等效原理圖，CPLD程序流程如圖4所示。 2．2 采樣程序設計 代碼調試中的主要工作是測試同步采樣A／D的8路通道。SPI和EDMA的參考配置及使能在上面已經(jīng)完成。當ADS1178開(kāi)始數據采集時(shí)，通過(guò)GPIO口由OMAP-L137先向ADS1178發(fā)送一個(gè)由低變高的同步信號來(lái)通知 ADS1178開(kāi)始工作。當ADS1178完成了數據轉換時(shí)，向OMAP-L137發(fā)送一個(gè)由高到低的READ-Y信號，通知OMAP-L137數據已經(jīng)準備就緒，等待主芯片的時(shí)鐘將數據送到數據線(xiàn)上；并在CPLD送出采樣時(shí)鐘后，等待EDMA的數據接收中斷，當中斷到來(lái)時(shí)完成數據的采集工作。采樣程序流程如圖5所示。 3 系統測試 通過(guò)示波器可以觀(guān)測到CLK(圖6中上面的曲線(xiàn))和SIMO(圖6中下面的曲線(xiàn))引腳的波形圖。采樣結果放在數組Adresult中，如圖7所示。 從圖6和圖7中可以看出，采用SPI從模式的數據傳輸方法，可以通過(guò)CPLD上的程序設計得到128個(gè)連續的采樣時(shí)鐘，數據傳遞的連續性好，每組時(shí)鐘之間不存在時(shí)鐘間隔。在程序處理的后續階段，通過(guò)配置EDMA的接收事件就可以連續接收多組數據，在數據全部接收到OMAP-L137中時(shí)觸發(fā)一次中斷便可完成接收工作，從而節省了處理器資源。 4 結 論 在OMAP-L137與ADS1178的實(shí)時(shí)采集數據傳遞問(wèn)題上，采用SPI主模式進(jìn)行數據接收時(shí)，每接收一組數據后都需要通過(guò)中斷資源來(lái)變更接收地址。而本文通過(guò)SPI從模式進(jìn)行數據接收，可以在接收完多組數據后僅用一次接收中斷便結束工作，節約了處理器資源，并且實(shí)際測試表明，傳輸數據的連續性和實(shí)時(shí)性較好。由此看出，采用SPI從模式配合CPLD來(lái)處理OMAP-L137與ADS1178數據通信問(wèn)題無(wú)疑是一種很好的解決方案。 |
