基于TLV1578和TMS320VC5402的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：在工業(yè)控制中，為了對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，要求數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有較高的速度和精度。在此設(shè)計(jì)了基于TMS320VC5402的快速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并詳細(xì)介紹一種A／D接口設(shè)計(jì)方案。通過對(duì)目標(biāo)信號(hào)進(jìn)行采集，結(jié)果表明該系統(tǒng)具有易實(shí)現(xiàn)，高精度，高穩(wěn)定性等特點(diǎn)。提供了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)框圖及實(shí)用的A／D接口原理圖，敘述了系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過程，包括TLV1578的初始化和中斷服務(wù)子程序等。最后從工程實(shí)踐的角度給出了印刷電路板設(shè)計(jì)中需要注意的問題和相應(yīng)的解決方案。
關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)采集；TMS320VC5402；TLV1578；A／D

0 引言
在工業(yè)控制中，經(jīng)常需要將各種數(shù)據(jù)采集到計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，這就要求數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)速度快，精度高，并且具有數(shù)字信號(hào)處理能力。在此討論了一種基于TMS320VC5402的快速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并詳細(xì)介紹了該系統(tǒng)的A／D接口設(shè)計(jì)及軟件實(shí)現(xiàn)。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
1．1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
該設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的CPU為TMS320VC5402。該芯片是TI公司生產(chǎn)的從屬于TMS320C54x系列的一個(gè)工作靈活、高速、具有較高性價(jià)比、低功耗的16位定點(diǎn)通用DSP芯片。其主要特點(diǎn)包括：采用改進(jìn)哈佛結(jié)構(gòu)，1條程序總線(PB)，3條數(shù)據(jù)總線(CB，DB，EB)和4條地址總線(PAB，CAB，DAB，EAB)，帶有專用硬件邏輯CPU，片內(nèi)存儲(chǔ)器，片內(nèi)外圍專用的指令集，專用的匯編語言工具等。TMS320VC5402含4 KB的片內(nèi)ROM和16 KB的雙存取RAM，1個(gè)HPI(Host Port Interface)接口，2個(gè)多通道緩沖單口MCBSP(Multi-Channel Buffer ed Serial Port)，單周期指令執(zhí)行時(shí)間10 ns，雙電源(1．8 V和3．3 V)供電，帶有符合IEEE 1149．1標(biāo)準(zhǔn)的JTAG邊界掃描仿真邏輯。

系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。系統(tǒng)由基于TMS320VC5402的最小系統(tǒng)、JTAG接口電路、FLASH存儲(chǔ)器、模／數(shù)轉(zhuǎn)換電路和信號(hào)調(diào)理電路構(gòu)成。DSP最小系統(tǒng)中包括供電電路、復(fù)位電路和時(shí)鐘電路。供電電路中，將AMS1117-3．3電源轉(zhuǎn)換芯片作為5 V轉(zhuǎn)3．3 V的高性能穩(wěn)壓芯片，為系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的主電源3．3 V。CX1117-1．8電源轉(zhuǎn)換芯片提供1．8 V電壓給DSP內(nèi)核使用。復(fù)位電路使用高電平復(fù)位，并提供手工復(fù)位按鍵。時(shí)鐘電路采用DSP內(nèi)部振蕩器方式，選用20 MHz的外部晶振。JTAG接口電路提供對(duì)DSP的內(nèi)部FLASH的燒寫和仿真通信。FLASH主要用來存儲(chǔ)程序及初始化數(shù)據(jù)。A／D轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換。
信號(hào)調(diào)理電路包括前置放大濾波電路、第二級(jí)放大電路和信號(hào)預(yù)處理電路。其中信號(hào)預(yù)處理電路使輸入的信號(hào)保持在A／D可接受的模擬輸入電壓范圍。TMS320VC5402通過編程實(shí)現(xiàn)對(duì)A／D等模塊的初始化和實(shí)時(shí)控制。
1．2 A／D模塊設(shè)計(jì)
系統(tǒng)采用的ADC芯片是TLV1578。TLV1578是TI公司專門為DSP芯片配套制作的一種8通道10位并行A／D轉(zhuǎn)換器。它將8通道輸入多路選擇器
(MUX)、高速10位ADC和并行接口組合在一起，構(gòu)成10位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。器件包含兩個(gè)片內(nèi)控制器(CR0和CR1)，通過雙向并行端口可以控制通道選擇、軟件啟動(dòng)轉(zhuǎn)換和掉電。TLV1578采用2．7～5．5 V的單電源工作，可接收0～AVDD范圍的模擬輸入電壓，具有速度高、并行接口簡單和功耗低等特性。由于TLV1578具有與DSP兼容的并行接口、內(nèi)置振蕩器等特點(diǎn)，因此使用TLV1578時(shí)，不需要過多的外圍器件就可以方便地實(shí)現(xiàn)與5402連接。圖2給出了TLV1578與TMS320VC5402的連接示意圖。

DSP地址總線的A0引腳和I／O空間選擇引腳控制TLV1578的片選信號(hào)；使用DSP的XF引腳控制TLV1578的讀信號(hào)；DSP和TLV1578的數(shù)據(jù)中斷信號(hào)直接相連。

2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
2．1 程序流程
該系統(tǒng)對(duì)TLV1578的設(shè)置方式為：單通道輸入、軟件啟動(dòng)、采用內(nèi)部時(shí)鐘源、時(shí)鐘設(shè)置為20 MHz、二進(jìn)制輸出方式。系統(tǒng)程序流程圖如圖3所示。