AD73360與TMS320F206的接口設(shè)計

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

0 引言
電力系統(tǒng)本身的特點決定了在對其數(shù)據(jù)采集時各路要保持嚴格的同步性。普通的AD 轉(zhuǎn)換器件由于內(nèi)部共用一個轉(zhuǎn)換電路或沒有保持電路，不能保證各路數(shù)據(jù)同步，通常只能通過增加外部電路的方法達到各路數(shù)據(jù)的同步性，這樣難免使整個系統(tǒng)電路變的復雜，增加了開銷。AD73360 由于各路自帶轉(zhuǎn)換電路，路與路之間的聯(lián)系只是共用一個串行口，所以保證了各路采樣轉(zhuǎn)換的同步性，極適合電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集。就微處理器而言，51系列和96系列是電力系統(tǒng)設(shè)備中最常用的。目前，由于電力系統(tǒng)對設(shè)備實時性、計算能力及大數(shù)據(jù)量等各方面要求的不斷提高，這些器件在計算能力和實時性上，已不能很好的適應系統(tǒng)要求。于是DSP處理器以其ns級指令系統(tǒng)和哈佛結(jié)構(gòu)顯著的計算能力和實時性逐漸滲透到電力系統(tǒng)中來。本文就AD73360和TMS320F206定點DSP的接口設(shè)計作了詳細的介紹，實現(xiàn)了基于TMS320F206的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集。

1 AD73360簡介
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(tǒng)的三相電量測量IC器件。它的主要特點是：
(1) 6通路間相互隔離且各含一信號調(diào)理電路和片上輸入增益放大器，由0到38dB之間設(shè)8級，可編程控制選擇，容許低電平幅度模擬信號的輸入，幾乎不存在時間(對三相電來說是相位)延遲。各通道在音頻范圍內(nèi)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(shù)據(jù)模式，程序模式和程序/數(shù)據(jù)混合模式，很適合各種測量場合。
(3)帶片內(nèi)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(shè)備器件。

2 TMS320F206簡介
TMS320F206是TI公司近年來推出的一種性價比較高的定點DSP芯片，內(nèi)含豐富的片內(nèi)外設(shè)，多用于測量控制領(lǐng)域。其主要特點如下：
(1) 采用改進型哈佛結(jié)構(gòu)，使程序區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)相互獨立，設(shè)置了程序總線和數(shù)據(jù)總線，允許在同一時間對數(shù)據(jù)和指令的讀取，使系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐量提高了一倍，同時也節(jié)約了指令周期提高了速度；指令系統(tǒng)功能強大且高度專業(yè)化；內(nèi)含32K閃速存儲器。
(2) 采用4級流水線操作使取指、譯碼、取操作數(shù)、執(zhí)行各處于獨立的操作階段可交疊進行操作，從而減少了指令執(zhí)行時間；專用的16x16硬件乘法器可在一個指令周期內(nèi)完成乘法操作，把乘法時間從通用微處理器的us級提高到了ns級。
(3) 可尋址4個獨立空間：64K程序存儲器，64K字數(shù)據(jù)存儲器，64K字I/O空間，32K字全局數(shù)據(jù)存儲器。
(4) 含用于仿真和測試的片內(nèi)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，通過該口可察看寄存器和存儲器的存儲情況，調(diào)試很方便。

3 AD73360與TMS320F206的接口設(shè)計
3.1 工作時序分析:
本設(shè)計中AD73360 與TMS320F206的同步串行口相連構(gòu)成電力系統(tǒng)的采集數(shù)據(jù)。該同步串行口具有4個字深FIFO緩存，可設(shè)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(nèi)部或外部時鐘工作，有突發(fā)和連續(xù)兩種工作模式?？紤]到AD73360的時序（圖1），本設(shè)計采用突發(fā)模式工作，其發(fā)送與接收時序如圖2所示。

圖1 AD73360串行口發(fā)送和接收時序

分析AD73360串行口的發(fā)送/接收時序和TMS320F206同步串行口的發(fā)送/接收時序，不難發(fā)現(xiàn)兩者的時序關(guān)系存在一致性： AD73360采樣數(shù)據(jù)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€SCLK的上升沿，且發(fā)送過程中SDOFS一直保持為低電平直到下一個數(shù)據(jù)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鐘CLKR的下一個上升沿處開始數(shù)據(jù)的接收，且接收過程中FSR始終保持低電平，直到下一個數(shù)據(jù)接收開始。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€SCLK的上升沿處，接收過程中SDIFS一直保持為低電平，直到下一個數(shù)據(jù)字接收開始。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)送時鐘CLKX的下一個上升沿處，同步串行口開始發(fā)送數(shù)據(jù)字，最高位(MSB)在前。且發(fā)送過程中FSX一直保持為低電平，直到下一個數(shù)據(jù)字傳送開始。

a.發(fā)送時序圖

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

通過以上分析得出結(jié)論：TMS320F206同步串行口的幀同步信號與AD73360的幀同步時鐘信號實際上是一致性的關(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的輸出時鐘SCLK作為TMS320F206同步串行口的發(fā)送和接收時鐘。

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

設(shè)計中TMS320F206工作于20MHz時鐘下，其系統(tǒng)時鐘輸出CLKOUT1作為AD73360的主時鐘輸入,通用輸出口XF使能AD73360。

3.3 接口程序設(shè)計
在開始接收AD73360采集的數(shù)據(jù)之前按照設(shè)計要求進行初始化。對TMS320F206的設(shè)置：關(guān)閉可屏蔽中斷，設(shè)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AD轉(zhuǎn)換之前，AD所傳數(shù)據(jù)為無效，所以在發(fā)送完控制字之前沒有必要允許接受中斷。按照需要設(shè)置SSPCR寄存器，本設(shè)計中使FSM=1， MCM=0，TXM=0，確定其工作模式為外部幀同步源，外部時鐘源，突發(fā)模式字緩沖發(fā)送與接收；設(shè)置FT1=0，F(xiàn)T0=0，F(xiàn)R1=0，F(xiàn)R0=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AD73360: 按需要設(shè)置好控制字，存放在存儲器中以便發(fā)送。

開發(fā)送中斷，檢查是否發(fā)送完控制字，若發(fā)送完則開接收中斷，接收采集的數(shù)據(jù)。若將AD73360設(shè)置在混合模式工作則在接收AD所傳數(shù)據(jù)的同時還可發(fā)控制字按需要更改AD的設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)置同步串行口
clrc intm；開中斷

發(fā)送中斷：
ssptx: setc intm
mar *,ar3
out *+,sdtr，ar1；ar3中放AD控制字地址
；ar1中為控制字個數(shù)-1
banz skip
splk #1,flag；置發(fā)送完標志
splk #0018h,imr；開接收中斷
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(shù)據(jù)的目的地址
in *+,sdtr；收數(shù)據(jù)
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(shù)據(jù)傳送速率時，應注意的是確保在采樣間隔中能將所有轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)傳給DSP以免數(shù)據(jù)丟失。如將AD73360設(shè)置為混合工作模式，則在選擇采樣速率和數(shù)據(jù)傳送速率時，還要考慮發(fā)送轉(zhuǎn)換結(jié)果之后AD73360是否有足夠的時間接收TMS320F206傳來的控制字。接收中斷中可以加入適當?shù)奶幚?，如將各路分開存放、濾波等操作，但是應特別注意的是不能使中斷程序過長，嚴格計算好AD73360發(fā)送數(shù)據(jù)的時間間隔和中斷程序的執(zhí)行時間保證在下一個數(shù)據(jù)到來之前完成中斷程序的執(zhí)行，避免因TMS320F206來不及接收引起數(shù)據(jù)丟失。

按照上述接口設(shè)計方法和思想，我們實現(xiàn)了TMS320F206和AD73360之間的接口設(shè)計，且傳輸可靠，說明這種連接和設(shè)置方法是可行的。

4結(jié)束語
分析各個信號之間的時序關(guān)系在成功地設(shè)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(shè)計中起到事半功倍的效果。本文通過分析AD73360收發(fā)數(shù)據(jù)工作時序與TMS320F206同步串行口收發(fā)時序完成了兩個器件之間的接口設(shè)計，并成功應用于電量參數(shù)測試系統(tǒng)中，實現(xiàn)了基于TMS320F206的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集。

參考文獻
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