DSP芯片與A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器接口的設(shè)計(jì)

MAX153和MX7545是美國(guó)MAXIM公司近幾年推出的8位A/D轉(zhuǎn)換器和12位D/A轉(zhuǎn)換器。MAX153具有高達(dá)1MSPS的采樣率,MX7545具有4MSPS的數(shù)/模轉(zhuǎn)換速度。

　　MAX153和MX7545可以很容易地與一般微處理器接口,而不需要過多地考慮時(shí)序問題。然而,當(dāng)它們同時(shí)與高速數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）接口時(shí),就需要從軟硬件的設(shè)計(jì)上仔細(xì)考慮時(shí)序問題和其它問題。

　　下面先簡(jiǎn)單介紹一下MAX153和MX7545的工作模式,隨后以它們與TMS320C30數(shù)字信號(hào)處理器的接口為例,詳細(xì)介紹接口的軟硬件設(shè)計(jì)方法。

　　1 MAX153的工作模式

根據(jù)MODE管腳上信號(hào)的不同,MAX153有兩種不同的工作模式。當(dāng)MODE接地（0V）時(shí),轉(zhuǎn)換器處于RD工作模式;當(dāng)MODE接高電平（+5V）時(shí),轉(zhuǎn)換器處于WR-RD工作模式。限于篇幅,下面將只介紹WR-RD工作模式。

　　從圖1可以看出,轉(zhuǎn)換器在WR的下降沿開始啟動(dòng),當(dāng)WR變高時(shí),高4位的數(shù)據(jù)已轉(zhuǎn)換完畢且已送到輸出緩沖器,同時(shí)低4位數(shù)據(jù)開始轉(zhuǎn)換,380ns后INT變低,表明低四位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換也已完成。數(shù)據(jù)的讀取有兩種方式,這里僅介紹最快工作模式下的數(shù)據(jù)讀取方式。

　　圖1所示的是由外部信號(hào)控制的轉(zhuǎn)換時(shí)序圖。在這種讀取數(shù)據(jù)的模式中,RD信號(hào)提前有效,可以獲得最快的轉(zhuǎn)換時(shí)間。一般RD在WR的上升沿250ns后變?yōu)榈?就可以完成轉(zhuǎn)換獲得數(shù)據(jù)。INT在RD的下降沿變?yōu)榈?之后,隨著RD或CS的上升沿而變?yōu)楦摺?/P>

　　2 MX7545的工作模式

　　與一般的D/A轉(zhuǎn)換器一樣,MX7545也有電流和電壓兩種工作模式。其中,電流工作模式又分為單極性和雙極性兩種,這里只介紹單極性電流工作模式。

　　不論是電流工和模式還是電壓工作模式,MX7545的工作時(shí)序是一樣的,如圖2所示。其中,MX7545在一個(gè)轉(zhuǎn)換周期內(nèi),片選信號(hào)CS有效時(shí)間tcs需要180ns,寫信號(hào)WR的有效時(shí)間tWR需要160ns。

　　3 硬件接口

　　根據(jù)汽車防撞雷達(dá)系統(tǒng)的要求,在發(fā)送三角波調(diào)頻信號(hào)的同時(shí)需采集雷達(dá)的回波信號(hào)。由于系統(tǒng)資源的限制,我們把A/D和D/A同時(shí)配置在TMS320C30的擴(kuò)展總線上。TMS320C30是TI公司的通用DSP芯片,有很強(qiáng)的浮點(diǎn)/定點(diǎn)數(shù)據(jù)運(yùn)算能力和很高的處理速度,特別適合于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集及運(yùn)算處理（如FFT,FIR,IIR濾波等）。圖3是該接口的硬件連接圖。圖中,XA[8～10]為擴(kuò)展總線的地址線中的3條,經(jīng)過譯碼器（74LS138）譯碼后,其輸出Y1、Y2分別接到MX7545和MAX153的片選信號(hào)（CS）端,分別作為他們的片選信號(hào)。RD/WR為TMS320C30擴(kuò)展總線的讀寫控制信號(hào),IOSTRB為擴(kuò)展總線的選通脈沖,XD[0～11]為擴(kuò)展總線的數(shù)據(jù)總線。A/D和D/A的讀寫信號(hào)由DSP的擴(kuò)展總線的讀寫信號(hào)和選通信號(hào)來決定,它們的關(guān)系可由下式表示：

　　/WR=RD/WR+IOSTRB

　　/RD=RD/WR+IOSTRB

　　當(dāng)A/D工作時(shí),Y2尋址選中MAX153。DSP的寫信號(hào)有效時(shí),A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng);DSP的讀信號(hào)有效時(shí),A/D輸出數(shù)據(jù)。當(dāng)D/A工作時(shí),Y1尋址使MX7545有效。DSP的寫信號(hào)有效時(shí),D/A轉(zhuǎn)換啟動(dòng)。MAX153工作于最快的轉(zhuǎn)換方式,口地址是;MAX7545工作于通用的單極性電流工作模式,口地址是804100。從圖中可以看出,其硬件電路是較為簡(jiǎn)單的。

　　4 時(shí)序的配合和程序的編制

　　下面將介紹D/A的通用電流工作模式下和A/D在最快工作模式下與TMS320C30 DSP接口的時(shí)序配合問題。

　　4.1 時(shí)序配合問題

　　從系統(tǒng)硬件電路的接法和工作時(shí)序上,可以分析"啟動(dòng)轉(zhuǎn)換"和"讀取數(shù)據(jù)"的時(shí)序關(guān)系。一個(gè)假寫操作便可使A/D的/WR有效,即可啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。就DSP的擴(kuò)展總線的信號(hào)線IOSTRB選通的端口而言,讀寫都需兩個(gè)時(shí)鐘周期。當(dāng)DSP采用33.3MHz的時(shí)鐘時(shí),每個(gè)時(shí)鐘周期H1為60ns（即主時(shí)鐘的二分頻）。從圖1可見,啟動(dòng)轉(zhuǎn)換時(shí)間tWR的最小需要250ns,故需要插入總線等待周期。若插入4個(gè)等待周期,此時(shí)tWR為60×5=300ns,除去高速譯碼器的傳輸延遲17ns,實(shí)際WR的脈沖寬度遠(yuǎn)大于MAX153所規(guī)定的tWR的最小脈寬250ns,因而啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換是可靠的。

　　由圖1可知,MAX153要求的轉(zhuǎn)換時(shí)間tRD須大于250ns,故這里需要加入300ns的延遲時(shí)間,此時(shí)讀取A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)也是可靠的。接著讀取并轉(zhuǎn)換A/D數(shù)據(jù),然后向D/A送數(shù)據(jù)。從圖2可以看出,tCS至少需要180ns,tWR至少需要160ns,故設(shè)置4個(gè)總線等待周期也是完全可滿足要求的。

　　4.2 匯編程序編寫

　　由于此電路用于汽車防撞雷達(dá)信號(hào)的采集和處理系統(tǒng)中,故此電路應(yīng)完成的功能是：在發(fā)送雷達(dá)所需的三角波的同時(shí)采集雷達(dá)的回波信號(hào),即二者須同時(shí)完成。具體程序如下：

　　根據(jù)程序,可以得到系統(tǒng)的時(shí)序,如圖4所示。

　　根據(jù)以上硬件和軟件的設(shè)計(jì),由時(shí)序圖可以得到：

　　所以,總的轉(zhuǎn)換時(shí)間是：

　　Ts=300+300+300+420+300+60=1680ns

　　故其轉(zhuǎn)化頻率為：

　　Fs=1/Ts=1/1.68μs=595.2kHz

　　程序設(shè)計(jì)中需注意的問題有：

　　（1）在啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換前,應(yīng)先假讀一次,使A/D復(fù)位,以避免不可靠的操作。

　　（2）TMS320C30的擴(kuò)展總線應(yīng)設(shè)置4個(gè)等待周期,以保證A/D和D/A與DSP收發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)序的配合。

　?。?）無論A/D還是D/A與DSP或MCU的接口電路的設(shè)計(jì)。最重要的是保證它們的時(shí)序正確。特別是當(dāng)它們同時(shí)與DSP連接時(shí),更應(yīng)該從軟件方面仔細(xì)考慮它們的時(shí)序配合問題。

　　MAX153和MX7545不僅功能較強(qiáng),而且能方便地與一般的微處理器接口,但在與DSP接口時(shí)要考慮一些特殊的問題。鑒于詳細(xì)介紹DSP同時(shí)與A/D和D/A轉(zhuǎn)換器接口方便的文章較少,故我們選擇其一接口方式加以介紹,對(duì)于其它模式的應(yīng)用也可以參考本文介紹的方法。我們已將該設(shè)計(jì)成功地應(yīng)用于其于DSP的汽車防撞雷達(dá)信號(hào)的處理系統(tǒng)中。