基于DSP與串行A/D組成的高速并行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)方案

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

在分析了C5402多通道緩沖串口和串行A/D轉(zhuǎn)換器TLV1572工作特點(diǎn)后，可以利用TLV1572工作在DSP模式，使其與C5402進(jìn)行接口，在同步時(shí)鐘信號(hào)的作用下完成A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)傳輸。圖3為整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件原理圖，本系統(tǒng)根據(jù)C5402的多通道緩沖串口特性，充分利用兩個(gè)緩沖串口與兩片串行A/D TLV1572進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

為了達(dá)到與C5402很好匹配，A/D電源和參考電壓都接了3.3V。A/D的FS接DSP的FSX和FSR，使數(shù)據(jù)輸入的幀同步信號(hào)由DSP產(chǎn)生。SCLK接DSP的CLKX和CLKR，這樣數(shù)據(jù)的輸入和輸出時(shí)鐘均來自DSP。C5402與兩片A/D進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，設(shè)置串口中斷工作在00模式，即串口數(shù)據(jù)到達(dá)觸發(fā)中斷，這樣CPU可以根據(jù)哪片A/D傳輸數(shù)據(jù)產(chǎn)生相應(yīng)的串口中斷RINT0或RINT1。當(dāng)兩個(gè)串口的數(shù)據(jù)同時(shí)到達(dá)，即同時(shí)申請(qǐng)中斷時(shí)，C5402的CPU會(huì)根據(jù)中斷優(yōu)先級(jí)響應(yīng)RINT0中斷，然后再響應(yīng)中斷RINT1。為了保證數(shù)據(jù)通信的可靠性，避免數(shù)據(jù)沖突，在響應(yīng)RINT1中斷的過程中，串口0無中斷請(qǐng)求。

C5402芯片內(nèi)配置有4K×16bit片內(nèi)屏蔽式的ROM(F000-FFFF)。在4K ROM資源里包含了Bootloader程序，它允許程序放在外部較慢的存儲(chǔ)器或微處理器中，并調(diào)到高速的DRAM存儲(chǔ)器中運(yùn)行，大大減小了C5402內(nèi)部掩膜的需要，降低了電路設(shè)計(jì)成本。系統(tǒng)獨(dú)立工作的內(nèi)部邏輯由CPLD來完成，如圖4所示。

C5402上電復(fù)位裝載時(shí)，由于Bootloader程序在初始化時(shí)設(shè)置XF為高電平，在系統(tǒng)進(jìn)入并行引導(dǎo)裝載模式后，C5402從數(shù)據(jù)尋址為0FFFFh單元(A15=1，選中Flash)中讀取將要載入的程序存儲(chǔ)區(qū)首地址，和并行轉(zhuǎn)載數(shù)據(jù)流。此時(shí)，C5402可以將AT29LV1024 Flash地址08000h～0FFFFh單元中的數(shù)據(jù)讀到C5402對(duì)應(yīng)于0000h～7FFFh尋址區(qū)的片內(nèi)DARAM和片外SRAM IS61LV6164中。

Bootloader程序結(jié)束后，在這個(gè)系統(tǒng)中，用戶程序的第一條語(yǔ)句為RSBX XF，即置XF引腳為低電平，F(xiàn)lash始終不選通。這樣，SRAM的高32K區(qū)域(08000h～0FFFFh)被釋放出來，可以作為DSP系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)區(qū)或程序區(qū)使用。

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要包括多通道緩沖串口的初始化、串口中斷服務(wù)程序和并行裝載程序設(shè)計(jì)等。

● 程序設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題

(1)McBSP工作在數(shù)據(jù)接收中斷方式，因此全局中斷和串口中斷的相應(yīng)位應(yīng)該合理設(shè)置。同時(shí)，在設(shè)置中斷向量表時(shí)，使中斷向量表的位置與處理器模式狀態(tài)寄存器PMST中的中斷向量指針I(yè)PTR相對(duì)應(yīng)，使IPTR的9位地址指向128字的中斷向量所在的程序頁(yè),同時(shí)，中斷向量表要嚴(yán)格按照C5402規(guī)定的格式編寫，否則不能正確地產(chǎn)生需要的中斷結(jié)果。

(2)要實(shí)現(xiàn)DSP數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的脫機(jī)獨(dú)立運(yùn)行，需要給每臺(tái)DSP配備獨(dú)立的程序存儲(chǔ)器，在整個(gè)系統(tǒng)上電或者復(fù)位時(shí)，由引導(dǎo)裝載程序?qū)⒋嬗谄獾某绦虼a裝載到片內(nèi)DARAM或者系統(tǒng)的擴(kuò)展存儲(chǔ)器中，然后運(yùn)行程序來完成對(duì)McBSP進(jìn)行設(shè)置和其他程序。

(3)為了實(shí)現(xiàn)兩路A/D和C5402之間的時(shí)序匹配，避免數(shù)據(jù)沖突，需要注意C5402采樣率發(fā)生寄存器SRGR1中CLKGDV位的設(shè)置，使C5402工作時(shí)鐘周期大于兩個(gè)串口中斷的響應(yīng)時(shí)間。

若TLV1572以400KSPS轉(zhuǎn)換速率來計(jì)算，每片A/D應(yīng)該是每2.5μs向DSP發(fā)送一次數(shù)據(jù)，申請(qǐng)中斷，CPU響應(yīng)中斷來接收數(shù)據(jù)。DSP工作在100MHz時(shí)，時(shí)鐘周期為10ns,因此每個(gè)緩沖串口中斷服務(wù)程序中可以執(zhí)行一個(gè)少于125個(gè)時(shí)鐘周期的程序而不影響串口的接收，若串口中斷程序的時(shí)間不夠用，還可以適當(dāng)降低A/D轉(zhuǎn)換速率，為串口中斷提供更長(zhǎng)的中斷服務(wù)時(shí)間。

● 串口接收的部分初始化程序

下面根據(jù)多通道緩沖串口的特性和兩路串行A/D工作的要求，主要介紹一下串口接收的軟件設(shè)計(jì)和串口部分關(guān)鍵設(shè)置。

；＝＝＝＝＝初始化串口0＝＝＝＝＝
stm #0, SPSA0
stm #0000h, SPSD0 ; #0000H寫入SPCR10
stm #1, SPSA0
stm #0000h, SPSD0 ; #0000H寫入SPCR20
stm #2, SPSA0
stm #0040h, SPSD0 ; #0040H寫入RCRC10，每字16位
stm #3, SPSA0
stm #0040h, SPSD0 ; #0040H寫入RCR20，每幀一段，每段一字
stm #6, SPSA0
stm #000fh, SPSD0 ; #0009H寫入SRGR10，時(shí)鐘周期CLKG=6.4MHz
stm #7, SPSA0
stm #300fh, SPSD0 ; #3010H寫入SRGR20，幀周期為16個(gè)CLKG
stm #0eh,SPSA0
stm #0a04h, SPSD0 ; #0A04H寫入PCR0，F(xiàn)SX, CLKX輸出，F(xiàn)SR,CLKR輸入
；＝＝＝＝＝初始化串口1＝＝＝＝＝

串口1的初始化程序參見串口0

；＝＝＝＝＝啟動(dòng)接收＝＝＝＝＝＝＝
stm #0,SPSA0
stm #0001h, SPSD0 ；啟動(dòng)串口0接收
stm #1,SPSA0
stm #00c0h, SPSD0 ；內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)鐘產(chǎn)生FSG
stm #0,SPSA1
stm #0001h, SPSD1 ；啟動(dòng)串口1接收
stm #1,SPSA1
stm #00c0h, SPSD1 ；內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)鐘產(chǎn)生FSG
;＝＝串口0接收中斷子程序＝＝＝
.sect brint0
host_brint0:
rsbx intm ；關(guān)中斷
ldm drr0,A
stl A,*ar4+ ； 接收
……
其他處理程序
rete

結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了兩片串行A/D與C5402組成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)硬件連接簡(jiǎn)單，A/D的采樣率可以通過串口時(shí)鐘靈活設(shè)置，通用性強(qiáng)。該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)已經(jīng)成功應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)室的信號(hào)處理系統(tǒng)中，顯示出設(shè)計(jì)靈活、高速、可靠等優(yōu)點(diǎn)。