基于TMS320C6416T的數(shù)據(jù)采集存儲系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2 器件簡介
2．1 TMS320C6416T簡介
    TMS320C6416T型DSP工作主頻高達(dá)1 GHz，處理性能可達(dá)8 000 MI／s，片上存儲器采用兩級存儲器結(jié)構(gòu)，第一級存儲器包括相互獨(dú)立的程序和數(shù)據(jù)，只能用于CPU高速緩存訪問；第二級存儲器尋址空間為1 M字節(jié)，可以選擇配置為SRAM或2級Cache。片內(nèi)資源主要含有增強(qiáng)型直接存儲器訪問(EDMA)控制器、外部存儲器接口(EMIF)、主機(jī)接口(HPI)、通用目標(biāo)輸入輸出(GPI0)、多通道緩沖串行接口(McBSP)、中斷選擇器、定時(shí)器、節(jié)電邏輯等。
2．2 THSl2082簡介
    THSl2082是TI公司的可編程、雙通道、低功耗、內(nèi)置FIF0的8 MS/s采樣速率的12位并行高速A/D轉(zhuǎn)換器，可與DSP實(shí)現(xiàn)無縫鏈接。THSl2082含有兩路采樣保持器，可同時(shí)對兩路信號采樣保持，并按順序轉(zhuǎn)換各通道的采樣保持值。單通道最高采樣頻率可達(dá)8 MS/s。而同時(shí)采樣兩通道的模擬信號，其采樣頻率為4 MS／s。THSl2082內(nèi)部功能框圖如圖1所示。

    THSl2082內(nèi)置2個控制寄存器(CRl和CR0)，通過向內(nèi)部控制寄存器寫入特定的控制命令設(shè)定該器件的具體工作狀態(tài)。輸入引腳Dll／RAl和Dl0／RA0可作為內(nèi)部控制寄存器的地址線，并用于選擇控制寄存器CRO或CRl。內(nèi)置16字FIF0可編程設(shè)定采集多次數(shù)據(jù)后南DATA_AV信號線中斷CPU讀取數(shù)據(jù)，減少CPU讀取數(shù)據(jù)的巾斷次數(shù)，提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。THSl2082可采用內(nèi)部電壓和外部電壓供電，并由內(nèi)部寄存器控制。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
3．1 數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計(jì)
    TMS320C6416T的外部存儲器接口(EMIFA、EMIFB)可與外部元件無縫鏈接，片外設(shè)備(存儲器或I／O)則通過外部存儲器接口(EMIF)進(jìn)行訪問。其中EMIFB為16位存儲器總線，分成4個空間，即BCEO～BCE3，每個存儲空間可獨(dú)立配置。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用EMIFB的BCE2存儲空間，最高工作頻率為133 MHz，工作時(shí)鐘來源為BECLKIN(外部輸入時(shí)鐘)、CPU時(shí)鐘四分頻(250 MHz)、CPU時(shí)鐘六分頻(167 MHz)。EMIFB接口信號如圖2所示，其中BECLKOUTl時(shí)鐘輸出和EMIFB輸入時(shí)鐘的頻率相同。BECLKOUT2輸出時(shí)鐘的頻率為EMIFB輸入時(shí)鐘頻率的1／2或114。BED[15：0]為16位數(shù)據(jù)總線，BEA[20：1]為20位外部地址總線。

    設(shè)計(jì)時(shí)，THSl2082通過插座JDSP連接到EMIFB，片選信號CSO與BCE2相連，將THSl2082配置在EMIFB的BCE2中；THSl2082讀寫控制信號RD、WR(R／W)分別接EMIFB的BARE、BAWE；AINP、AINM為模擬輸入通道；外部輸入?yún)⒖茧妷旱恼?fù)極REFM、REFP分別通過電容接地；由于THSl2082的REFOUT為2．5V參考電壓輸出，將REFIN引腳接至REFOUT引腳，實(shí)現(xiàn)2．5 V標(biāo)準(zhǔn)電壓的輸入；DATA_AV數(shù)據(jù)有效信號與DSP的EXT-INT4相連，數(shù)據(jù)采集FIFO存滿后，申請中斷通知DSP讀取數(shù)據(jù)；THSl2082溢出信號OV_FL與DSP的EXT-INT5相連，表示有溢出，這時(shí)應(yīng)處理溢出處理；12位數(shù)據(jù)線接EMIFB的BED[15：0]的低12位；A／D時(shí)鐘通過J_CLK插座接DSP的TOUTl定時(shí)器輸出，通過對DSP內(nèi)部定時(shí)器Timerl的編程產(chǎn)生8 MHz采樣時(shí)鐘，并根據(jù)采樣要求調(diào)整。THSl2082與TMS320C6416的接口電路如圖3所示。輸入信號時(shí)，系統(tǒng)可通過J_AINP或J AINM輸入，經(jīng)運(yùn)算放大器AD8042AR將信號變換到THSl2082采樣范圍1．5~3．5V內(nèi)進(jìn)行采樣，也可選擇通過J_DIF輸入，選擇差分模式采樣信號。

3．2 數(shù)據(jù)存儲電路設(shè)計(jì)
    TMS320C6416T的EMIFA為64位存儲器總線，分成4個存儲空間ACEO~ACE3，每個存儲空間可獨(dú)立配置，無縫接口具有多種類型的存儲器(SRAM、ROM、SDRAM等)。EMIFA工作時(shí)鐘有：AECLKIN(外部輸入)、CPU時(shí)鐘四分頻(250 MHz)、CPU時(shí)鐘六分頻(167 MHz)。EMIFA接口信號如圖4所示。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用同步存儲器SDRAM HY57V2—83220T，其容量為2 Mx32位。該器件的32位數(shù)據(jù)線與EMIFA的64位數(shù)據(jù)總線AED[0：63]的低32位AED[0：31]相連；12位地址線接EMIFA的20位地址總線的AEA[3：14]；片選信號CS接EMIFA的ACEO，將SDRAM配置在ACEO空間中；列、行地址選通信號CSA、RAS接EMIFA的ASDCAS、ASDRAS；信號WE接EMIFA的寫使能信號ASDWE；HY57V283220T的時(shí)鐘由AECLKOUTI提供，并與EMIFA的時(shí)鐘相同；CKE接ASDCKE，SDRAM時(shí)鐘使能，其接口電路如圖5所示。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
    系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要是對DSP TMS320C6416T編程，應(yīng)用軟件CCS 3．3配置其內(nèi)部資源，產(chǎn)生A/D轉(zhuǎn)換器的讀寫時(shí)序，寫入控制字，讀取采樣結(jié)果進(jìn)而處理數(shù)字信號。系統(tǒng)上電后，首先初始化A/D轉(zhuǎn)換器寫入控制字，進(jìn)而DSP產(chǎn)生時(shí)鐘信號，啟動A／D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣，待FIF0數(shù)據(jù)存滿后中斷DSP，DSP通過EDMA控制器從數(shù)據(jù)總線讀取數(shù)據(jù)，并且保存在SDRAM單元。對存儲單元的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的算法處理，如頻譜分析等。該系統(tǒng)驅(qū)動軟件流程如圖6所示。

    系統(tǒng)測試是對1 MHz頻率信號進(jìn)行采樣，將采樣值存入存儲單元SDRAM，計(jì)算機(jī)通過TMS320C6416T的JTAG接口訪問存儲單元，將數(shù)據(jù)讀回并做FFT分析，分析結(jié)果表明完全符合輸入正弦波，波形無失真，信噪比好，特別適用于數(shù)字信號處理前端的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

5 結(jié)語
    THSl2082是高度靈活的雙通道A／D轉(zhuǎn)換器，結(jié)合高性能DSP TMS320C6416T以及SDRAM HY57V283220T構(gòu)成高速數(shù)據(jù)采集存儲系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)表明，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字信號處理前端的模數(shù)轉(zhuǎn)換，可應(yīng)用于多種領(lǐng)域。