AD73360與TMS320F206的接口設(shè)計(jì)

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(cè)量IC器件。本文簡(jiǎn)單介紹了它的功能特點(diǎn)，詳細(xì)說明了通過其同步串行口與 TMS320F206定點(diǎn)DSP的軟硬件接口設(shè)計(jì)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(diǎn)決定了在對(duì)其數(shù)據(jù)采集時(shí)各路要保持嚴(yán)格的同步性。普通的AD 轉(zhuǎn)換器件由于內(nèi)部共用一個(gè)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(dá)到各路數(shù)據(jù)的同步性，這樣難免使整個(gè)系統(tǒng)電路變的復(fù)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(gè)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(duì)設(shè)備實(shí)時(shí)性、計(jì)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(jì)算能力和實(shí)時(shí)性上，已不能很好的適應(yīng)系統(tǒng)要求。于是DSP處理器以其ns級(jí)指令系統(tǒng)和哈佛結(jié)構(gòu)顯著的計(jì)算能力和實(shí)時(shí)性逐漸滲透到電力系統(tǒng)中來。本文就AD73360和TMS320F206定點(diǎn)DSP的接口設(shè)計(jì)作了詳細(xì)的介紹，實(shí)現(xiàn)了基于TMS320F206的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集。

1  AD73360簡(jiǎn)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(cè)量IC器件。它的主要特點(diǎn)是：
    (1) 6通路間相互隔離且各含一信號(hào)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(jí)，可編程控制選擇，容許低電平幅度模擬信號(hào)的輸入，幾乎不存在時(shí)間(對(duì)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(cè)量場(chǎng)合。
    (3)帶片內(nèi)基準(zhǔn)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(jiǎn)介
    TMS320F206是TI公司近年來推出的一種性價(jià)比較高的定點(diǎn)DSP芯片，內(nèi)含豐富的片內(nèi)外設(shè)，多用于測(cè)量控制領(lǐng)域。其主要特點(diǎn)如下：
    (1) 采用改進(jìn)型哈佛結(jié)構(gòu)，使程序區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)相互獨(dú)立，設(shè)置了程序總線和數(shù)據(jù)總線，允許在同一時(shí)間對(duì)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(shí)也節(jié)約了指令周期提高了速度；指令系統(tǒng)功能強(qiáng)大且高度專業(yè)化；內(nèi)含32K閃速存儲(chǔ)器。        
    (2) 采用4級(jí)流水線操作使取指、譯碼、取操作數(shù)、執(zhí)行各處于獨(dú)立的操作階段可交疊進(jìn)行操作，從而減少了指令執(zhí)行時(shí)間；專用的16x16硬件乘法器可在一個(gè)指令周期內(nèi)完成乘法操作，把乘法時(shí)間從通用微處理器的us級(jí)提高到了ns級(jí)。          
    (3) 可尋址4個(gè)獨(dú)立空間：64K程序 存儲(chǔ)器，64K字?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)器，64K字I/O空間，32K字全局?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)器。
    (4) 含用于仿真和測(cè)試的片內(nèi)掃描邏輯電路(IEEE標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)器的存儲(chǔ)情況，調(diào)試很方便。

3 AD73360與TMS320F206的接口設(shè)計(jì)
3.1  工作時(shí)序分析:  
    本設(shè)計(jì)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(gè)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(yīng)范圍寬，可使用內(nèi)部或外部時(shí)鐘工作，有突發(fā)和連續(xù)兩種工作模式?？紤]到AD73360的時(shí)序（圖1），本設(shè)計(jì)采用突發(fā)模式工作，其發(fā)送與接收時(shí)序如圖2所示。
 
圖1 AD73360串行口發(fā)送和接收時(shí)序

    分析AD73360串行口的發(fā)送/接收時(shí)序和TMS320F206同步串行口的發(fā)送/接收時(shí)序，不難發(fā)現(xiàn)兩者的時(shí)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(hào)SDOFS 由低變?yōu)楦唠娖胶蟮南乱粋€(gè)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(gè)數(shù)據(jù)字發(fā)送。TMS320F206同步串行口在接收幀信號(hào)FSR變?yōu)楦唠娖胶蟮慕邮諘r(shí)鐘CLKR的下一個(gè)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(gè)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(hào)SDIFS變?yōu)楦唠娖胶蟮南乱粋€(gè)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(gè)數(shù)據(jù)字接收開始。在TMS320F206同步串行口發(fā)送幀同步信號(hào)FSX變?yōu)楦唠娖胶蟮陌l(fā)送時(shí)鐘CLKX的下一個(gè)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(gè)數(shù)據(jù)字傳送開始。 
 
a.發(fā)送時(shí)序圖
 
b.接收時(shí)序圖
圖2 TMS320F206的同步串行口發(fā)送與接收時(shí)序

    通過以上分析得出結(jié)論：TMS320F206同步串行口的幀同步信號(hào)與AD73360的幀同步時(shí)鐘信號(hào)實(shí)際上是一致性的關(guān)系，所以將TMS320F206的幀同步信號(hào)直接與AD73360的幀同步信號(hào)相連接。 將AD73360的輸出時(shí)鐘SCLK作為TMS320F206同步串行口的發(fā)送和接收時(shí)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(jì)中TMS320F206工作于20MHz時(shí)鐘下，其系統(tǒng)時(shí)鐘輸出CLKOUT1作為AD73360的主時(shí)鐘輸入,通用輸出口XF使能AD73360。

3.3  接口程序設(shè)計(jì)
    在開始接收AD73360采集的數(shù)據(jù)之前按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行初始化。對(duì)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(dòng)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(jì)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(shí)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(duì)于AD73360: 按需要設(shè)置好控制字，存放在存儲(chǔ)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(shí)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(biāo)志位
splk    #0000h,60h
out     60h,wsgr；設(shè)置軟件等待為0
splk    #0ce02h,60h
out     60h,sspcr；復(fù)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(gè)數(shù)-1
             banz    skip
             splk    #1,flag；置發(fā)送完標(biāo)志
             splk    #0018h,imr；開接收中斷
skip:        splk    #0010h,ifr；清除發(fā)送中斷標(biāo)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(biāo)志位
       clrc    intm
             ret              

  
    在選擇AD73360的采樣速率和數(shù)據(jù)傳送速率時(shí)，應(yīng)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(shí)，還要考慮發(fā)送轉(zhuǎn)換結(jié)果之后AD73360是否有足夠的時(shí)間接收TMS320F206傳來的控制字。接收中斷中可以加入適當(dāng)?shù)奶幚?，如將各路分開存放、濾波等操作，但是應(yīng)特別注意的是不能使中斷程序過長，嚴(yán)格計(jì)算好AD73360發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔和中斷程序的執(zhí)行時(shí)間保證在下一個(gè)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(jì)方法和思想，我們實(shí)現(xiàn)了TMS320F206和AD73360之間的接口設(shè)計(jì)，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(gè)信號(hào)之間的時(shí)序關(guān)系在成功地設(shè)計(jì)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(jì)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(shí)序與TMS320F206同步串行口收發(fā)時(shí)序完成了兩個(gè)器件之間的接口設(shè)計(jì)，并成功應(yīng)用于電量參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了基于TMS320F206的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集。

參考文獻(xiàn)
[1] 張雄偉，曹鐵勇.DSP芯片的原理與開發(fā)應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2000
[2] 張?zhí)m芳.TMS320C2XX用戶指南[M].北京：電子工業(yè)出版社，1999
[3] TMS320C2XX  User’s Guide[M].  USA：TEXAS INSTRUMENTS, 1997
[4] 彭啟宗，李玉柏.DSP技術(shù)[M].成都：電子科技大學(xué)出版社，1997