TLC5620I與TMS320F2812接口設(shè)計(jì)與應(yīng)用

關(guān)鍵字：TLC5620I TMS320F2812 接口設(shè)計(jì) 　　1 引言

　　近年來，數(shù)字信號(hào)處理器的應(yīng)用越來越廣泛，數(shù)字信號(hào)處理器并非只局限于音視頻層面，它廣泛的應(yīng)用于通信與信息系統(tǒng)、信號(hào)與信息處理、自動(dòng)控制、雷達(dá)、軍事、航空航天、醫(yī)療、家用電器等許多領(lǐng)域。以往是采用通用的微處理器來完成大量數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算，速度較慢，難以滿足實(shí)際需要；而同時(shí)使用位片式微處理器和快速并聯(lián)乘法器，曾經(jīng)是實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理的有效途徑，但此方法器件較多，邏輯設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)復(fù)雜，耗電較大，價(jià)格昂貴。數(shù)字信號(hào)處理器DSP的出現(xiàn)，很好的解決了上述問題。DSP可以快速的實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的采集、變換、濾波、估值、增強(qiáng)、壓縮、識(shí)別等處理，以得到符合人們需要的信號(hào)形式。

2 TMS320F2812的SPI工作原理

　　TMS320F2812數(shù)字信號(hào)處理器是TI公司最新推出的32位定點(diǎn)DSP（Digital signal o數(shù)字信號(hào)處理器）控制器，是目前控制領(lǐng)域最先進(jìn)的處理器之一。其頻率高達(dá)150MHz，大大提高了控制系統(tǒng)的控制精度和芯片處理能力。TMS320F2812芯片基于C/C++高效32位TMS320C28x DSP內(nèi)核，并提供浮點(diǎn)數(shù)學(xué)函數(shù)庫，從而可以在定點(diǎn)處理器上方便地實(shí)現(xiàn)浮點(diǎn)運(yùn)算。在高精度伺服控制、可變頻電源、UPS電源等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，同時(shí)是電機(jī)等數(shù)字化控制產(chǎn)品升級(jí)的最佳選擇。

　　圖1為SPI模塊與CPU接口結(jié)構(gòu)框圖。

　　由圖1可知，SPI模塊數(shù)據(jù)傳輸由40、41、34、35引腳完成，其引腳功能見表1。

　　TMS320F2812支持125種不同的波特率和4種不同的時(shí)鐘模式。根據(jù)SPI的工作模式（從動(dòng)或主控），引腳SPICLK可分別接收一個(gè)外部的SPI時(shí)鐘信號(hào)或由片內(nèi)提供SPI時(shí)鐘信號(hào)。

　　在該設(shè)計(jì)中，SPI工作在主控模式，SPI時(shí)鐘由片內(nèi)的SPI產(chǎn)生并由SPICLK引腳輸出。TMS320F2812波特率的設(shè)置是由系統(tǒng)的低速外設(shè)模塊時(shí)鐘頻率LSPCLK和SPI主控制器中的SPIBRR寄存器的值決定的，其計(jì)算公式如下：

　　SPI波特率=LSPCLK／（SPIBRR+1）SPIBRR=3～127

　　SPI波特率=LSPCLK／4 SPIBRR="0"、1、2

　　引腳SPICLK上的四種不同的時(shí)鐘模式是由時(shí)鐘極性位和時(shí)鐘相位位控制的，其中時(shí)鐘極性位選擇時(shí)鐘有效沿為上升沿還是下降沿，時(shí)鐘相位位則設(shè)定是否選擇時(shí)鐘的1/2周期延時(shí)。四種不同的時(shí)鐘模式如表2所示。

　　3 TLC5620I簡(jiǎn)介

　　TLC5620I是四路8位電壓輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC），帶有緩沖基準(zhǔn)輸入端（高阻抗），包含上電復(fù)位功能以確?？芍貜?fù)啟動(dòng)，用5 V電源工作。每個(gè)D／A轉(zhuǎn)換的核心是帶有256個(gè)抽頭的單電阻，分別對(duì)應(yīng)256個(gè)可能的代碼。每個(gè)電阻串的一端連接到GND端，另一端由基準(zhǔn)輸入緩沖器的輸出饋電。通過使用電阻串保持單調(diào)性。線性度取決于電阻元件的一致性以及輸出緩沖器的性能。由于輸入端是經(jīng)過緩沖的，所以DAC對(duì)于基準(zhǔn)源總是呈現(xiàn)為高阻抗負(fù)載。每一個(gè)DAC的輸出由可配置增益輸出放大緩沖，它可以配置為一倍或兩倍增益。

　　通過簡(jiǎn)單的3線串行總線可數(shù)字控制TLC5620I，此總線與CMOS兼容且易于與所有常用的微處理器作為控制器器件接口。11位的命令字由8位數(shù)據(jù)（D0～D7），2個(gè)DAC選擇位（A0、A1）和1個(gè)范圍位（RNG）組成。后者允許在一倍或兩倍輸出范圍之間作選擇。DAC寄存器是雙緩沖的，允許完整的新數(shù)值組寫入器件，然后DAC輸出通過LDAC端的控制同時(shí)更新。每個(gè)通道輸出的電壓V0由下式計(jì)算：

　　V0=REF×（CODE／256）×（1+RNG bit value）

　　式中，REF為相應(yīng)通道基準(zhǔn)電壓，CODE是從數(shù)據(jù)位（D7～D0）計(jì)算出的十進(jìn)制數(shù)，RNG是范圍位串行控制字的0或1。

　　4 TLC5620I和TMS320F2812的接口電路

　　該設(shè)計(jì)中，引出4路D／A轉(zhuǎn)換通道電壓，均由LM358構(gòu)成電壓跟隨器輸出，如圖3所示。該圖為AD0和AD1口由LM358組成的同向放大電路。AD2和AD3的放大電路與之相同。

　　TMS320F2812在引腳SPISIMO上將數(shù)據(jù)輸出，與之相對(duì)應(yīng)的是TLC5620I的DATA數(shù)據(jù)接收引腳：TMS320F2812的SPICLK引腳和TLC5620I的CLK引腳相對(duì)應(yīng)，二者共用串行時(shí)鐘；TMS320F2812的IOPB1模擬控制TLC5620I的LOAD引腳電平，以鎖存數(shù)據(jù)，更新輸出電壓。當(dāng)所有的數(shù)據(jù)傳輸完畢時(shí)，控制LDAD引腳跳至低電平，所選擇的D／A通道的輸出電壓得到更新。由于TLC5620I的控制信號(hào)要求的VIH較高，所以需要將DSP輸出的SPI-CLK、SPISIMO以及I／O口模擬的CS信號(hào)的高電平提高，該設(shè)計(jì)采用MM74HC08器件來實(shí)現(xiàn)。

　　5 軟件設(shè)計(jì)

　　由于TLC5620I的工作頻率是1 MHz，故將DSP的SPI通信頻率也設(shè)置為1 MHz。程序采用C語言模塊化編寫，其流程如圖4所示，圖4a主程序完成系統(tǒng)初始化，中斷使能，等待中斷等工作；圖4b中斷服務(wù)程序主要完成輸出電壓的數(shù)字量計(jì)算和數(shù)據(jù)發(fā)送等工作。在編寫程序過程中，要注意TMS320F2812的低速外設(shè)預(yù)分頻和通信頻率間的關(guān)系。

　　利用該實(shí)驗(yàn)程序，可以通過示波器在DACOUT0和DA-COUT1接口輸出端觀測(cè)到三角波，利用萬能表在DACOUT2接口輸出端測(cè)得電壓為2.475 V，在DACOUT3接口輸出端測(cè)得電壓為1.65 V。

　　6 結(jié)束語

　　以TMS320F2812與TLC5620I為例，詳細(xì)討論兩者的串口通信的硬件接口及軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)到模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換，擴(kuò)展TMS320TMS320F2812在控制領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。在設(shè)計(jì)過程中，充分利用TMS320F2812的SPI模塊，只有少量的數(shù)據(jù)線和控制線，使電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化，提高了設(shè)計(jì)可靠性，并在實(shí)際應(yīng)用中效果良好使產(chǎn)品更便宜。