當(dāng)前位置:首頁(yè) > 嵌入式 > 嵌入式軟件
[導(dǎo)讀]基于CPCI總線的智能A/D,D/A模塊設(shè)計(jì)

0 引 言
   
在工業(yè)控制領(lǐng)域,為了實(shí)現(xiàn)采集和控制功能,經(jīng)常會(huì)使用到A/D,D/A模塊。在實(shí)際使用中A/D,D/A模塊和主機(jī)之間通信方式可以有很多選擇。比如RS 232,RS 422,網(wǎng)絡(luò)等接口方式。在該設(shè)計(jì)中A/D,D/A模塊通過(guò)CPCI總線與主機(jī)通信,通過(guò)A/D接口采集數(shù)據(jù),經(jīng)過(guò)伺服控制軟件處理,輸出模擬量驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
    從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)閉環(huán)的控制。另外通過(guò)對(duì)DSP軟件的修改,該模塊還可以單獨(dú)實(shí)現(xiàn)A/D或者D/A功能。
    該設(shè)計(jì)中A/D,D/A模塊具備以下功能:
    (1)提供2路16位A/D,輸入信號(hào)范圍±5 V,精度要求小于士16 LSB;
    (2)提供2路16位D/A,輸出信號(hào)范圍±5 V,精度要求小于土8 LSB,受系統(tǒng)復(fù)位控制;
    (3)使用TI公司DSP(TMS320VC33)作為板載處理器,該DSP主要實(shí)現(xiàn)管理A/D和D/A、運(yùn)行控制算法、與主機(jī)通信功能,并受系統(tǒng)復(fù)位控制;
    (4)DSP與主機(jī)采用雙口RAM(IDT7133)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換功能。

1 設(shè)計(jì)原理
    如圖1硬件結(jié)構(gòu)框圖所示,該模塊采用TI公司高性能CPU器件TMS320VC33為核心。模塊通過(guò)PCI9052芯片與CPCI總線連接,PCI9052的本地總線的信號(hào)連接到雙口RAM的一端。雙口RAM的另一端通過(guò)電平緩沖器連接DSP。

    DSP核心電路包括DSP芯片TMS320VC33、數(shù)據(jù)RAM CY7C1041VC33、程序FLASH芯片SST39VF800A組成;DSP的地址、數(shù)據(jù)、控制總線通過(guò)電平緩沖器件連接雙口RAM、A/D芯片、D/A芯片、CPLD。DSP通過(guò)雙口RAM芯片與主控計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換;A/D芯片的初始化以及讀寫(xiě)操作也由DSP負(fù)責(zé)完成;DSP控制D/A芯片輸出模擬信號(hào);CPLD內(nèi)部主要實(shí)現(xiàn)組合邏輯功能,將DSP輸入的控制信號(hào)譯碼,然后輸出給雙口RAM以及A/D,D/A等功能芯片使用。
    雙口RAM芯片是實(shí)現(xiàn)智能板的重要組成,由于DSP與主控計(jì)算機(jī)的地址空間資源是分別進(jìn)行獨(dú)立分配的,無(wú)法直接進(jìn)行互相訪問(wèn),在兩者之間需要一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖,雙口RAM的特點(diǎn)使其可以滿足這個(gè)要求。

2 實(shí)現(xiàn)方法
2.1 主要原器件選擇
   
在該設(shè)計(jì)中采用成熟技術(shù),選用常用、可靠的控制芯片,結(jié)合一些常用的外圍電路和專用電路實(shí)現(xiàn)全部的功能。即選擇PC19052作為接口芯片,利用該芯片實(shí)現(xiàn)PCI總線從接口邏輯。
    選擇TMS320VC33作為板載處理芯片,該芯片是TI公司推出的專門(mén)用于實(shí)現(xiàn)浮點(diǎn)運(yùn)算的高性能DSP,數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng),并且包含豐富的外圍電路擴(kuò)展接口。
    為了實(shí)現(xiàn)模塊上的電平轉(zhuǎn)換功能,選擇應(yīng)用比較廣泛SN74ALVC164245DL作為電平轉(zhuǎn)換緩沖芯片。
2.2 PCI9052與雙口RAM硬件接口實(shí)現(xiàn)
   
如圖3所示PCI9052與雙口RAM連接的本地總線信號(hào)包括地址、數(shù)據(jù)、控制信號(hào)3個(gè)部分。地址總線寬度為12位,數(shù)據(jù)總線寬度為16位,因此尋址空間為2 KB的16 b地址空間。控制信號(hào)包括讀寫(xiě)控制信號(hào)和外設(shè)準(zhǔn)備完成信號(hào),當(dāng)雙口RAM將外設(shè)準(zhǔn)備完成信號(hào)拉低后,主機(jī)就可以通過(guò)輸出讀寫(xiě)控制信號(hào)對(duì)雙口RAM進(jìn)行讀寫(xiě)的操作。

2.3 DSP設(shè)計(jì)核心電路設(shè)計(jì)
    DSP是整個(gè)設(shè)計(jì)核心,DSP核心電路由DSP芯片、FLASH和RAM三個(gè)部分組成。DSP通過(guò)雙口RAM與處理計(jì)算機(jī)交換數(shù)據(jù)。
    如圖3所示,DSP核心電路設(shè)計(jì)如下所述。DSP的電源包括核心工作電壓1.8 V與I/O電壓3.3 V兩種,分別由板上電源模塊提供。時(shí)鐘信號(hào)由外接晶振提供。復(fù)位信號(hào)由CPLD提供,由于DSP的I/O電壓為3.3 V,在與I/O電平標(biāo)準(zhǔn)為+5 V的信號(hào)連接時(shí)需要進(jìn)行3.3~5 V之間的電平轉(zhuǎn)換。中斷信號(hào)同樣通過(guò)電平轉(zhuǎn)換器件連接到CPLD。地址和數(shù)據(jù)總線根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)的需要連接功能器件。JTAG接口連接到模塊的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的雙列14腳直插連接器上。Page0~3信號(hào)通過(guò)電平轉(zhuǎn)換器件連接到CPLD。
[!--empirenews.page--]2.4 電源設(shè)計(jì)
    系統(tǒng)電源包括+5 V.3.3 V,1.8 V,+15 V,-15 V。
    DSP芯片核心電壓為1.8 V,I/O電壓為3.3 V,所以需要該板提供3.3 V和1.8 V兩個(gè)電壓源。D/A芯片需要提供+15 V,-15 V兩種電源。+5 V電源是由系統(tǒng)提供,其他的電源均由+5 V電源轉(zhuǎn)換獲得。
    對(duì)于線性穩(wěn)壓來(lái)說(shuō),其特點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,所需元件數(shù)量少,輸入/輸出壓差可以很大,但其致命弱點(diǎn)就是效率低,功耗高。DC-DC電路的特點(diǎn)是效率高,升降壓靈活,缺點(diǎn)是干擾和紋波較大。
    對(duì)比凌特公司、國(guó)家半導(dǎo)體公司、德州儀器公司等的同類(lèi)型電壓轉(zhuǎn)換芯片,選取德州儀器公司的TPS73HD318模塊作為3.3 V和1.8 V電壓轉(zhuǎn)換芯片。選用RECOM公:REC3-0515DRW完成+5 V和+15 V,-15 V之間電壓轉(zhuǎn)換。他們具有90%以上的轉(zhuǎn)換效率、簡(jiǎn)單的外圍電路、更小的封裝、2.5%以下的紋波電壓等特點(diǎn)。
2.5 復(fù)位設(shè)計(jì)
    如圖4所示,復(fù)位的輸入包括兩個(gè)部分:MAX1232輸出的RESETA和電源芯片TPS73HD318輸出的RESETB。MAX1232的輸入為手動(dòng)復(fù)位信號(hào)輸入和看門(mén)狗喂狗信號(hào)輸入。手動(dòng)復(fù)位信號(hào)來(lái)自復(fù)位按鈕,喂狗信號(hào)來(lái)自CPLD。復(fù)位輸出2個(gè)信號(hào)分別給DSP,D/A使用。

2.6 電平轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)
    由于DSP的接口電平為3.3 V,CPLD和PC19052接口電平為5 V,為了將兩部分兼容起來(lái),需要使用電平轉(zhuǎn)換緩沖芯片。如圖5所示該器件有兩個(gè)供電電源、兩個(gè)方向控制端、兩個(gè)使能端。通過(guò)連接不同的電壓源可以為器件的信號(hào)引腳提供不同的電平。

2.7 A/D,D/A設(shè)計(jì)
    A/D和D/A芯片通過(guò)電平緩沖期間與DSP的地址數(shù)據(jù)總線連接,由DSP芯片負(fù)責(zé)A/D和D/A的初始化以及讀寫(xiě)控制。

3 CPLD邏輯設(shè)計(jì)
    CPLD片內(nèi)邏輯實(shí)現(xiàn)描述框圖見(jiàn)圖6。在CPLD內(nèi)部主要實(shí)現(xiàn)了三個(gè)的功能,與DSP總線的邏輯接口、內(nèi)部的寄存器、控制邏輯。

    與DSP總線的接口邏輯實(shí)現(xiàn)與DSP邏輯接口,使DSP對(duì)CPLD的內(nèi)部寄存器可以進(jìn)行訪問(wèn)。狀態(tài)寄存器為只讀寄存器,用來(lái)讀取中斷狀態(tài)、與雙口RAM進(jìn)行通信的標(biāo)志位等信息;控制寄存器為只寫(xiě)寄存器,用來(lái)控制中斷屏蔽、修改通信的標(biāo)志位。組合邏輯主要用來(lái)進(jìn)行地址譯碼、讀寫(xiě)譯碼。

4 DSP軟件設(shè)計(jì)
    DSP軟件開(kāi)發(fā)主要是在TI提供的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境CCS下,充分利用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)DSP/BIOS的強(qiáng)大功能,結(jié)合自己特定的處理算法.快速構(gòu)筑一個(gè)滿足需求的高效率的軟件系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)中,對(duì)DSP的初始化是必須的,該設(shè)計(jì)主要應(yīng)用于實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中,其電路的主要功能是用于采集、運(yùn)算、輸出。程序流程圖如圖7所示,上電后存儲(chǔ)在FLASH內(nèi)的程序開(kāi)始運(yùn)行,DSP開(kāi)始依次初始化RAM存儲(chǔ)器、CPLD內(nèi)部寄存器、A/D寄存器、D/A寄存器。初始化完成后開(kāi)始讀取A/D輸入,由于A/D轉(zhuǎn)換速度比讀取的速度慢,在讀取過(guò)程中需要查詢A/D轉(zhuǎn)換狀態(tài),等待A/D芯片輸出轉(zhuǎn)換完成信號(hào)。將讀取的數(shù)據(jù)寫(xiě)入雙口RAM的指定位置,并刷新雙口RAM和CPLD內(nèi)部的標(biāo)志位,通知主機(jī)讀取數(shù)據(jù)。對(duì)A/D數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算,根據(jù)運(yùn)算結(jié)果控制D/A輸出,等待查詢D/A轉(zhuǎn)換完成之后,程序再次跳轉(zhuǎn)至讀取A/D。

5 結(jié) 語(yǔ)
   
將該設(shè)計(jì)用于某一伺服控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)功能,同時(shí)對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性給予了足夠的關(guān)注。經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間考核,本系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

本站聲明: 本文章由作者或相關(guān)機(jī)構(gòu)授權(quán)發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點(diǎn),本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實(shí)性等。需要轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系該專欄作者,如若文章內(nèi)容侵犯您的權(quán)益,請(qǐng)及時(shí)聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車(chē)的華為或?qū)⒋呱龈蟮莫?dú)角獸公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關(guān)鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國(guó)汽車(chē)技術(shù)公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車(chē)工程師從創(chuàng)意到認(rèn)證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車(chē)。 SODA V工具的開(kāi)發(fā)耗時(shí)1.5...

關(guān)鍵字: 汽車(chē) 人工智能 智能驅(qū)動(dòng) BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來(lái)越多用戶希望企業(yè)業(yè)務(wù)能7×24不間斷運(yùn)行,同時(shí)企業(yè)卻面臨越來(lái)越多業(yè)務(wù)中斷的風(fēng)險(xiǎn),如企業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務(wù)連續(xù)性,提升韌性,成...

關(guān)鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報(bào)道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對(duì)日本游戲市場(chǎng)的投資。

關(guān)鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國(guó)國(guó)際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)開(kāi)幕式在貴陽(yáng)舉行,華為董事、質(zhì)量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關(guān)鍵字: 華為 12nm EDA 半導(dǎo)體

8月28日消息,在2024中國(guó)國(guó)際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)上,華為常務(wù)董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱,數(shù)字世界的話語(yǔ)權(quán)最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關(guān)鍵字: 華為 12nm 手機(jī) 衛(wèi)星通信

要點(diǎn): 有效應(yīng)對(duì)環(huán)境變化,經(jīng)營(yíng)業(yè)績(jī)穩(wěn)中有升 落實(shí)提質(zhì)增效舉措,毛利潤(rùn)率延續(xù)升勢(shì) 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務(wù)引領(lǐng)增長(zhǎng) 以科技創(chuàng)新為引領(lǐng),提升企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力 堅(jiān)持高質(zhì)量發(fā)展策略,塑強(qiáng)核心競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)...

關(guān)鍵字: 通信 BSP 電信運(yùn)營(yíng)商 數(shù)字經(jīng)濟(jì)

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺(tái)與中國(guó)電影電視技術(shù)學(xué)會(huì)聯(lián)合牽頭組建的NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會(huì)上宣布正式成立。 活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng) NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)...

關(guān)鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長(zhǎng)三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會(huì)上,軟通動(dòng)力信息技術(shù)(集團(tuán))股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱"軟通動(dòng)力")與長(zhǎng)三角投資(上海)有限...

關(guān)鍵字: BSP 信息技術(shù)
關(guān)閉
關(guān)閉