基于ADSP-BF561的控制信號(hào)處理系統(tǒng)

    在某控制信號(hào)處理系統(tǒng)中，選用ADSP-BF561作為主控機(jī)，外接鍵盤，LCD顯示屏，標(biāo)準(zhǔn)RS232接口，實(shí)時(shí)時(shí)鐘等，通過DSP編程來實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)功能模塊的控制，同時(shí)產(chǎn)生多路的數(shù)字IO信號(hào)。該控制系統(tǒng)還包括電源、時(shí)鐘、CPLD、FLASH，JTAG調(diào)試器、復(fù)位電路等基本組成部分，系統(tǒng)框圖如圖1所示。

                  圖1 基于ADSP-BF561的控制信號(hào)處理系統(tǒng)框圖

    系統(tǒng)電源模塊選用TPS54350來實(shí)現(xiàn)，外圍電路不同的RC值，可以構(gòu)成不同的輸出電壓，這里需要產(chǎn)生的是5V、3.3V、1.25V三種電壓。時(shí)鐘電路由48MHz的晶振電路來實(shí)現(xiàn)，其輸出作為DSP的外圍時(shí)鐘和CPLD的時(shí)鐘。FLASH用于存儲(chǔ)用戶的應(yīng)用程序，JTAG調(diào)試口在DSP電路設(shè)計(jì)中也是必不可少的。后面對(duì)各個(gè)部分一一介紹，特別是對(duì)復(fù)位電路，數(shù)字IO信號(hào)的產(chǎn)生，以及RS232接口進(jìn)行詳細(xì)的介紹。

1.　鍵盤

    鍵盤選用的是4×4的掃描鍵盤，如圖1所示，由Blackfin的GPIO接口PF5～PF12來實(shí)現(xiàn)。其中，KEY_GP3～KEY_GP0為行線輸入端，初始化為帶上拉電阻的輸入口，中斷使能（下降沿觸發(fā)）；KEY_GP7～KEY_GP4為列線輸出端，初始化為輸出低電平。鍵盤掃描方法同常規(guī)的掃描鍵盤方法相同。

          
                         圖 1   掃描鍵盤結(jié)構(gòu)圖

2. LCD顯示屏

    LCD顯示屏采用320x240的LCD液晶模塊。320x240液晶模塊配用sed1335驅(qū)動(dòng)接口板，sed1335驅(qū)動(dòng)接口板上配用32K的RAM。LCD除了讀寫信號(hào)線由Blackfin的讀寫信號(hào)來控制以外， 8位數(shù)據(jù)線由Blackfin的低8位數(shù)據(jù)線鎖存輸出，以及其使能信號(hào)由Blackfin的AMS3控制，LCD地址分配為0x2C000000。電路連接如圖2所示。在對(duì)LCD進(jìn)行控制時(shí)，除了要建立在LCD上顯示的漢字和英文的字庫以外，還要編寫對(duì)sed1335的底層驅(qū)動(dòng)程序。這可以在LCD自帶的驅(qū)動(dòng)程序的基礎(chǔ)上，進(jìn)行代碼移植，把它改寫成適合BF561的DSP程序。  

              
                           圖 2  LCD連接示意圖 

3.實(shí)時(shí)時(shí)鐘

    控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)時(shí)鐘選用了芯片DS1337來實(shí)現(xiàn)。DS1337是一個(gè)低功耗的串行實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，它有24h/12h制兩種模式，它可以輸出年、月、日、分、時(shí)、秒的形式。它采用I2C協(xié)議，Blackfin的PF0和PF1作為I2C的CLK和DATA，而PF3作為實(shí)時(shí)時(shí)鐘的中斷FLAG,其電路連接示意圖如圖3所示。

         
                     圖3  實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路連接示意圖

4.復(fù)位電路

    為了保證DSP在上電或按下復(fù)位鍵時(shí)能可靠的復(fù)位，一般加一個(gè)復(fù)位延時(shí)電路，選用MAX708S來完成，如圖4所示。 

 
                

                               圖4 復(fù)位電路

    在上電過程中，RESET信號(hào)會(huì)在VCC達(dá)到穩(wěn)定電壓后的一段時(shí)間內(nèi)(約200ms)保持為高，然后再變低。 信號(hào)為RESET的“NOT”，即 會(huì)相對(duì)VCC延時(shí)一段時(shí)間后再變高，如圖5所示。這樣，在DSP的各電源電壓已穩(wěn)定的情況下，DSP的復(fù)位信號(hào)仍為低有效，就可以保證DSP的正常復(fù)位。
           
                        圖5 上電過程中的 信號(hào)

    在上電以后，如果手動(dòng)按下開關(guān)，使得MR上的信號(hào)由高→低→高，產(chǎn)生一個(gè)低脈沖，這時(shí)， 管腳上也會(huì)輸出一個(gè)低脈沖，只是其低電平持續(xù)的時(shí)間比MR上低電平的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)200ms左右，以保證DSP的復(fù)位可靠完成，如圖6所示。

          
                       圖6 手動(dòng)復(fù)位時(shí)的 信號(hào)

5.   數(shù)字IO信號(hào)的產(chǎn)生

    在該控制系統(tǒng)中，要求產(chǎn)生8路數(shù)字IO信號(hào)。如果把這8路數(shù)字IO信號(hào)看成一個(gè)8bit的數(shù)，則需產(chǎn)生一個(gè)有限長(zhǎng)度的非方波的編碼信號(hào)，如下圖所示。在T0時(shí)刻需要產(chǎn)生的數(shù)字IO信號(hào)為STAT0，比如說10010101；在在T1時(shí)刻需要產(chǎn)生STAT1，…，在Tn時(shí)刻需要產(chǎn)生STATn，而且T0可能不等于T1或Tn，STAT的狀態(tài)也各不相同。


                              圖7　數(shù)字IO信號(hào)的狀態(tài)

    這里選用BF561的看門狗定時(shí)器(Watchdog Timer)來實(shí)現(xiàn)。在看門狗定時(shí)器的操作中，先將計(jì)數(shù)值寫入寄存器WDOG_CNT中，然后看門狗定時(shí)器自動(dòng)將WDOG_CNT的值寫入寄存器WDOG_STAT。接著通過寄存器WDOG_CTL使能Watchdog Timer，看門狗定時(shí)器開始計(jì)數(shù)，逐次減小WDOG_STAT的值，直至為0，這時(shí)預(yù)先編寫的程序事件就會(huì)發(fā)生。要想輸出一個(gè)8bit的數(shù)據(jù)，只需往某地址單元寫數(shù)，對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)線就會(huì)寫出該數(shù)據(jù)。為了把該數(shù)據(jù)保持一段時(shí)間(Tx的長(zhǎng)度)，還需使用鎖存器將該數(shù)據(jù)鎖住。所以在BF561的DSP程序中先定義了數(shù)字IO信號(hào)對(duì)應(yīng)的中斷事件，且中斷優(yōu)先級(jí)較高，這是為了保證定時(shí)的精確度，防止別的事件干擾。

            register_handler(ik_ivg9, DIO_WDOGA_ISR);

       然后在中斷事件里，把當(dāng)前要寫入的數(shù)據(jù)寫到某地址單元上，然后使能Watchdog Timer，再將定時(shí)器的值寫入WDOG_CNT中。定時(shí)器的計(jì)數(shù)是以sclk為基準(zhǔn)的，程序代碼如下：

*pDIO_Data_Port  = codes;

         *pWDOGA_CTL  =DISABLE_WDOG; 

            *pWDOGA_CTL  |=WDOG_EXPIRED_BIT;       

            *pWDOGA_CNT  =times;  

            *pWDOGA_CTL  = ENABLE_GPI;   

        codes和times就是當(dāng)前要產(chǎn)生的數(shù)字IO的編碼和長(zhǎng)度。由于是一系列編碼，可以用數(shù)組索引的形式，將當(dāng)前的值寫入。而我們事先定義DIO_Data_Port的地址為0x24000000，這對(duì)應(yīng)BF561的AMS1的地址空間，所以用AMS1作為鎖存器的使能信號(hào)，將數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)通過鎖存器以后再輸出，如下圖所示 

       
                                       圖8   數(shù)字IO的鎖存器

6．標(biāo)準(zhǔn)RS232接口

    為了讓控制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)之間可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的相互傳遞，系統(tǒng)采用MAX3232芯片來實(shí)現(xiàn)，如圖9所示：

                       圖9   BF561與計(jì)算機(jī)之間的串口通信框圖

    BF561的UART遵循異步串行通信協(xié)議，包括：5－8個(gè)數(shù)據(jù)位；1、11/2、2個(gè)停止位；有/無奇偶檢驗(yàn)。而波特率滿足

         
    其中，SCLK是DSP系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率，Divisor的值介于1～65536，可以由timer寄存器相應(yīng)的值得到，滿足關(guān)系式 

           
    在BF561的初始化設(shè)置中，將UART設(shè)為8bit數(shù)據(jù)模式，同時(shí)將Timer2設(shè)置為WDTH_CAP模式，用Timer2去捕獲串口的數(shù)據(jù)變化率，而Timer2位于TMRS8寄存器里，程序初始化代碼如下：

*pUART_LCR = WLS(8);

       *pUART_MCR = LOOP_ENA;       

       *pTMRS8_DISABLE = TIMDIS2;

       *pTMRS8_STATUS = TRUN2 | TOVL_ERR2 | TIMIL2;

       *pTIMER2_CONFIG = TIN_SEL | IRQ_ENA | PERIOD_CNT | WDTH_CAP;

       *pTMRS8_ENABLE = TIMEN2;

       *pUART_GCTL = UCEN;

    在程序一開始，就會(huì)按照初始化設(shè)置進(jìn)行自動(dòng)波特率檢測(cè)。當(dāng)有字符輸入時(shí)，timer會(huì)測(cè)量連續(xù)2次下降沿的寬度，并返回到timer所對(duì)應(yīng)的period寄存器里。比如說，如果發(fā)送”@”(0x40h)作為自動(dòng)波特率檢測(cè)，發(fā)送時(shí)包括起始位，總共為8bit，如圖10所示。


           圖10  自動(dòng)波特率檢測(cè)字符”@”(0x40h)

    此處period的大小如上圖所示，捕獲的UART bits為8位，所以得到

     
    再根據(jù)波特率的公式，就可以求得波特率的大小。此段程序代碼如下：

Period = *pTIMER2_PERIOD;  //返回period的值

Divisor = Period >> 7;         //右移7bit就相當(dāng)于除以16×8

BaudRate = SYSCLK/16/divisor;  //得到波特率 

 
結(jié)論

    整個(gè)控制系統(tǒng)是以LCD顯示的界面為基礎(chǔ)，按提示進(jìn)行相應(yīng)的鍵盤操作。經(jīng)過測(cè)試，該系統(tǒng)各部分工作正常，無相互干擾現(xiàn)象。實(shí)時(shí)時(shí)鐘定時(shí)精確，可以達(dá)到秒級(jí)。數(shù)字IO輸出的波形編碼無亂碼，定時(shí)精度可達(dá)毫秒級(jí)。RS232接口傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，以高達(dá)115200bit/s的波特率傳輸，誤碼率小于5%。該控制系統(tǒng)已成功應(yīng)用于某雷達(dá)系統(tǒng)的控制子系統(tǒng)。