并行模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS8364與TMS320F2812的接口設(shè)計

0 引言

ADS8364是美國德州儀器公司(TI)的一款六通道、16位并行輸出、同步采樣的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。該芯片提供了一個靈活的高速并行接口，可以直接與數(shù)字信號處理器TMS320F2812相連。本文主要介紹了這個接口的軟、硬件設(shè)計，著重論述了這兩款芯片是如何配置啟動和工作的。本設(shè)計廣泛應(yīng)用于電機控制、多軸定位系統(tǒng)、三相功率轉(zhuǎn)換、多通道數(shù)據(jù)采集等場合。

1 芯片簡介

ADS8364是一款六路模擬輸入、16位并行輸出的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。六路模擬輸入分為三組(A,B 和C) ,每個輸入端都有一個保持信號來實現(xiàn)所有通道的同時采樣與轉(zhuǎn)換功能，非常適合于多路(多種)采集系統(tǒng)的需要。ADS8364提供了一個靈活的高速并行接口，可以運行在直接尋址、循環(huán)采樣、FIFO等三種模式，每個通道的輸出數(shù)據(jù)都可直接作為一個16bit的字。

TMS320F2812是TI公司生產(chǎn)的一款DSP芯片，TMS320F28X系列是當(dāng)今世界上最先進的32位定點DSP芯片。它不但運行速度高，處理功能強大，并且具有豐富的片內(nèi)外圍設(shè)備，便于接口和模塊化設(shè)計。它既具有數(shù)字信號處理能力，又具有強大的事件管理能力和嵌入式控制功能，特別適用于有大批量數(shù)據(jù)處理的測控場合，如工業(yè)自動化控制、智能化儀器儀表及電機伺服控制系統(tǒng)等。

2 ADS8364的工作原理

ADS8364的最大工作頻率可達5MHz，采樣/轉(zhuǎn)換可在20個轉(zhuǎn)換時鐘周期內(nèi)完成。ADS8364的六個通道可以同時進行采樣/轉(zhuǎn)換。吞吐率最大可達250ksps。ADS8364采用＋5V工作電壓，并帶有80DB共模抑制的全差分輸入通道以及六個4μs連續(xù)近似的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、六個差分采樣放大器。另外，在REFIN和REFOUT引腳內(nèi)部還帶有＋2.5V參考電壓。ADS8364的差分輸入可在－VREF到＋VREF之間變化。三個保持信號（HOLDA、HOLDB、HOLDC）可以啟動指定通道的轉(zhuǎn)換。當(dāng)三個保持信號同時被選通時，其轉(zhuǎn)換結(jié)果將保存在六個寄存器中。對于每一個讀操作，ADS8364均輸出十六位數(shù)據(jù)，地址／模式信號（A0，A1，A2）可以選擇如何從ADS8364讀取數(shù)據(jù)，也可以選擇單通道、單周期或FIFO模式。在ADS8364的HOLDX保持至少20ns的低電平時，轉(zhuǎn)換開始。這個低電平可使各個通道的采樣保持放大器同時處于保持狀態(tài)從而使每個通道同時開始轉(zhuǎn)換。當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)果被存入輸出寄存器后，引腳EOC的輸出將保持半個時鐘周期的低電平。另外，通過置RD和CS為低電平可使數(shù)據(jù)讀出到并行輸出總線。

 ADS8364工作時序圖

3 ADS8364與TMS320F2812的接口電路

  電路部分主要分為DSP芯片的最小系統(tǒng)設(shè)計和ADS8364的接口設(shè)計。分別給予介紹。

3.1 TMS320F2812的最小系統(tǒng)設(shè)計：

（1）電源和復(fù)位部分：本設(shè)計采用外部5V直流電壓供電。通過DC/DC器件產(chǎn)生3.3V的內(nèi)核電壓VDD和1.8V的I/O電壓VDDIO電壓。電源芯片TPS767D318為雙電源輸出，一路為3.3V、一路為1.8V。每路電源的最大輸出電流為1A。芯片還提供兩個寬度為200ms的低電平復(fù)位脈沖。本設(shè)計的復(fù)位信號分兩種：上電復(fù)位、手動復(fù)位。上電復(fù)位由芯片TPS767D318產(chǎn)生，手動復(fù)位由電阻電容組成的電路產(chǎn)生。

（2）時鐘部分：為DSP芯片提供時鐘一般有兩種方法。一種是采用晶體，一種是采用外部有源時鐘芯片。本設(shè)計采用前者。它利用了DSP芯片內(nèi)部所提供的晶振電路，在DSP芯片的X1和X2之間連接一晶體可啟動內(nèi)部振蕩器。

（3）仿真部分：這一部分將作為程序的調(diào)試和燒錄所用。2812芯片提供了5個標(biāo)準(zhǔn)的JTAG信號（TRST、TCK、TMS、TDI、TDO）和兩個仿真引腳（EMU0、EMU1）。

3.2 ADS8364的接口設(shè)計

ADS8364采用＋5V模擬電源（AVDD）和數(shù)字電源（DVDD），而其內(nèi)部的緩沖器采用與TMS320F2812相同的＋3.3V電壓。緩沖器電壓（BVDD）允許直接連接到3V或5V電壓系統(tǒng)。TMS320F2812的I/O電壓為＋3.3V，因此，若使用該元件，ADS8364的BVDD必須設(shè)置成3.3V。

在這個設(shè)計中，ADS8364采用的是4MHz時鐘。每個通道的吞吐率最大可達200ksps。將ADS的地址線A［2：0］接到TMS320F2812的地址線。當(dāng)A0接到數(shù)字地，A2和A1接到VCC上可迫使ADS8364進入周期模式。在這個模式中，轉(zhuǎn)換器可自動對六個通道進行采樣，并可將數(shù)據(jù)按從A0到C1的順序傳送到輸出端。

將ADS8364的BYTE引腳接到VCC上，可以使能字節(jié)模式。在這個模式中，要從ADC中正確地讀取數(shù)據(jù)，需要對每個通道進行兩次連續(xù)的讀操作。第一次讀取的是轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的高位字節(jié)，第二次讀取的是低位字節(jié)。假如通道信息要作為數(shù)據(jù)輸出的一部分，那么，應(yīng)將ADS8364的ADD引腳也接到VCC。讀取數(shù)據(jù)時，需要對ADS8364的每個通道進行三次讀操作。第一次讀取通道和數(shù)據(jù)信息，后兩次分別讀取高位和低位數(shù)據(jù)。

3.3 ADC的初始化操作

觸發(fā)ADS8364的復(fù)位引腳RST可以確保讀指針指向第一個數(shù)據(jù)位置。作為TMS320F2812初始化的一部分，由TMS320F2812的通用輸入輸出口GPIOF0提供給ADS8364的引腳RST。當(dāng)系統(tǒng)時鐘穩(wěn)定后，被觸發(fā)為低電平，從而確保了從ADC輸出的數(shù)據(jù)對應(yīng)于通道A0、A1、B0、B1、C0、C1的排列。

對于每一個轉(zhuǎn)換通道，EOC均是低電平信號。 ADS8364可為TMS320F2812提供三個脈沖。每個脈沖信號表明一個轉(zhuǎn)換的結(jié)束。當(dāng)ADC的這三個引腳同時置低時，三個通道被認(rèn)為有效并同時進行轉(zhuǎn)換。另外,EOC引腳也可被連接到TMS320F2812的一個中斷引腳，以觸發(fā)一個讀周期。

ADS8364的片選CS是一個有源低電平輸入信號。當(dāng)CS為高時，并行輸出引腳處于高阻態(tài)。當(dāng)CS為低時，并行數(shù)據(jù)線反映了輸出緩沖器的當(dāng)前狀態(tài)。為了正確地從ADS8364的并行數(shù)據(jù)總線上讀取數(shù)據(jù)，ADS8364必須被片選CS選中后才能進行讀操作。

ADS8364的讀（RD）信號端也是有源低電平信號。當(dāng)CS為低時，在讀信號（RD）的下降沿，ADS8364 中寄存器的內(nèi)容將被更新。這意味著在每個讀序列之前，RD信號必須被觸發(fā)，這樣才能更新輸出緩沖器。通過TMS320F2812的中斷子程序?qū)DS8364的RD引腳置低可以保存輸入的數(shù)據(jù)，之后可再將RD引腳置高。

ADS8364與TMS320F2812的連接圖

4 初始化編程

（1）頭文件（.H）的編寫：主要用來定義片內(nèi)寄存器以便函數(shù)中引用

例如：系統(tǒng)控制與狀態(tài)寄存器的定義：

struct  SCSR_BITS

{                          //       位描述

Uint16  WDOVERRIDE:1;    // 0     允許看門狗無效位

……};

union  SCSR_REG

{

    Uint16              all;

    struct  SCSR_BITS   bit;

};

此外頭文件中還聲明一些全局函數(shù)和常量。

例如：extern void InitAdc(void);         //初始化ADC函數(shù)

（2）命令文件（.CMD）的編寫：該文件中用到了兩個偽指令MEMORY和SECTIONS。

MEMORY偽指令用來標(biāo)示實際存在的目標(biāo)系統(tǒng)中可被使用的存儲器范圍。

SECTIONS偽指令用來定位一些代碼和數(shù)據(jù)塊。

部分代碼：

MEMORY

{

PAGE 0 :   //聲明了片內(nèi)的存儲單元，包括起始地址和長度

PRAMH0 : origin = 0x3F8000, length = 0x001000

PAGE 1 :

RAMM0  : origin = 0x000000, length = 0x000400

  ……

 }

SECTIONS

{  codestart  : PRAMH0, PAGE = 0   /*定位代碼數(shù)據(jù)段*/

  PieCtrlRegsFile  : > PIE_CTRL, PAGE = 1   /* 定位各外設(shè)的積存器結(jié)構(gòu)體 */ 

……

}

（3）主程序及中斷程序：

void main(void)

{ ……

InitSysCtrl();  //調(diào)用初始化系統(tǒng)控制函數(shù)

//該函數(shù)用于初始化系統(tǒng)控制寄存器、PLL、看門狗、時鐘

InitGpio();   //調(diào)用初始化GPIO函數(shù)，用于選擇適當(dāng)?shù)腉PIO

ResetADS8364();  //復(fù)位ADS8364

……

DINT;             // 禁止和清楚所有CPU中斷

IER = 0x0000; IFR = 0x0000;

InitPieCtrl();        // 初始化Pie控制寄存器為默認(rèn)值

InitPieVectTable();   // 初始化中斷向量表 

……

EINT;    // 使能全局中斷 INTM

PWM();   //開啟轉(zhuǎn)換時鐘

while(1)  // 循環(huán)，根據(jù)條件讀數(shù)并產(chǎn)生中斷

    {……}

}   

void  read_ADD()    //該函數(shù)讀取采集的數(shù)據(jù)

{      //根據(jù)通道讀取數(shù)據(jù)

if (ADD_Mode){ADC_address[0] = (*ptrCHA0);}

……

if (ADD_Mode){ADC_address[5] = (*ptrCHC1);}

        CHC1_Data[idx] = *ptrCHC1;

}

5 結(jié)束語

    本文以ADS8364模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片為基礎(chǔ)，詳細討論了ADS8364和TMS320F2812的接口設(shè)計和工作原理，重點介紹了TMS320F2812控制芯片的最小系統(tǒng)設(shè)計、ADS8364和TMS320F2812的連接、初始化程序等三部分內(nèi)容。該設(shè)計方案在電機控制、多軸定位系統(tǒng)、多通道數(shù)據(jù)采集等場合有著廣泛的應(yīng)用。