基于ADSP-BF561的控制信號處理系統(tǒng)
[導(dǎo)讀]在某控制信號處理系統(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，實時時鐘等，通過DSP編程來實現(xiàn)對各個功能模塊的控制，同時產(chǎn)生多路的數(shù)字IO信號。
在某控制信號處理系統(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，實時時鐘等，通過DSP編程來實現(xiàn)對各個功能模塊的控制，同時產(chǎn)生多路的數(shù)字IO信號。該控制系統(tǒng)還包括電源、時鐘、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的控制信號處理系統(tǒng)框圖
系統(tǒng)電源模塊選用TPS54350來實現(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。時鐘電路由48MHz的晶振電路來實現(xiàn)，其輸出作為DSP的外圍時鐘和CPLD的時鐘。FLASH用于存儲用戶的應(yīng)用程序，JTAG調(diào)試口在DSP電路設(shè)計中也是必不可少的。后面對各個部分一一介紹，特別是對復(fù)位電路，數(shù)字IO信號的產(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)動接口板，sed1335驅(qū)動接口板上配用32K的RAM。LCD除了讀寫信號線由Blackfin的讀寫信號來控制以外， 8位數(shù)據(jù)線由Blackfin的低8位數(shù)據(jù)線鎖存輸出，以及其使能信號由Blackfin的AMS3控制，LCD地址分配為0x2C000000。電路連接如圖2所示。在對LCD進(jìn)行控制時，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sed1335的底層驅(qū)動程序。這可以在LCD自帶的驅(qū)動程序的基礎(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.實時時鐘
控制系統(tǒng)的實時時鐘選用了芯片DS1337來實現(xiàn)。DS1337是一個低功耗的串行實時時鐘芯片，它有24h/12h制兩種模式，它可以輸出年、月、日、分、時、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作為實時時鐘的中斷FLAG,其電路連接示意圖如圖3所示。
圖3 實時時鐘電路連接示意圖
4.復(fù)位電路
為了保證DSP在上電或按下復(fù)位鍵時能可靠的復(fù)位，一般加一個復(fù)位延時電路，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信號會在VCC達(dá)到穩(wěn)定電壓后的一段時間內(nèi)(約200ms)保持為高，然后再變低。 信號為RESET的“NOT”，即 會相對VCC延時一段時間后再變高，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
在上電以后，如果手動按下開關(guān)，使得MR上的信號由高→低→高，產(chǎn)生一個低脈沖，這時， 管腳上也會輸出一個低脈沖，只是其低電平持續(xù)的時間比MR上低電平的持續(xù)時間長200ms左右，以保證DSP的復(fù)位可靠完成，如圖6所示。
圖6 手動復(fù)位時的 信號
5. 數(shù)字IO信號的產(chǎn)生
在該控制系統(tǒng)中，要求產(chǎn)生8路數(shù)字IO信號。如果把這8路數(shù)字IO信號看成一個8bit的數(shù)，則需產(chǎn)生一個有限長度的非方波的編碼信號，如下圖所示。在T0時刻需要產(chǎn)生的數(shù)字IO信號為STAT0，比如說10010101；在在T1時刻需要產(chǎn)生STAT1，…，在Tn時刻需要產(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信號的狀態(tài)
這里選用BF561的看門狗定時器(Watchdog Timer)來實現(xiàn)。在看門狗定時器的操作中，先將計數(shù)值寫入寄存器WDOG_CNT中，然后看門狗定時器自動將WDOG_CNT的值寫入寄存器WDOG_STAT。接著通過寄存器WDOG_CTL使能Watchdog Timer，看門狗定時器開始計數(shù)，逐次減小WDOG_STAT的值，直至為0，這時預(yù)先編寫的程序事件就會發(fā)生。要想輸出一個8bit的數(shù)據(jù)，只需往某地址單元寫數(shù)，對應(yīng)的數(shù)據(jù)線就會寫出該數(shù)據(jù)。為了把該數(shù)據(jù)保持一段時間(Tx的長度)，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信號對應(yīng)的中斷事件，且中斷優(yōu)先級較高，這是為了保證定時的精確度，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，再將定時器的值寫入WDOG_CNT中。定時器的計數(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，這對應(yīng)BF561的AMS1的地址空間，所以用AMS1作為鎖存器的使能信號，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芯片來實現(xiàn)，如圖9所示：
圖9 BF561與計算機(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個數(shù)據(jù)位；1、11/2、2個停止位；有/無奇偶檢驗。而波特率滿足
其中，SCLK是DSP系統(tǒng)的時鐘頻率，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，就會按照初始化設(shè)置進(jìn)行自動波特率檢測。當(dāng)有字符輸入時，timer會測量連續(xù)2次下降沿的寬度，并返回到timer所對應(yīng)的period寄存器里。比如說，如果發(fā)送”@”(0x40h)作為自動波特率檢測，發(fā)送時包括起始位，總共為8bit，如圖10所示。
圖10 自動波特率檢測字符”@”(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)過測試，該系統(tǒng)各部分工作正常，無相互干擾現(xiàn)象。實時時鐘定時精確，可以達(dá)到秒級。數(shù)字IO輸出的波形編碼無亂碼，定時精度可達(dá)毫秒級。RS232接口傳輸數(shù)據(jù)時，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)。
圖1 基于ADSP-BF561的控制信號處理系統(tǒng)框圖
系統(tǒng)電源模塊選用TPS54350來實現(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。時鐘電路由48MHz的晶振電路來實現(xiàn)，其輸出作為DSP的外圍時鐘和CPLD的時鐘。FLASH用于存儲用戶的應(yīng)用程序，JTAG調(diào)試口在DSP電路設(shè)計中也是必不可少的。后面對各個部分一一介紹，特別是對復(fù)位電路，數(shù)字IO信號的產(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)動接口板，sed1335驅(qū)動接口板上配用32K的RAM。LCD除了讀寫信號線由Blackfin的讀寫信號來控制以外， 8位數(shù)據(jù)線由Blackfin的低8位數(shù)據(jù)線鎖存輸出，以及其使能信號由Blackfin的AMS3控制，LCD地址分配為0x2C000000。電路連接如圖2所示。在對LCD進(jìn)行控制時，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sed1335的底層驅(qū)動程序。這可以在LCD自帶的驅(qū)動程序的基礎(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.實時時鐘
控制系統(tǒng)的實時時鐘選用了芯片DS1337來實現(xiàn)。DS1337是一個低功耗的串行實時時鐘芯片，它有24h/12h制兩種模式，它可以輸出年、月、日、分、時、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作為實時時鐘的中斷FLAG,其電路連接示意圖如圖3所示。
圖3 實時時鐘電路連接示意圖
4.復(fù)位電路
為了保證DSP在上電或按下復(fù)位鍵時能可靠的復(fù)位，一般加一個復(fù)位延時電路，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信號會在VCC達(dá)到穩(wěn)定電壓后的一段時間內(nèi)(約200ms)保持為高，然后再變低。 信號為RESET的“NOT”，即 會相對VCC延時一段時間后再變高，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
在上電以后，如果手動按下開關(guān)，使得MR上的信號由高→低→高，產(chǎn)生一個低脈沖，這時， 管腳上也會輸出一個低脈沖，只是其低電平持續(xù)的時間比MR上低電平的持續(xù)時間長200ms左右，以保證DSP的復(fù)位可靠完成，如圖6所示。
圖6 手動復(fù)位時的 信號
5. 數(shù)字IO信號的產(chǎn)生
在該控制系統(tǒng)中，要求產(chǎn)生8路數(shù)字IO信號。如果把這8路數(shù)字IO信號看成一個8bit的數(shù)，則需產(chǎn)生一個有限長度的非方波的編碼信號，如下圖所示。在T0時刻需要產(chǎn)生的數(shù)字IO信號為STAT0，比如說10010101；在在T1時刻需要產(chǎn)生STAT1，…，在Tn時刻需要產(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信號的狀態(tài)
這里選用BF561的看門狗定時器(Watchdog Timer)來實現(xiàn)。在看門狗定時器的操作中，先將計數(shù)值寫入寄存器WDOG_CNT中，然后看門狗定時器自動將WDOG_CNT的值寫入寄存器WDOG_STAT。接著通過寄存器WDOG_CTL使能Watchdog Timer，看門狗定時器開始計數(shù)，逐次減小WDOG_STAT的值，直至為0，這時預(yù)先編寫的程序事件就會發(fā)生。要想輸出一個8bit的數(shù)據(jù)，只需往某地址單元寫數(shù)，對應(yīng)的數(shù)據(jù)線就會寫出該數(shù)據(jù)。為了把該數(shù)據(jù)保持一段時間(Tx的長度)，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信號對應(yīng)的中斷事件，且中斷優(yōu)先級較高，這是為了保證定時的精確度，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，再將定時器的值寫入WDOG_CNT中。定時器的計數(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，這對應(yīng)BF561的AMS1的地址空間，所以用AMS1作為鎖存器的使能信號，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芯片來實現(xiàn)，如圖9所示：
圖9 BF561與計算機(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個數(shù)據(jù)位；1、11/2、2個停止位；有/無奇偶檢驗。而波特率滿足
其中，SCLK是DSP系統(tǒng)的時鐘頻率，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，就會按照初始化設(shè)置進(jìn)行自動波特率檢測。當(dāng)有字符輸入時，timer會測量連續(xù)2次下降沿的寬度，并返回到timer所對應(yīng)的period寄存器里。比如說，如果發(fā)送”@”(0x40h)作為自動波特率檢測，發(fā)送時包括起始位，總共為8bit，如圖10所示。
圖10 自動波特率檢測字符”@”(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)過測試，該系統(tǒng)各部分工作正常，無相互干擾現(xiàn)象。實時時鐘定時精確，可以達(dá)到秒級。數(shù)字IO輸出的波形編碼無亂碼，定時精度可達(dá)毫秒級。RS232接口傳輸數(shù)據(jù)時，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)。
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