基于TMS320C6416T的數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 引言
    隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的飛速發(fā)展，模數(shù)轉(zhuǎn)換作為數(shù)字信號(hào)處理的前端，其重要作用日益凸顯。采用DSP器件TMS320C6416T，結(jié)合A／D轉(zhuǎn)換器THSl2082和SDRAMHY57V283220T實(shí)現(xiàn)高速通用數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可為數(shù)字信號(hào)處理提供數(shù)字化前端，充分發(fā)揮高性能DSP在數(shù)字信號(hào)處理上的優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、通信等領(lǐng)域。

2 器件簡(jiǎn)介
2．1 TMS320C6416T簡(jiǎn)介
    TMS320C6416T型DSP工作主頻高達(dá)1 GHz，處理性能可達(dá)8 000 MI／s，片上存儲(chǔ)器采用兩級(jí)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，第一級(jí)存儲(chǔ)器包括相互獨(dú)立的程序和數(shù)據(jù)，只能用于CPU高速緩存訪問(wèn)；第二級(jí)存儲(chǔ)器尋址空間為1 M字節(jié)，可以選擇配置為SRAM或2級(jí)Cache。片內(nèi)資源主要含有增強(qiáng)型直接存儲(chǔ)器訪問(wèn)(EDMA)控制器、外部存儲(chǔ)器接口(EMIF)、主機(jī)接口(HPI)、通用目標(biāo)輸入輸出(GPI0)、多通道緩沖串行接口(McBSP)、中斷選擇器、定時(shí)器、節(jié)電邏輯等。
2．2 THSl2082簡(jiǎn)介
    THSl2082是TI公司的可編程、雙通道、低功耗、內(nèi)置FIF0的8 MS/s采樣速率的12位并行高速A/D轉(zhuǎn)換器，可與DSP實(shí)現(xiàn)無(wú)縫鏈接。THSl2082含有兩路采樣保持器，可同時(shí)對(duì)兩路信號(hào)采樣保持，并按順序轉(zhuǎn)換各通道的采樣保持值。單通道最高采樣頻率可達(dá)8 MS/s。而同時(shí)采樣兩通道的模擬信號(hào)，其采樣頻率為4 MS／s。THSl2082內(nèi)部功能框圖如圖1所示。

    THSl2082內(nèi)置2個(gè)控制寄存器(CRl和CR0)，通過(guò)向內(nèi)部控制寄存器寫(xiě)入特定的控制命令設(shè)定該器件的具體工作狀態(tài)。輸入引腳Dll／RAl和Dl0／RA0可作為內(nèi)部控制寄存器的地址線(xiàn)，并用于選擇控制寄存器CRO或CRl。內(nèi)置16字FIF0可編程設(shè)定采集多次數(shù)據(jù)后南DATA_AV信號(hào)線(xiàn)中斷CPU讀取數(shù)據(jù)，減少CPU讀取數(shù)據(jù)的巾斷次數(shù)，提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。THSl2082可采用內(nèi)部電壓和外部電壓供電，并由內(nèi)部寄存器控制。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
3．1 數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計(jì)
    TMS320C6416T的外部存儲(chǔ)器接口(EMIFA、EMIFB)可與外部元件無(wú)縫鏈接，片外設(shè)備(存儲(chǔ)器或I／O)則通過(guò)外部存儲(chǔ)器接口(EMIF)進(jìn)行訪問(wèn)。其中EMIFB為16位存儲(chǔ)器總線(xiàn)，分成4個(gè)空間，即BCEO～BCE3，每個(gè)存儲(chǔ)空間可獨(dú)立配置。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用EMIFB的BCE2存儲(chǔ)空間，最高工作頻率為133 MHz，工作時(shí)鐘來(lái)源為BECLKIN(外部輸入時(shí)鐘)、CPU時(shí)鐘四分頻(250 MHz)、CPU時(shí)鐘六分頻(167 MHz)。EMIFB接口信號(hào)如圖2所示，其中BECLKOUTl時(shí)鐘輸出和EMIFB輸入時(shí)鐘的頻率相同。BECLKOUT2輸出時(shí)鐘的頻率為EMIFB輸入時(shí)鐘頻率的1／2或114。BED[15：0]為16位數(shù)據(jù)總線(xiàn)，BEA[20：1]為20位外部地址總線(xiàn)。

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    設(shè)計(jì)時(shí)，THSl2082通過(guò)插座JDSP連接到EMIFB，片選信號(hào)CSO與BCE2相連，將THSl2082配置在EMIFB的BCE2中；THSl2082讀寫(xiě)控制信號(hào)RD、WR(R／W)分別接EMIFB的BARE、BAWE；AINP、AINM為模擬輸入通道；外部輸入?yún)⒖茧妷旱恼?fù)極REFM、REFP分別通過(guò)電容接地；由于THSl2082的REFOUT為2．5V參考電壓輸出，將REFIN引腳接至REFOUT引腳，實(shí)現(xiàn)2．5 V標(biāo)準(zhǔn)電壓的輸入；DATA_AV數(shù)據(jù)有效信號(hào)與DSP的EXT-INT4相連，數(shù)據(jù)采集FIFO存滿(mǎn)后，申請(qǐng)中斷通知DSP讀取數(shù)據(jù)；THSl2082溢出信號(hào)OV_FL與DSP的EXT-INT5相連，表示有溢出，這時(shí)應(yīng)處理溢出處理；12位數(shù)據(jù)線(xiàn)接EMIFB的BED[15：0]的低12位；A／D時(shí)鐘通過(guò)J_CLK插座接DSP的TOUTl定時(shí)器輸出，通過(guò)對(duì)DSP內(nèi)部定時(shí)器Timerl的編程產(chǎn)生8 MHz采樣時(shí)鐘，并根據(jù)采樣要求調(diào)整。THSl2082與TMS320C6416的接口電路如圖3所示。輸入信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)可通過(guò)J_AINP或J AINM輸入，經(jīng)運(yùn)算放大器AD8042AR將信號(hào)變換到THSl2082采樣范圍1．5~3．5V內(nèi)進(jìn)行采樣，也可選擇通過(guò)J_DIF輸入，選擇差分模式采樣信號(hào)。

3．2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路設(shè)計(jì)
    TMS320C6416T的EMIFA為64位存儲(chǔ)器總線(xiàn)，分成4個(gè)存儲(chǔ)空間ACEO~ACE3，每個(gè)存儲(chǔ)空間可獨(dú)立配置，無(wú)縫接口具有多種類(lèi)型的存儲(chǔ)器(SRAM、ROM、SDRAM等)。EMIFA工作時(shí)鐘有：AECLKIN(外部輸入)、CPU時(shí)鐘四分頻(250 MHz)、CPU時(shí)鐘六分頻(167 MHz)。EMIFA接口信號(hào)如圖4所示。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用同步存儲(chǔ)器SDRAM HY57V2—83220T，其容量為2 Mx32位。該器件的32位數(shù)據(jù)線(xiàn)與EMIFA的64位數(shù)據(jù)總線(xiàn)AED[0：63]的低32位AED[0：31]相連；12位地址線(xiàn)接EMIFA的20位地址總線(xiàn)的AEA[3：14]；片選信號(hào)CS接EMIFA的ACEO，將SDRAM配置在ACEO空間中；列、行地址選通信號(hào)CSA、RAS接EMIFA的ASDCAS、ASDRAS；信號(hào)WE接EMIFA的寫(xiě)使能信號(hào)ASDWE；HY57V283220T的時(shí)鐘由AECLKOUTI提供，并與EMIFA的時(shí)鐘相同；CKE接ASDCKE，SDRAM時(shí)鐘使能，其接口電路如圖5所示。

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4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
    系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要是對(duì)DSP TMS320C6416T編程，應(yīng)用軟件CCS 3．3配置其內(nèi)部資源，產(chǎn)生A/D轉(zhuǎn)換器的讀寫(xiě)時(shí)序，寫(xiě)入控制字，讀取采樣結(jié)果進(jìn)而處理數(shù)字信號(hào)。系統(tǒng)上電后，首先初始化A/D轉(zhuǎn)換器寫(xiě)入控制字，進(jìn)而DSP產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，啟動(dòng)A／D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣，待FIF0數(shù)據(jù)存滿(mǎn)后中斷DSP，DSP通過(guò)EDMA控制器從數(shù)據(jù)總線(xiàn)讀取數(shù)據(jù)，并且保存在SDRAM單元。對(duì)存儲(chǔ)單元的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的算法處理，如頻譜分析等。該系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)軟件流程如圖6所示。

    系統(tǒng)測(cè)試是對(duì)1 MHz頻率信號(hào)進(jìn)行采樣，將采樣值存入存儲(chǔ)單元SDRAM，計(jì)算機(jī)通過(guò)TMS320C6416T的JTAG接口訪問(wèn)存儲(chǔ)單元，將數(shù)據(jù)讀回并做FFT分析，分析結(jié)果表明完全符合輸入正弦波，波形無(wú)失真，信噪比好，特別適用于數(shù)字信號(hào)處理前端的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

5 結(jié)語(yǔ)
    THSl2082是高度靈活的雙通道A／D轉(zhuǎn)換器，結(jié)合高性能DSP TMS320C6416T以及SDRAM HY57V283220T構(gòu)成高速數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)表明，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理前端的模數(shù)轉(zhuǎn)換，可應(yīng)用于多種領(lǐng)域。