TLC5620I與TMS320F2812接口設(shè)計與應(yīng)用

近年來，數(shù)字信號處理器的應(yīng)用越來越廣泛，數(shù)字信號處理器并非只局限于音視頻層面，它廣泛的應(yīng)用于通信與信息系統(tǒng)、信號與信息處理、自動控制、雷達、軍事、航空航天、醫(yī)療、家用電器等許多領(lǐng)域。以往是采用通用的微處理器來完成大量數(shù)字信號處理運算，速度較慢，難以滿足實際需要；而同時使用位片式微處理器和快速并聯(lián)乘法器，曾經(jīng)是實現(xiàn)數(shù)字信號處理的有效途徑，但此方法器件較多，邏輯設(shè)計和程序設(shè)計復(fù)雜，耗電較大，價格昂貴。數(shù)字信號處理器DSP的出現(xiàn)，很好的解決了上述問題。DSP可以快速的實現(xiàn)對信號的采集、變換、濾波、估值、增強、壓縮、識別等處理，以得到符合人們需要的信號形式。

TMS320F2812的SPI工作原理

TMS320F2812數(shù)字信號處理器是TI公司最新推出的32位定點DSP（Digital signal o數(shù)字信號處理器）控制器，是目前控制領(lǐng)域最先進的處理器之一。其頻率高達150MHz，大大提高了控制系統(tǒng)的控制精度和芯片處理能力。TMS320F2812芯片基于C/C++高效32位TMS320C28x DSP內(nèi)核，并提供浮點數(shù)學(xué)函數(shù)庫，從而可以在定點處理器上方便地實現(xiàn)浮點運算。在高精度伺服控制、可變頻電源、UPS電源等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，同時是電機等數(shù)字化控制產(chǎn)品升級的最佳選擇。

圖1為SPI模塊與CPU接口結(jié)構(gòu)框圖。

由圖1可知，SPI模塊數(shù)據(jù)傳輸由40、41、34、35引腳完成，其引腳功能見表1。

TMS320F2812支持125種不同的波特率和4種不同的時鐘模式。根據(jù)SPI的工作模式（從動或主控），引腳SPICLK可分別接收一個外部的SPI時鐘信號或由片內(nèi)提供SPI時鐘信號。

在該設(shè)計中，SPI工作在主控模式，SPI時鐘由片內(nèi)的SPI產(chǎn)生并由SPICLK引腳輸出。TMS320F2812波特率的設(shè)置是由系統(tǒng)的低速外設(shè)模塊時鐘頻率LSPCLK和SPI主控制器中的SPIBRR寄存器的值決定的，其計算公式如下：

SPI波特率=LSPCLK／（SPIBRR+1）SPIBRR=3～127

SPI波特率=LSPCLK／4 SPIBRR=“0”、1、2

引腳SPICLK上的四種不同的時鐘模式是由時鐘極性位和時鐘相位位控制的，其中時鐘極性位選擇時鐘有效沿為上升沿還是下降沿，時鐘相位位則設(shè)定是否選擇時鐘的1/2周期延時。四種不同的時鐘模式如表2所示。

TLC5620I簡介

TLC5620I是四路8位電壓輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC），帶有緩沖基準輸入端（高阻抗），包含上電復(fù)位功能以確?？芍貜?fù)啟動，用5 V電源工作。每個D／A轉(zhuǎn)換的核心是帶有256個抽頭的單電阻，分別對應(yīng)256個可能的代碼。每個電阻串的一端連接到GND端，另一端由基準輸入緩沖器的輸出饋電。通過使用電阻串保持單調(diào)性。線性度取決于電阻元件的一致性以及輸出緩沖器的性能。由于輸入端是經(jīng)過緩沖的，所以DAC對于基準源總是呈現(xiàn)為高阻抗負載。每一個DAC的輸出由可配置增益輸出放大緩沖，它可以配置為一倍或兩倍增益。

通過簡單的3線串行總線可數(shù)字控制TLC5620I，此總線與CMOS兼容且易于與所有常用的微處理器作為控制器器件接口。11位的命令字由8位數(shù)據(jù)（D0～D7），2個DAC選擇位（A0、A1）和1個范圍位（RNG）組成。后者允許在一倍或兩倍輸出范圍之間作選擇。DAC寄存器是雙緩沖的，允許完整的新數(shù)值組寫入器件，然后DAC輸出通過LDAC端的控制同時更新。每個通道輸出的電壓V0由下式計算：

V0=REF×（CODE／256）×（1+RNG bit value）

式中，REF為相應(yīng)通道基準電壓，CODE是從數(shù)據(jù)位（D7～D0）計算出的十進制數(shù)，RNG是范圍位串行控制字的0或1。

TLC5620I和TMS320F2812的接口電路

該設(shè)計中，引出4路D／A轉(zhuǎn)換通道電壓，均由LM358構(gòu)成電壓跟隨器輸出，如圖3所示。該圖為AD0和AD1口由LM358組成的同向放大電路。AD2和AD3的放大電路與之相同。

TMS320F2812在引腳SPISIMO上將數(shù)據(jù)輸出，與之相對應(yīng)的是TLC5620I的DATA數(shù)據(jù)接收引腳：TMS320F2812的SPICLK引腳和TLC5620I的CLK引腳相對應(yīng)，二者共用串行時鐘；TMS320F2812的IOPB1模擬控制TLC5620I的LOAD引腳電平，以鎖存數(shù)據(jù)，更新輸出電壓。當(dāng)所有的數(shù)據(jù)傳輸完畢時，控制LDAD引腳跳至低電平，所選擇的D／A通道的輸出電壓得到更新。由于TLC5620I的控制信號要求的VIH較高，所以需要將DSP輸出的SPI-CLK、SPISIMO以及I／O口模擬的CS信號的高電平提高，該設(shè)計采用MM74HC08器件來實現(xiàn)。

軟件設(shè)計

由于TLC5620I的工作頻率是1 MHz，故將DSP的SPI通信頻率也設(shè)置為1 MHz。程序采用C語言模塊化編寫，其流程如圖4所示，圖4a主程序完成系統(tǒng)初始化，中斷使能，等待中斷等工作；圖4b中斷服務(wù)程序主要完成輸出電壓的數(shù)字量計算和數(shù)據(jù)發(fā)送等工作。在編寫程序過程中，要注意TMS320F2812的低速外設(shè)預(yù)分頻和通信頻率間的關(guān)系。

利用該實驗程序，可以通過示波器在DACOUT0和DA-COUT1接口輸出端觀測到三角波，利用萬能表在DACOUT2接口輸出端測得電壓為2.475 V，在DACOUT3接口輸出端測得電壓為1.65 V。

以TMS320F2812與TLC5620I為例，詳細討論兩者的串口通信的硬件接口及軟件設(shè)計，實現(xiàn)數(shù)字信號到模擬信號的轉(zhuǎn)換，擴展TMS320TMS320F2812在控制領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。在設(shè)計過程中，充分利用TMS320F2812的SPI模塊，只有少量的數(shù)據(jù)線和控制線，使電路設(shè)計簡化，提高了設(shè)計可靠性，并在實際應(yīng)用中效果良好使產(chǎn)品更便宜。