基于TLC320AC01與DSP的接口電路設(shè)計(jì)方案解析

　在許多應(yīng)用系統(tǒng)中，數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）必須從多路模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）通道獲取信息，才能將經(jīng)DSP處理后的數(shù)字信號(hào)傳送到多路數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）通道進(jìn)行。關(guān)鍵問題是怎樣在DSP系統(tǒng)中十分容易且高效地實(shí)現(xiàn)這些轉(zhuǎn)換，而這必然涉及到接口電路的設(shè)計(jì)。為此，本文將介紹一種在單片內(nèi)集成有ADC通道和DAC通道的模擬接口電路TLC320AC01與TMS320VC5402緩沖串口進(jìn)行接口的設(shè)計(jì)方法，同時(shí)給出了通過對這種接口電路的硬件進(jìn)行軟件編程來實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的采集與回放的程序代碼。
　　1 芯片介紹
　　TMS320VC5402是TI公司生產(chǎn)的TMS320VC54x系列中的一個(gè)操作靈活、高速、具有較高性價(jià)比、低功耗的16位定點(diǎn)通用DSP芯片。它的主要特點(diǎn)包括：改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)（1條程序存儲(chǔ)器總線，3條數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器總線和4條地址總線）、帶有專用硬件邏輯CPU和片內(nèi)存儲(chǔ)器以及片內(nèi)外圍專用的指令集、具有專用的匯編語言工具等。TMS320VC5402內(nèi)含4k字的片內(nèi)Rom和16k字的雙存取RAM、1個(gè)HPI（Host Port Interface）接口、2個(gè)多通道緩沖串口MCBSP（Multi-Channel Buffered Serial Port），它的單周期指令執(zhí)行時(shí)間為10ns、雙電源（1.8V和3.3V）供電，此外，該DSP同時(shí)還帶有符合IEEE1149.1標(biāo)準(zhǔn)的JTAG邊界掃描仿真邏輯。 TLC320AC01是TI公司生產(chǎn)的14位、音頻（大約12kHz帶寬）、內(nèi)含抗混疊濾波器和重構(gòu)濾波器的模擬接口電路，它同時(shí)帶有一個(gè)能與許多DSP芯片相連的同步串行數(shù)字接口。其內(nèi)部電路的配置和性能參數(shù)的設(shè)定（比如采樣頻率、濾波器帶寬和增益高調(diào)整等）都可以通過對它內(nèi)部的8個(gè)數(shù)據(jù)寄存器寫入控制信息來實(shí)現(xiàn)。其ADC通道與DAC通道可同步操作，數(shù)據(jù)是以二進(jìn)制補(bǔ)碼格式進(jìn)行傳輸?shù)?。它?種基本的操作模式：單機(jī)模式、主從模式、線性編解碼模式。在單機(jī)模式下，TLC320AC01可生成移位時(shí)鐘和幀同步信號(hào)以用于單機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸；在主從模式下，1個(gè)TLC320AC01將作為主機(jī)生成主移位時(shí)鐘和幀同步信號(hào)，另外的模擬接口電路為從機(jī)；在線性編解碼操作模式下，移位時(shí)鐘和幀同步信號(hào)由外部電路生成，定時(shí)信號(hào)可以由任何一種編解碼電路產(chǎn)生。TLC320AC01的典型應(yīng)用包括調(diào)制解調(diào)器、語音處理、工業(yè)過程控制、光譜分析、作為DSP的模擬接口電路進(jìn)行數(shù)據(jù)采集處理以及各種記錄儀等。TLC320AC01的工作溫度范圍是0～70℃，采用28腳塑料J型針封裝（帶FN后綴）和64腳塑料扁平封裝（帶PM后綴），體積較小，適用于便攜設(shè)備。它采用單5V電源供電時(shí)，工作時(shí)的最大功耗為110mW。
　　2 硬件連接
　　該接口的硬件連接電路原理如圖1所示。圖中，TMS320VC5402與2片TLC320AC01的主時(shí)鐘必須來源于同一外部時(shí)鐘源。本采用10MHz的有源晶振作主時(shí)鐘源，以消除噪聲并保持DSP芯片與TLC320AC01接口電路的協(xié)調(diào)工作。主模式時(shí)，TLC320AC01的M/S端接高電平；從模式時(shí)，TLC320AC01的M/S接地。
　　3 軟件設(shè)計(jì)
　　3.1 軟件編制過程
　　在完成了正確的硬件連接后，接下來就可以進(jìn)地軟件編程調(diào)試了。該過程要完成的工作主要包括以下幾方面： （1）兩個(gè)通道的區(qū)分 TLC320AC01的運(yùn)行模式是主從模式：一個(gè)TLC320AC01是主，另一個(gè)是從。硬件上可通過設(shè)置M/S的高低電平來分配主從模式的TLC320AC01，而軟件上則通過檢測從TLC320AC01所接收的信息字中的最低有效位來分析主與從。主信息字的最低有效位是0，而所有從信息字的最低有效位均是1。主從模式下，TLC320AC01與TMS320VC5402的緩沖串口通信輪流進(jìn)行。
　　
　?。?）初始化 初始化操作過程包括通過TMS320VC5402的同步串口發(fā)送兩串16位的數(shù)字信息到TLC320AC01。第一串為0000 0000 0000 0011B，其中14個(gè)最高有效位（bits 15～2）定義輸出采樣值為0，而2個(gè)最低有效位（bits1～0）用于說明下一個(gè)要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)字是否屬于二次通信（關(guān)于一次通信和二次通信的內(nèi)容請參閱TLC320AC01的數(shù)據(jù)手冊）。第二串?dāng)?shù)據(jù)值用來對TLC320AC01的9個(gè)數(shù)據(jù)寄存器的某一個(gè)進(jìn)行配置。其中Bit15、14用來控制Modem中的相移，這里設(shè)置為0；bit13為0表示這個(gè)數(shù)據(jù)值將寫到TLC320AC01的某個(gè)寄存器；bit12～8用于要配置的寄存器地址；bit7～0為要寫到寄存器的值。9個(gè)寄存器的描述如下：R0在大多數(shù)應(yīng)用時(shí)設(shè)為0，R1用于設(shè)置采樣頻率，R2用于設(shè)置低通濾波器的截止頻率，R3用于進(jìn)行相移控制，R4用于進(jìn)行模擬輸入輸出的增益控制，R5用于使能高通濾波器，R6用于控制操作模式，R7可用來控制從模式的串行通信，R8則用于控制生成的幀同步脈沖數(shù)。 （3）用戶代碼的編寫 該過程主要完成音頻信號(hào)的采集與回放代碼的編制。本設(shè)計(jì)采用中斷方式，包括發(fā)送中斷和接收中斷。
　　3.2 部分關(guān)鍵代碼 （1）初始化初始化代碼TMS320VC5402的初始化和TLC320AC01的初始化。TMS320VC5402的初始化代碼如下： SSBX INTM ;使所有中斷無效 ORM #0834h，PMST ；設(shè)備處理器方式狀態(tài)寄存器PMST STM #02492h，SWWSR ；所有外圍兩個(gè)等待狀態(tài) RSBX OVM ；使OVM=0 RSBX FRCT ；使FRCT=0，允許整數(shù)乘 STM #010h，IMR ;多通道緩沖串口接收中斷使能 RSBX INTM ；使能所有非屏蔽中斷 下面是TLC320VC01的初始化程序代碼： SSBX SXM ；設(shè)置符號(hào)擴(kuò)展模式 LD #PR1，DP ；以下三句設(shè)置TLC320AC01內(nèi)部數(shù)據(jù) LD PR1，A ;寄存器R1的值，其余寄存器的設(shè)置與此同 CALL AC01_2ND …… RET AC01_2ND； RSBX INTM ;使中斷有效 STH A，DXR10 STL A，DXR10 STL #0，DXR10 ;確保字被發(fā)送 SSBX INTM ；使中斷無效 RET （2）接收中斷服務(wù)程序這段程序包括通道的區(qū)分，方法是使主TLC320AC01首選寫入，主TLC320AC01的LSB是0，從TLC320AC01的LSB是1。發(fā)送中斷與此相同。具體程序如下： SBPREC:BITF DRR10，#1 BC loop1，TC LD DRR10，A AND #0fffch，A STL A，DXR10 B loop2 Loop1:LD DRR10，A AND # 0fffch，A STL A，DXR10 RETE Loop2:RETE
　　4 結(jié)束語
　　利用本文介紹的硬件設(shè)計(jì)方法和軟件編程可以完成模擬信號(hào)的采集與回放，從而實(shí)現(xiàn)諸如數(shù)據(jù)采集、處理和存儲(chǔ)等功能，并可對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析，因而可廣泛應(yīng)用于頻譜分析儀、數(shù)字記錄儀以及調(diào)制解調(diào)器等。