DSP芯片與A/D轉換器和D/A轉換器接口的設計

MAX153和MX7545是美國MAXIM公司近幾年推出的8位A/D轉換器和12位D/A轉換器。MAX153具有高達1MSPS的采樣率,MX7545具有4MSPS的數/模轉換速度。

　　MAX153和MX7545可以很容易地與一般微處理器接口,而不需要過多地考慮時序問題。然而,當它們同時與高速數字信號處理器（DSP）接口時,就需要從軟硬件的設計上仔細考慮時序問題和其它問題。

　　下面先簡單介紹一下MAX153和MX7545的工作模式,隨后以它們與TMS320C30數字信號處理器的接口為例,詳細介紹接口的軟硬件設計方法。

　　1 MAX153的工作模式

根據MODE管腳上信號的不同,MAX153有兩種不同的工作模式。當MODE接地（0V）時,轉換器處于RD工作模式;當MODE接高電平（+5V）時,轉換器處于WR-RD工作模式。限于篇幅,下面將只介紹WR-RD工作模式。

　　從圖1可以看出,轉換器在WR的下降沿開始啟動,當WR變高時,高4位的數據已轉換完畢且已送到輸出緩沖器,同時低4位數據開始轉換,380ns后INT變低,表明低四位數據轉換也已完成。數據的讀取有兩種方式,這里僅介紹最快工作模式下的數據讀取方式。

　　圖1所示的是由外部信號控制的轉換時序圖。在這種讀取數據的模式中,RD信號提前有效,可以獲得最快的轉換時間。一般RD在WR的上升沿250ns后變?yōu)榈?就可以完成轉換獲得數據。INT在RD的下降沿變?yōu)榈?之后,隨著RD或CS的上升沿而變?yōu)楦摺?/P>

　　2 MX7545的工作模式

　　與一般的D/A轉換器一樣,MX7545也有電流和電壓兩種工作模式。其中,電流工作模式又分為單極性和雙極性兩種,這里只介紹單極性電流工作模式。

　　不論是電流工和模式還是電壓工作模式,MX7545的工作時序是一樣的,如圖2所示。其中,MX7545在一個轉換周期內,片選信號CS有效時間tcs需要180ns,寫信號WR的有效時間tWR需要160ns。

　　3 硬件接口

　　根據汽車防撞雷達系統(tǒng)的要求,在發(fā)送三角波調頻信號的同時需采集雷達的回波信號。由于系統(tǒng)資源的限制,我們把A/D和D/A同時配置在TMS320C30的擴展總線上。TMS320C30是TI公司的通用DSP芯片,有很強的浮點/定點數據運算能力和很高的處理速度,特別適合于實時數據采集及運算處理（如FFT,FIR,IIR濾波等）。圖3是該接口的硬件連接圖。圖中,XA[8～10]為擴展總線的地址線中的3條,經過譯碼器（74LS138）譯碼后,其輸出Y1、Y2分別接到MX7545和MAX153的片選信號（CS）端,分別作為他們的片選信號。RD/WR為TMS320C30擴展總線的讀寫控制信號,IOSTRB為擴展總線的選通脈沖,XD[0～11]為擴展總線的數據總線。A/D和D/A的讀寫信號由DSP的擴展總線的讀寫信號和選通信號來決定,它們的關系可由下式表示：

　　/WR=RD/WR+IOSTRB

　　/RD=RD/WR+IOSTRB

　　當A/D工作時,Y2尋址選中MAX153。DSP的寫信號有效時,A/D轉換啟動;DSP的讀信號有效時,A/D輸出數據。當D/A工作時,Y1尋址使MX7545有效。DSP的寫信號有效時,D/A轉換啟動。MAX153工作于最快的轉換方式,口地址是;MAX7545工作于通用的單極性電流工作模式,口地址是804100。從圖中可以看出,其硬件電路是較為簡單的。

　　4 時序的配合和程序的編制

　　下面將介紹D/A的通用電流工作模式下和A/D在最快工作模式下與TMS320C30 DSP接口的時序配合問題。

　　4.1 時序配合問題

　　從系統(tǒng)硬件電路的接法和工作時序上,可以分析"啟動轉換"和"讀取數據"的時序關系。一個假寫操作便可使A/D的/WR有效,即可啟動轉換。就DSP的擴展總線的信號線IOSTRB選通的端口而言,讀寫都需兩個時鐘周期。當DSP采用33.3MHz的時鐘時,每個時鐘周期H1為60ns（即主時鐘的二分頻）。從圖1可見,啟動轉換時間tWR的最小需要250ns,故需要插入總線等待周期。若插入4個等待周期,此時tWR為60×5=300ns,除去高速譯碼器的傳輸延遲17ns,實際WR的脈沖寬度遠大于MAX153所規(guī)定的tWR的最小脈寬250ns,因而啟動A/D轉換是可靠的。

　　由圖1可知,MAX153要求的轉換時間tRD須大于250ns,故這里需要加入300ns的延遲時間,此時讀取A/D轉換的數據也是可靠的。接著讀取并轉換A/D數據,然后向D/A送數據。從圖2可以看出,tCS至少需要180ns,tWR至少需要160ns,故設置4個總線等待周期也是完全可滿足要求的。

　　4.2 匯編程序編寫

　　由于此電路用于汽車防撞雷達信號的采集和處理系統(tǒng)中,故此電路應完成的功能是：在發(fā)送雷達所需的三角波的同時采集雷達的回波信號,即二者須同時完成。具體程序如下：

　　根據程序,可以得到系統(tǒng)的時序,如圖4所示。

　　根據以上硬件和軟件的設計,由時序圖可以得到：

　　所以,總的轉換時間是：

　　Ts=300+300+300+420+300+60=1680ns

　　故其轉化頻率為：

　　Fs=1/Ts=1/1.68μs=595.2kHz

　　程序設計中需注意的問題有：

　　（1）在啟動A/D轉換前,應先假讀一次,使A/D復位,以避免不可靠的操作。

　?。?）TMS320C30的擴展總線應設置4個等待周期,以保證A/D和D/A與DSP收發(fā)數據時序的配合。

　?。?）無論A/D還是D/A與DSP或MCU的接口電路的設計。最重要的是保證它們的時序正確。特別是當它們同時與DSP連接時,更應該從軟件方面仔細考慮它們的時序配合問題。

　　MAX153和MX7545不僅功能較強,而且能方便地與一般的微處理器接口,但在與DSP接口時要考慮一些特殊的問題。鑒于詳細介紹DSP同時與A/D和D/A轉換器接口方便的文章較少,故我們選擇其一接口方式加以介紹,對于其它模式的應用也可以參考本文介紹的方法。我們已將該設計成功地應用于其于DSP的汽車防撞雷達信號的處理系統(tǒng)中。