ADS8364與TMS320F2812的接口設(shè)計(jì)

　　0 引言

　　ADS8364是美國(guó)德州儀器公司(TI)的一款六通道、16位并行輸出、同步采樣的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。該芯片提供了一個(gè)靈活的高速并行接口，可以直接與數(shù)字信號(hào)處理器TMS320F2812相連。本文主要介紹了這個(gè)接口的軟、硬件設(shè)計(jì)，著重論述了這兩款芯片是如何配置啟動(dòng)和工作的。本設(shè)計(jì)廣泛應(yīng)用于電機(jī)控制、多軸定位系統(tǒng)、三相功率轉(zhuǎn)換、多通道數(shù)據(jù)采集等場(chǎng)合。

　　1 芯片簡(jiǎn)介

　　ADS8364是一款六路模擬輸入、16位并行輸出的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。六路模擬輸入分為三組(A,B 和C) ,每個(gè)輸入端都有一個(gè)保持信號(hào)來實(shí)現(xiàn)所有通道的同時(shí)采樣與轉(zhuǎn)換功能，非常適合于多路(多種)采集系統(tǒng)的需要。ADS8364提供了一個(gè)靈活的高速并行接口，可以運(yùn)行在直接尋址、循環(huán)采樣、FIFO等三種模式，每個(gè)通道的輸出數(shù)據(jù)都可直接作為一個(gè)16bit的字。

　　TMS320F2812是TI公司生產(chǎn)的一款DSP芯片，TMS320F28X系列是當(dāng)今世界上最先進(jìn)的32位定點(diǎn)DSP芯片。它不但運(yùn)行速度高，處理功能強(qiáng)大，并且具有豐富的片內(nèi)外圍設(shè)備，便于接口和模塊化設(shè)計(jì)。它既具有數(shù)字信號(hào)處理能力，又具有強(qiáng)大的事件管理能力和嵌入式控制功能，特別適用于有大批量數(shù)據(jù)處理的測(cè)控場(chǎng)合，如工業(yè)自動(dòng)化控制、智能化儀器儀表及電機(jī)伺服控制系統(tǒng)等。

　　2 ADS8364的工作原理

　　ADS8364的最大工作頻率可達(dá)5MHz，采樣/轉(zhuǎn)換可在20個(gè)轉(zhuǎn)換時(shí)鐘周期內(nèi)完成。ADS8364的六個(gè)通道可以同時(shí)進(jìn)行采樣/轉(zhuǎn)換。吞吐率最大可達(dá)250ksps。ADS8364采用＋5V工作電壓，并帶有80DB共模抑制的全差分輸入通道以及六個(gè)4μs連續(xù)近似的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、六個(gè)差分采樣放大器。另外，在REFIN和REFOUT引腳內(nèi)部還帶有＋2.5V參考電壓。ADS8364的差分輸入可在－VREF到＋VREF之間變化。三個(gè)保持信號(hào)（HOLDA、HOLDB、HOLDC）可以啟動(dòng)指定通道的轉(zhuǎn)換。當(dāng)三個(gè)保持信號(hào)同時(shí)被選通時(shí)，其轉(zhuǎn)換結(jié)果將保存在六個(gè)寄存器中。對(duì)于每一個(gè)讀操作，ADS8364均輸出十六位數(shù)據(jù)，地址／模式信號(hào)（A0，A1，A2）可以選擇如何從ADS8364讀取數(shù)據(jù)，也可以選擇單通道、單周期或FIFO模式。在ADS8364的HOLDX保持至少20ns的低電平時(shí)，轉(zhuǎn)換開始。這個(gè)低電平可使各個(gè)通道的采樣保持放大器同時(shí)處于保持狀態(tài)從而使每個(gè)通道同時(shí)開始轉(zhuǎn)換。當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)果被存入輸出寄存器后，引腳EOC的輸出將保持半個(gè)時(shí)鐘周期的低電平。另外，通過置RD和CS為低電平可使數(shù)據(jù)讀出到并行輸出總線。

ADS8364工作時(shí)序圖

　　3 ADS8364與TMS320F2812的接口電路

　　電路部分主要分為DSP芯片的最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)和ADS8364的接口設(shè)計(jì)。分別給予介紹。

　　3.1 TMS320F2812的最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)：

　　（1）電源和復(fù)位部分：本設(shè)計(jì)采用外部5V直流電壓供電。通過DC/DC器件產(chǎn)生3.3V的內(nèi)核電壓VDD和1.8V的I/O電壓VDDIO電壓。電源芯片TPS767D318為雙電源輸出，一路為3.3V、一路為1.8V。每路電源的最大輸出電流為1A。芯片還提供兩個(gè)寬度為200ms的低電平復(fù)位脈沖。本設(shè)計(jì)的復(fù)位信號(hào)分兩種：上電復(fù)位、手動(dòng)復(fù)位。上電復(fù)位由芯片TPS767D318產(chǎn)生，手動(dòng)復(fù)位由電阻電容組成的電路產(chǎn)生。

　　（2）時(shí)鐘部分：為DSP芯片提供時(shí)鐘一般有兩種方法。一種是采用晶體，一種是采用外部有源時(shí)鐘芯片。本設(shè)計(jì)采用前者。它利用了DSP芯片內(nèi)部所提供的晶振電路，在DSP芯片的X1和X2之間連接一晶體可啟動(dòng)內(nèi)部振蕩器。

　?。?）仿真部分：這一部分將作為程序的調(diào)試和燒錄所用。2812芯片提供了5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的JTAG信號(hào)（TRST、TCK、TMS、TDI、TDO）和兩個(gè)仿真引腳（EMU0、EMU1）。

　　3.2 ADS8364的接口設(shè)計(jì)

　　ADS8364采用＋5V模擬電源（AVDD）和數(shù)字電源（DVDD），而其內(nèi)部的緩沖器采用與TMS320F2812相同的＋3.3V電壓。緩沖器電壓（BVDD）允許直接連接到3V或5V電壓系統(tǒng)。TMS320F2812的I/O電壓為＋3.3V，因此，若使用該元件，ADS8364的BVDD必須設(shè)置成3.3V。

　　在這個(gè)設(shè)計(jì)中，ADS8364采用的是4MHz時(shí)鐘。每個(gè)通道的吞吐率最大可達(dá)200ksps。將ADS的地址線A［2：0］接到TMS320F2812的地址線。當(dāng)A0接到數(shù)字地，A2和A1接到VCC上可迫使ADS8364進(jìn)入周期模式。在這個(gè)模式中，轉(zhuǎn)換器可自動(dòng)對(duì)六個(gè)通道進(jìn)行采樣，并可將數(shù)據(jù)按從A0到C1的順序傳送到輸出端。

　　將ADS8364的BYTE引腳接到VCC上，可以使能字節(jié)模式。在這個(gè)模式中，要從模擬中正確地讀取數(shù)據(jù)，需要對(duì)每個(gè)通道進(jìn)行兩次連續(xù)的讀操作。第一次讀取的是轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的高位字節(jié)，第二次讀取的是低位字節(jié)。假如通道信息要作為數(shù)據(jù)輸出的一部分，那么，應(yīng)將ADS8364的ADD引腳也接到VCC。讀取數(shù)據(jù)時(shí)，需要對(duì)ADS8364的每個(gè)通道進(jìn)行三次讀操作。第一次讀取通道和數(shù)據(jù)信息，后兩次分別讀取高位和低位數(shù)據(jù)。

　　3.3 ADC的初始化操作

　　觸發(fā)ADS8364的復(fù)位引腳RST可以確保讀指針指向第一個(gè)數(shù)據(jù)位置。作為TMS320F2812初始化的一部分，由TMS320F2812的通用輸入輸出口GPIOF0提供給ADS8364的引腳RST。當(dāng)系統(tǒng)時(shí)鐘穩(wěn)定后，被觸發(fā)為低電平，從而確保了從ADC輸出的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)于通道A0、A1、B0、B1、C0、C1的排列。

　　對(duì)于每一個(gè)轉(zhuǎn)換通道，EOC均是低電平信號(hào)。 ADS8364可為TMS320F2812提供三個(gè)脈沖。每個(gè)脈沖信號(hào)表明一個(gè)轉(zhuǎn)換的結(jié)束。當(dāng)ADC的這三個(gè)引腳同時(shí)置低時(shí)，三個(gè)通道被認(rèn)為有效并同時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。另外,EOC引腳也可被連接到TMS320F2812的一個(gè)中斷引腳，以觸發(fā)一個(gè)讀周期。

　　ADS8364的片選CS是一個(gè)有源低電平輸入信號(hào)。當(dāng)CS為高時(shí)，并行輸出引腳處于高阻態(tài)。當(dāng)CS為低時(shí)，并行數(shù)據(jù)線反映了輸出緩沖器的當(dāng)前狀態(tài)。為了正確地從ADS8364的并行數(shù)據(jù)總線上讀取數(shù)據(jù)，ADS8364必須被片選CS選中后才能進(jìn)行讀操作。

　　ADS8364的讀（RD）信號(hào)端也是有源低電平信號(hào)。當(dāng)CS為低時(shí)，在讀信號(hào)（RD）的下降沿，ADS8364 中寄存器的內(nèi)容將被更新。這意味著在每個(gè)讀序列之前，RD信號(hào)必須被觸發(fā)，這樣才能更新輸出緩沖器。通過TMS320F2812的中斷子程序?qū)DS8364的RD引腳置低可以保存輸入的數(shù)據(jù)，之后可再將RD引腳置高。

ADS8364與TMS320F2812的連接圖

　　4 初始化編程

　　（1）頭文件（.H）的編寫：主要用來定義片內(nèi)寄存器以便函數(shù)中引用

　　例如：系統(tǒng)控制與狀態(tài)寄存器的定義：

　　此外頭文件中還聲明一些全局函數(shù)和常量。

例如：extern void InitAdc(void); //初始化ADC函數(shù)

　　（2）命令文件（.CMD）的編寫：該文件中用到了兩個(gè)偽指令MEMORY和SECTIONS。

　　MEMORY偽指令用來標(biāo)示實(shí)際存在的目標(biāo)系統(tǒng)中可被使用的存儲(chǔ)器范圍。

　　SECTIONS偽指令用來定位一些代碼和數(shù)據(jù)塊。

　　部分代碼：

　　（3）主程序及中斷程序：

　　5 結(jié)束語

　　本文以ADS8364模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片為基礎(chǔ)，詳細(xì)討論了ADS8364和TMS320F2812的接口設(shè)計(jì)和工作原理，重點(diǎn)介紹了TMS320F2812控制芯片的最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)、ADS8364和TMS320F2812的連接、初始化程序等三部分內(nèi)容。該設(shè)計(jì)方案在電機(jī)控制、多軸定位系統(tǒng)、多通道數(shù)據(jù)采集等場(chǎng)合有著廣泛的應(yīng)用。