基于PowerPC的模擬量輸入接口擴(kuò)展

The Analog Input Expansion Based on the PowerPC

摘要：介紹了PowerPC集成主處理器MPC8349E的性能特點(diǎn)。介紹了模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）接口芯片MAX197的結(jié)構(gòu)功能。設(shè)計(jì)了模擬量輸入接口擴(kuò)展的硬件連接，并在硬件平臺(tái)基礎(chǔ)上進(jìn)行了驅(qū)動(dòng)程序的軟件開發(fā)。

關(guān)鍵字：PowerPC；模數(shù)轉(zhuǎn)換；驅(qū)動(dòng)程序

Abstract: The performance and characteristics of the PowerPC integrated host processor MPC8349 are introduced .Also the structure and function of the A/D chip MAX197 is introduced.The hardware of the analog input interface expansion is designed，and the driver software based on the hardware platform is developed.

Key words: PowerPC ; A/D; Driver software

數(shù)據(jù)采集技術(shù)是信息科學(xué)的重要分支，是傳感器、信號(hào)獲取、存儲(chǔ)與處理等信息技術(shù)的結(jié)合。將外部世界存在的溫度、壓力、流量、位移、液位等轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再傳送到計(jì)算機(jī)作進(jìn)一步處理的這一過程，即“數(shù)據(jù)采集”。數(shù)據(jù)采集已在工農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生、生態(tài)環(huán)保、航空航天、軍事、氣象等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用?？梢酝ㄟ^對(duì)信號(hào)的測(cè)量、處理、控制及管理，實(shí)現(xiàn)測(cè)、控、管的自動(dòng)化與系統(tǒng)化。模擬量輸入接口（A/D）是采集系統(tǒng)的重要的組成部分。

1 MPC8349E系列嵌入式集成主處理器

1.1 處理器性能特點(diǎn)

Power.org™定義的Power™體系結(jié)構(gòu)為廣泛的處理器提供了技術(shù)基礎(chǔ)，包括高端服務(wù)器芯片，以及到為計(jì)算機(jī)、手持設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的PowerPC處理器。
MPC8349處理器是飛思卡爾半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的基于Power™體系結(jié)構(gòu)的嵌入式SoC。MPC8349的集成度非常高，除了一個(gè)高性能的E300核外，還包括DDR2控制器、兩個(gè)32位PCI控制器、兩個(gè)10/100/1000以太網(wǎng)控制器、安全引擎、USB控制器以及其他一些嵌入式應(yīng)用需要的UART、I2C、GPIO等接口，被廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)通訊領(lǐng)域、SOHO NAS、CPE、網(wǎng)關(guān)和交換機(jī)產(chǎn)品，打印機(jī)和復(fù)印機(jī)等產(chǎn)品，以及嵌入式計(jì)算和工業(yè)控制領(lǐng)域。MPC8349處理器支持?jǐn)U大的運(yùn)行溫度范圍，其指令與Power™體系結(jié)構(gòu)的其他產(chǎn)品兼容，并提供比較廣泛的開發(fā)工具支持。

1.2 MPC8349E局部總線（LBC）

局部總線控制器是本系統(tǒng)中CPU與A/D轉(zhuǎn)換芯片的接口，該控制器提供了到多種類型存儲(chǔ)設(shè)備和外部設(shè)備的無縫接口。該控制器負(fù)責(zé)控制八個(gè)存儲(chǔ)體(bank)，這八個(gè)存儲(chǔ)體由一個(gè)高性能的SDRAM、一個(gè)GPCM和可多達(dá)三個(gè)的UPMs所共享。因此它支持到SDRAM、SRAM、EPROM、flash EPROM、可突發(fā)RAM、常規(guī)DRAM設(shè)備、擴(kuò)展數(shù)據(jù)輸出DRAM設(shè)備和其他一些外部設(shè)備的最小粘結(jié)邏輯接口。外部地址鎖存信號(hào)（LALE）允許地址和數(shù)據(jù)信號(hào)的多路復(fù)用，減少信號(hào)數(shù)量?？梢院芊奖愕刂С钟脩糇远x的存儲(chǔ)或者類似的外設(shè)。

2 A/D轉(zhuǎn)換芯片MAX197

　 作為一種基本電路， A/D轉(zhuǎn)換廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集與信號(hào)測(cè)量中。A/D轉(zhuǎn)換芯片有并行、串行兩種，精度從8位到24位，存在多個(gè)等級(jí)。其中12位的MAX197 是性能比較優(yōu)越的一款， 接口簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)換速度快，操作容易，精度能夠滿足多數(shù)信號(hào)測(cè)量和工業(yè)控制場(chǎng)合。

2.1 MAX197 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
MAX197芯片是美國(guó)MAXIM公司近年的新產(chǎn)品，是多量程( ±10V、±5V、0～10V、0～5 V)、8通道、12位精度的A/D轉(zhuǎn)換器。它采用逐次逼近工作方式，有標(biāo)準(zhǔn)的微機(jī)接口。三態(tài)數(shù)據(jù)I/O口用做8位數(shù)據(jù)總線，數(shù)據(jù)總線的時(shí)序與絕大多數(shù)通用的微處理器兼容。全部邏輯輸入和輸出與TTL/CMOS電平兼容，僅需要一個(gè)+5V供電，且外圍電路簡(jiǎn)單，可簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)。

2.2 MAX197 的控制字
如圖1所示，MAX197控制字的PD1、PD0這兩位選擇時(shí)鐘和低功耗模式；ACQMOD為0表示內(nèi)部控制采集，ACQMOD為1表示外部控制采集；RNG選擇輸入端的滿量程電壓范圍；BIP選擇單極性、雙極性轉(zhuǎn)換模式；A2、A1和A0用于選擇多路輸入通道的地址。在VEF=4.096V時(shí)，MAX197通過軟件設(shè)置控制字節(jié)的D3、D4位，可選擇輸入量程為±10V、±5V、0～10V和0～5V。

2.3 MAX197 的管腳功能
MAX197有28個(gè)管腳， 管腳圖如圖2所示。

圖2中REF控制滿量程輸入電壓大小。在REFADJ管腳加外部基準(zhǔn)電壓后，MAX197多量程A/D 轉(zhuǎn)換器VREF =1.6384×VREFADJ(2.4VVREF4.18V)。輸入通道的過壓保護(hù)為±16.5V，即使芯片處于低功耗工作模式，這種防護(hù)也有效。VDD=0V 時(shí)，輸入阻抗網(wǎng)絡(luò)所具有的電流限制足以保護(hù)器件。數(shù)字接口輸入和輸出數(shù)據(jù)在三態(tài)并行口上是復(fù)用的，這些并行I/O口可以很容易地和處理器接口。與處理器相應(yīng)控制管腳相連進(jìn)行讀寫操作。通過對(duì)芯片進(jìn)行寫操作可把控制字節(jié)存入芯片。輸出數(shù)據(jù)在單極性模式下是二進(jìn)制格式。MAX197可以以內(nèi)部或外部時(shí)鐘模式工作。一旦選擇了所要求的時(shí)鐘模式，改變這些位編程選擇低功耗模式時(shí)，不會(huì)影響時(shí)鐘模式。剛上電時(shí)，選擇外部時(shí)鐘模式。在CLK管腳和地之間接一個(gè)100pF的電容，可產(chǎn)生1.56MHz頻率的內(nèi)部時(shí)鐘。外部時(shí)鐘要求100kHz～2MHz之間。