TMS320VC5402芯片AD和DA转换接口的设计

I摘要在由DSP芯片组成的信号处理系统中，A/D和D/A转换器是非常重要的器件。输入信号可以是各种各样的形式，可以是语音信号或来自电话线的已调制数字信号，也可以是各种传感器输出的模拟信号。这些输入信号首先经过放大和滤波，然后进行A/D转换将模拟信号变换成数字信号，再由DSP芯片对数字信号进行某种形式的处理，如进行一系列的乘加-累加运算。经过处理后的数字信号由D/A转换器变换成模拟信号，之后再进行平滑滤波，得到连续的模拟波形。综上可知信号处理过程A/D和D/A转换器的作用。该文主要介绍常用的A/D、D/A转换器的使用原理，与DSP芯片的接口电路，以及关于A/D、D/A转换器的DSP编程。关键词：TMS320VC5402TLC320AD50CCCS5000Ⅱ目录摘要.....................................................I1设计概述................................................12芯片TLC320AD50C的详细介绍.............................32.1TLC320AD50C概述...............................32.2TLC320AD50C特点...............................32.3TLC320AD50C引脚及功能框图介绍.................53系统硬件设计...........................................73.1TMS320VC5402系统电路设计......................73.2TLC320AD50C与DSP的引脚连接方式..............104系统软件设计..........................................124.1AD50的控制时序..................................134.2程序流程图.......................................154.3部分程序代码.....................................155心得体会..............................................18参考文献................................................1911设计概述通常，一个典型的DSP系统应包括抗混叠滤波、数据采集A/D转换器、数字信号处理器DSP、D/A转换器和低通滤波器等，其组成框图如图1-1所示。在许多应用系统中，为了应用DSP卓越的数字信号处理能力，我们必须先将模拟信号进行数字化（A/D转换），再对采样数据进行相应的算法处理，最后经过数字信号模拟化（D/A转换）后输出。在这些DSP应用系统中的关键问题是怎样十分容易和高效地实现这些转换，因此必然涉及到接口电路的设计。本文介绍一种单片内集成了ADC通道和DAC通道的模拟接口电路TLC320AD50C（以下简称AD50）与TMS320VC5402缓冲串口的接口的设计实现方法，然后，基于这种接口电路的硬件设计，通过软件编程实现信号的采集与回放。图1-1典型的DSP数据处理系统框图TMS320VC5402是TI公司生产的从属于TMS320C54x系列的一个工作灵活、高速、具有较高性价比、低功耗的16位定点通用DSP芯片。其主要特点包括：采用改进的哈佛结构，1条程序总线（PB），3条数据总线（CB、DB、EB）和4条地址总线（PAB，CAB，DAB，EAB），带有专用硬件逻辑CPU，片内存储器，片内外围专用的指令集，专用的2汇编语言工具等。TMS320VC5402含4K字节的片内ROM和16K字节的双存取RAM，1个HPI（HostPortInterface）接口，2个多通道缓冲单口MCBSP（Multi-ChannelBufferedSerialPort），单周期指令执行时间10ns，双电源（1.8V和3.3V）供电，带有符合IEEE1149.1标准的JTAG边界扫描仿真逻辑。AD50是TI公司生产的一个16位、音频范围（采样频率为2K～22.05KHZ）、内含抗混叠滤波器和重构滤波器的模拟接口芯片，它有一个能与许多DSP芯片相连的同步串行通信接口。AD50C片内还包括一个定时器（调整采样率和帧同步延时）和控制器（调整编程放大增益，锁相环PLL，主从模式）。AD50有28脚的塑料SOP封装（带DW后缀）和48脚的塑料扁平封装（带PT后缀），体积较小，适应于便携设备。AD50的工作温度范围是0～70℃，单一5V电源供电或5V和3.3V联合供电，工作时的最大功耗为120mW。DSP（数字信号处理器）具有强大的数字信号处理能力，在其应用系统中，大多由ADC和DAC通道来完成对模拟信号的数字化处理。设计了基于一种集成ADC和DAC于一体的TLC320AD50C模拟接口电路与TMS320VC5402定点DSP接口电路的硬件设计方法，并结合硬件电路实现主从模式下软件的设计。32芯片TLC320AD50C的详细介绍2.1TLC320AD50C概述TLC320AD50C使用过采样的Σ-Δ技术提供从数字至模拟（D/A）和模拟至数字（A/D）的高分辨率低速信号转换。该器件包括两个串行的同步转换通道（用于各自的数据方向）；在DAC之前有一个插入滤波器（interpolationfilter）和ADC之后有一个抽取滤波器（decimationfilter）。其它的高级功能有片内时序和控制。Σ-Δ结构在低系统速度和低价格下产生高分辨率的模数和数模转换。该器件的选项和电路结构可通过串行接口进行编程。其选项包括：复位、掉电、通信协议、串行时钟率、信号采样率、增益控制及测试方式等。TLC320AD50C的工作温度范围从0℃～70℃。2.2TLC320AD50C特点单5V电源供电或5V模拟、3V数字电源工作方式时功耗（PD）100mW（最大）硬件掉电方式时功耗2.5mW通用16位信号处理2的补码数据格式动态范围91dB（典型）ADC总的信号/（噪声+失真）88dB（最小）DAC总的信号/（噪声+失真）85dB（最小）4全部器件为差分结构内部基准电压（Vref）ADC为64倍过采样，而DAC为256倍过采样（内部）串行接口当二次通信（secondarycommunication）时ALTDATA端提供数据监视系统测试方式，数字反馈（loopback）测试和模拟反馈测试支持各种V.34采样速率支持商业级音响应用多种转换速率可选，如MCLK/（128×N）或MCLK（512×N）可以配置成主机或从机方式可以支持三个从机器件输入和输出增益控制一下是一些定义和术语的解释。DataTransferInterval（数据传送时间间隔），时间间隔是指在此时间内数据从DOUT传出和向DIN传入。此间隔为16个移位时钟，数据传送由帧同步信号的下降沿启动。SignalData（信号数据），信号数据包括输入信号通过ADC通道转换的结果以及通过DAC通道至模拟输出的返回（数据）。这与纯数字软件控制的数据相反。PrimaryCommunications（首次通信），首次通信是指数字数据传送时间。因为器件是同步的，所以信号数据来自ADC通道和送至DAC通道是同时发生的。SecondaryCommunications（二次通信），二次通信是指送入DIN5的数字控制和配置数据传送时间，以及从DOUT寄存器读出数据的时间。只有当硬件或软件要求时才产生数据传送时间。FrameSync（帧同步），帧同步就是指启动数据传送时间间隔的信号的下降沿。首次帧同步启动首次通信，二次帧同步启动二次通信。FrameSyncandSamplingPeriod（帧同步和采样周期），连续的两个首次帧同步信号下降沿之间的时间。FrameSyncInterval（帧同步时间间隔），16个移位时钟所占据的时间间隔。在帧同步信号的下降沿之后，帧同步信号在SCLK的第16个上升沿时变为高电平。ADCChannel（ADC通道），从模拟输入到DOUT端数字转换结果之间的全部信号处理电路。DACChannel（DAC通道），在加至DIN端的数字数据字与OUTP和OUTM端可用的差分输出模拟信号之间的所有信号处理电路。2.3TLC320AD50C引脚及功能框图介绍DW和PT封装的AD50的引脚排列（顶视）如图2-1和2-2所示。图2-1DW封装的TLC320AD50C的引脚排列图6图2-2PT封装的TLC320AD50C的引脚排列图TLC320AD50C的功能方框如图2-3所示。图2-3TLC320AD50C功能框图73系统硬件设计3.1TMS320VC5402系统电路设计一个完整的DSP系统通常是由DSP芯片和其他相应的外围器件构成。下面以TMS320VC5402芯片为系统核心，设计DSP硬件系统的电路，包括时钟电路、电源电路、复位电路、功能配置引脚连接以及程序存储空间扩展和数据空间扩展电路。时钟电路用来为TMS320VC5402芯片提供时钟电路，由一个内部振荡器和一个锁相环PLL组成，可通过晶振驱动。另外外部中断均上拉高电平，并在个电源接口加去耦电容。电路原理图如图3-1、图3-2、图3-3和图3-4所示。800000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111