关键字：DSP ADC 数据采集
tms320vc5402(以下简称c5402)是德州仪器公司1999年推出的定点数字信号处理器(dsp)。与tms320c54x系列的其他芯片相比，c5402以其独有的高性能、低功耗和低价格受到了人们的广泛青睐。c5402增强外设有软件等待状态发生器、锁相环时钟发生器、6通道直接存储器访问(dma)控制器、增强型8位并行主机接口(hpi)等。两个可编程的多通道缓冲串口(mcbsp)能够全双工、快速地与其他同步串口进行数据交换，硬件连接简单，串口的工作模式和传送数据的格式可通过编程实现。
因为c5402内部没有集成a/d，因此在数据采集时需要使用a/d转换芯片，a/d芯片与c5402的接口设计成为一个重要的问题。a/d转换芯片一般有串行a/d和并行a/d。为了充分利用c5402所提供的多通道缓冲串口资源，简化系统设计，本文系统使用了ti公司的高速串行a/d来同时完成两路数据采集，大大提高了串口工作效率。
串行a/d芯片tlv1572
tlv1572是高速的十位串行a/d转换芯片，可以通过3或4个串行口线直接与dsp或其他数字微处理器串口相连，不需要外加逻辑，但是转换速度受sclk供给时钟的限制。tlv1572与dsp的多通道缓冲串口相连是通过cs、sclk、do和fs四条线完成的，此时dsp的clkr产生移位脉冲，fsr产生帧同步信号，并分别提供给tlv1572。当t-lv1572与其他串口微处理器相连接时fs必须提供高电平，通过cs、sclk、do三条线来完成数据传输。当cs为高时，a/d芯片各管脚处于三态状态。在cs由高变低时，tlv1572检测fs引脚的状态来确定工作模式，若fs为低则为dsp模式，若fs为高则为其他微处理器模式。
图一 tl1572在dsp模式下的转换时序图
图二 tl1572在微处理器模式下的转换时序图
当tlv1572工作在dsp模式时，必须保证在cs变低时，fs为低电平，并且要锁存一定时间。cs为低时，do跳出三态状态，但是直到fs为高时芯片才脱离休眠状态。tlv1572在每个时钟sclk的下降沿检测fs的状态，一旦检测到fs为高，tlv1572开始采样。在fs的下降沿，a/d芯片通过移位时钟将数据移到do上。在6个前导0传送之后，dsp可以在时钟的下降沿得到a/d转换的数据，如图1所示。在最低位移出之后，a/d芯片自动进入休眠状态，直到fs下一次有效。如果fs在16位传输完成后立即有效，则a/d开始新的数据转换，此时a/d为连续转换。若fs在tlv1572转换数据的过程中变高，则a/d芯片被复位，开始新的数据转换周期。因此可以通过设置fs，改变数据传输的位数。
当tlv1572工作在非dsp模式下时，fs引脚必须接高电平。在每次转换的过程中都必须提供16个时钟信号，若微处理器无法一次接收16位数据，可以分成8位两次接收，两次接收的时间间隔不能大于100μs，此时cs必须一直处于有效状态。在dsp模式下转换的开始是由fs信号有效来决定的，而在微处理器模式下，数据转换cs有效后的第一个时钟信号上升沿开始的，如图2所示。在微处理器模式下，也可以通过设置cs来改变传送的位数。
c5402的多通道缓冲串口
c5402提供两个高速、全双工、多通道缓冲串行口mcbsp0、mcbsp1，用数据线d(r/x)、帧同步线fs(r/x)和移位时钟线clk(r/x)实现发送数据和接收数据。mcbsp通过6个引脚(dx、dr、clkx、clkr、fsx和fsr)与外设接口。
(1)clkx(发送时钟输入或输出)
芯片内部发送以为寄存器(xsr)通过该时钟信号将数据发送到dx引脚。该串口可以通过pcr寄存器的clkxm位配置成使用内部时钟或者使用外部时钟。
(2)fsx(发送帧同步输入或输出)
fsx是发送开始的标志，串口可以通过pcr寄存器的fxm位配置成输入或输出。
(3)dx(串行数据发送)
串口数据发送是通过该口进行的。
(4)clkr(接收时钟)
clkr用来接收外部时钟信号，该时钟信号将dr数据移入接收移位寄存器(rsr)。可以通过pcr寄存器的clkrm位配置成使用内部时钟或者使用外部时钟。
(5)fsr(接收帧同步输入)
fsr接收帧同步脉冲信号，标志数据接收开始。可以通过pcr寄存器的frm位配置成输入,也可以配置成输出。
(6)dr(串行数据接收)
串口数据接收是通过该口进行的。接收过程中，数据首先通过移位时钟clkr的作用下移入rsr(接收移位寄存器)，然后，rsr中的数据再拷贝到ddr(数据接收寄存器)，拷贝完成时，产生rint中断通知cpu来响应或revta中断通知dma响应，同时设置rrdy中断标志位，也可以用查询方式来完成，从数据寄存器中读出数据。clkx、clkr、fsx、fsr即可以由内部采样率发生器产生，也可以由外部设备驱动。mcbsp分别在相应时钟的上升沿和下降沿进行数据检测。每个mcbsp最多可支持128通道的发送和接收，串行字长可选，包括8、12、16、20、24和32位，还支持μ率和a率数据压缩扩展。stm #2, spsa0
stm #0040h, spsd0 ; #0040h写入rcrc10，每字16位
stm #3, spsa0
stm #0040h, spsd0 ; #0040h写入rcr20，每帧一段，每段一字
stm #6, spsa0
stm #000fh, spsd0 ; #0009h写入srgr10，时钟周期clkg=6.4mhz
stm #7, spsa0
stm #300fh, spsd0 ; #3010h写入srgr20，帧周期为16个clkg
stm #0eh,spsa0
stm #0a04h, spsd0 ; #0a04h写入pcr0，fsx, clkx输出，fsr,clkr输入
；＝＝＝＝＝初始化串口1＝＝＝＝＝
串口1的初始化程序参见串口0
；＝＝＝＝＝启动接收＝＝＝＝＝＝＝
stm #0,spsa0
stm #0001h, spsd0 ；启动串口0接收
stm #1,spsa0
stm #00c0h, spsd0 ；内部产生时钟产生fsg
stm #0,spsa1
stm #0001h, spsd1 ；启动串口1接收
stm #1,spsa1
stm #00c0h, spsd1 ；内部产生时钟产生fsg
;＝＝串口0接收中断子程序＝＝＝
.sect "brint0"
host_brint0:
rsbx intm ；关中断
ldm drr0,a
stl a,*ar4+ ； 接收
……
其他处理程序
rete
结束语
本文介绍了两片串行a/d与c5402组成的数据采集系统，该系统硬件连接简单，a/d的采样率可以通过串口时钟灵活设置，通用性强。该数据采集系统已经成功应用到实验室的信号处理系统中，显示出设计灵活、高速、可靠等优点。
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