基于TMS320F2812和ADS8364的智能節點設計

摘要：介紹了以TMS320F2812和ADS8364為核心的智能節點設計，該節點不僅可以進行數據采集，還可以實現闞值報警、數字濾波、FFT變換等功能。并詳細介紹了本設計的工作原理、硬件設計以及軟件設計。
關鍵詞：DSP；CAN總線：智能節點

0 引言
在實際工程應用中，經常需要對各種設備進行狀態監測和故障診斷，首先要對各傳感器的信號進行采集，為了減輕上位機的運算負荷，設計了一種基于DSP的智能節點，主要用來實現信號采集和FFT變換等功能。

1 硬件設計
智能節點的硬件主要包括DSP處理器、模數轉換器、擴展的靜態存儲器、電平轉換芯片、CAN接口驅動、光電耦合輸入和傳感器調理及電源電路等。
DSP處理器選用TI公司的32位定點高速DSP芯片TMS320F2812。TMS320F28X系列是當今世界上最先進的32位定點DSP芯片。它不但運行速度高，處理功能強大，并且具有豐富的片內外圍設備，便于接口和模塊化設計。它既具有數字信號處理能力，又具有強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據處理的測控場合，如工業自動化控制、智能化儀器儀表及電機伺服控制系統等。采用8級指令流水線，單周期32×32位MAC功能，最高速度每秒中可執行1．50億條指令(150MIPS)，保證了控制和信號處理的快速性和實時性。另外MS320F2812片上還集成了豐富的外部資源，包括16路12位ADC、16路PWM輸出、3個32位通用定時器、128k的16位FLASH存儲器、18kRAM存儲器，外圍中斷擴展模塊(PIE)可支持45個外圍中斷，并具有McBSP、SPI、SCI和擴展的CAN總線等接口。TMS320F2812還支持最大1M的外部存儲器擴展。TMS32 0F2812支持C／C++編程語言，其c語言優化器的C編譯效率可達90％，還有虛擬浮點數學函數庫提供支持，可以大大縮短數學運算與控制程序的開發周期。
模數轉換器選用TI公司的ADS8364，該芯片是一款6路模擬輸入、16位并行輸出的模數轉換器。6路模擬輸入分為三組(A，B和C)，每個輸入端都有一個保持信號來實現所有通道的同時采樣與轉換功能，非常適合于多路(多種)采集系統的需要。ADS8364提供了一個靈活的高速并行接口，可以運行在直接尋址、循環采樣、FIFO等三種模式，每個通道的輸出數據都可直接作為一個16 bit的字，可以直接與數字信號處理器TMS320F2812相連。
由于數據采集和FFT變換需要大量數據空間，而TMS320F2812片上只有18 k的RAM可供使用，而且分布于5個不同的區域，不能滿足使用要求，因此在外部又擴展了一片64 k的16位無等待靜態存儲器IS61LV6416。
本智能節點電路設計的關鍵部分是TMS320F2812芯片的最小系統設計和ADS8364的接口設計。
1．1 TMS320F2812的最小系統設計
(1)電源和復位部分：本設計采用外部5 V直流電壓供電。通過DC／DC器件產生3．3 V的內核電壓VDD和1．8 V的I／O電壓VDDIO電壓。電源芯片TPS767D318為雙電源輸出，一路為3．3 V、一路為1．8 V。每路電源的最大輸出電流為1 A。芯片還提供兩個寬度為200 ms的低電平復位脈沖。本設計的復位信號分兩種：上電復位、手動復位。上電復位由芯片TPS767D318產生，手動復位由電阻電容組成的電路產生。
(2)時鐘部分：為DSP芯片提供時鐘一般有兩種方法。一種是采用晶體，一種是采用外部有源時鐘芯片。本設計采用前者。它利用了DSP芯片內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內部振蕩器。
(3)仿真部分：這一部分將作為程序的調試和燒錄所用。2812芯片提供了5個標準的JTAG信號(TRST、TCK、TMS、TDI、TDO)和兩個仿真引腳(EMU0、EMU1)。
1．2 ADS8364的接口設計
ADS8364采用+5V模擬電源(AVDD)和數字電源(DVDD)，而其內部的緩沖器采用與TMS320F2812相同的+3．3 V電壓。緩沖器電壓(BVDD)允許直接連接到3 V或5 V電壓系統。TMS320F2812的I／O電壓為+3．3 V，因此，若使用該元件，ADS8364的BVDD必須設置成3．3 V。
在這個設計中，ADS8364采用的是4 MHz時鐘。每個通道的吞吐率最大可達200 ksps。將ADS的地址線A[2：0]接到TMS320F2812的地址線。當A0接到數字地，A2和A1接到VCC上可迫使ADS8364進入周期模式。在這個模式中，轉換器可自動對6個通道進行采樣，并可將數據按從A0到C1的順序傳送到輸出端。
將ADS8364的BYTE引腳接到VCC上，可以使能字節模式。在這個模式中，要從ADC中正確地讀取數據，需要對每個通道進行兩次連續的讀操作。第一次讀取的是轉換數據的高位字節，第二次讀取的是低位字節。假如通道信息要作為數據輸出的一部分，那么，應將ADS8364的ADD引腳也接到VCC。讀取數據時，需要對ADS8364的每個通道進行三次讀操作。第一次讀取通道和數據信息，后兩次分別讀取高位和低位數據。
1．3 ADC的初始化操作
觸發ADS8364的復位引腳RST可以確保讀指針指向第一個數據位置。作為TMS320F2812初始化的一部分，由TMS320F2812的通用輸入輸出口GPIOFO提供給ADS8364的引腳RST。當系統時鐘穩定后，被觸發為低電平，從而確保了從ADC輸出的數據對應于通道A0、A1、B0、B1、C0、C1的排列。
對于每一個轉換通道，EOC均是低電平信號。ADS8364可為TMS320F2812提供三個脈沖。每個脈沖信號表明一個轉換的結束。當ADC的這三個引腳同時置低時，三個通道被認為有效并同時進行轉換。另外，EOC引腳也可被連接到TMS320F2812的一個中斷引腳，以觸發一個讀周期。