基于DSP的低功耗高速數據采集系統設計

系統工作流程大致如下：系統上電之后，程序初始化部分對同步串口1進行設置，使四片A/D芯片同時開始工作；利用其中一片A/D芯片的BUSY輸出信號觸發DSP的外部中斷0；設置數據緩沖區；在主程序中對采集到的數據進行必要的處理；在中斷服務程序中依次從并口讀入四片A/D芯片的數據。

VC5509內部沒有FLASH，其程序加載需要外部存儲器。VC5509支持比較多的引導加載方式，這里采用的是SPI接口的EEPROM加載，如圖4所示。芯片選用的是ATMEL公司的SPI接口的低電壓串行EEPROM AT25256。AT25256主要適用于低功耗場合，內部按照32k×8位組織，可以工作在3.3V電壓下，最大串行時鐘頻率為2.1MHz。支持64字節的頁寫方式以及字節寫方式。另外，AT25256還可以通過設置寫保護引腳/WP的電平來設置芯片的只讀或可寫狀態。

VC5509采用SPI接口EEPROM模式加載時，默認同步串口0的信號引腳來模擬SPI接口，GPIO4作為EEPROM片選輸入。
VC5509具有128K字節內RAM，為擴展數據存儲備份，外部擴展了兩片鐵電存儲器作為數據存儲器，如圖5所示。這里選用的是RAMTRON公司的FM18L08。鐵電存儲器具有非易失性存儲器的特征，同時具有類似RAM的讀寫操作（非常方便），近兩年應用越來越廣泛。FM18L08內部按照32K×8位組織，訪問周期為70ns，讀寫操作周期相同，易于使用。同時它也是一款支持低電壓工作的芯片，3.3V時典型工作電流為5mA，典型靜態電流為7μA。

2．2 高效率電源的設計

VC5509工作在雙電源電壓下，其核心電壓為1.6V，I/O電壓為3.3V。對雙電壓電源系統，常用的是有線性穩壓電源以及開關穩壓電源，根據兩者對電壓轉換的原理的不同，電壓的轉換效率也有很大區別。對于線性穩壓電源，多用在較大的負載電流場合，其整體系統功耗分為兩部分，一部分為所有低功耗器件消耗，另一部分為線性穩壓器件本身所消耗。以輸入5V直流電壓轉換到3.3V電壓為例，理論電壓轉換效率約為66%。假設系統電流為50mA，則整個系統功耗實際上為50×5=250mW，而并非50×3.3=165mW。而對于開關穩壓器件，選用合適的器件，電壓轉換效率可以達到95%以上，電源器件本身消息功率可以極少，對相同的系統電流，整體系統功耗極大降低。因此，在低功耗小電流場合，選用開關穩壓電源器件更為適合。

這里選用的是TI公司的TPS62000系列開關穩壓器件TPS62000（可調輸出）和TPS62007（固定輸出3.3V）。TPS62000系列是專為低功耗CPU而設計的一系列電源器件，在輸出電流為10mA時，效率可達90%。同時，TPS62000系列工作在低功耗模式時，可根據負載電流的大小自動在PWM和PFM模式之間切換，以節省功耗。在雙電源系統中，核心電壓必須先于I/O電壓上電，后于I/O電壓斷電，這里利用TPS62000的PG信號作為TPS62007的EN信號來實現。

2．3 系統的工作模式及接口設計

由于VC5509不具備異步串口，因此利用并/串轉換芯片TL16C750將其并口擴展為異步串口對外接口。

對整個系統而言，選擇工作在較低電壓下的低功耗芯片可以降低系統功耗；同時，設置適合的工作方式也可以降低系統功耗。對系統中大多數芯片而言，都帶有關斷控制或者自動工作模式切換功能，因此不需人為干預，系統的功耗最終很大程度上落在DSP上。在不影響系統工作性能的前提下，適當降低DSP工作主頻可以降低系統功耗。

利用以上方案搭建的VC5509低功耗高速采集系統，在保證達到50kHz對四通道數據進行同步采集的要求下，適當降低DSP工作主頻可以降低系統功耗，滿足實際要求，并且已經得到驗證。