基于DSP與串行A/D組成的高速并行數據采集系統方案

系統硬件設計

在分析了C5402多通道緩沖串口和串行A/D轉換器TLV1572工作特點后，可以利用TLV1572工作在DSP模式，使其與C5402進行接口，在同步時鐘信號的作用下完成A/D轉換的數據傳輸。圖3為整個數據采集系統的硬件原理圖，本系統根據C5402的多通道緩沖串口特性，充分利用兩個緩沖串口與兩片串行A/D TLV1572進行數據傳輸。

為了達到與C5402很好匹配，A/D電源和參考電壓都接了3.3V。A/D的FS接DSP的FSX和FSR，使數據輸入的幀同步信號由DSP產生。SCLK接DSP的CLKX和CLKR，這樣數據的輸入和輸出時鐘均來自DSP。C5402與兩片A/D進行數據傳輸時，設置串口中斷工作在00模式，即串口數據到達觸發中斷，這樣CPU可以根據哪片A/D傳輸數據產生相應的串口中斷RINT0或RINT1。當兩個串口的數據同時到達，即同時申請中斷時，C5402的CPU會根據中斷優先級響應RINT0中斷，然后再響應中斷RINT1。為了保證數據通信的可靠性，避免數據沖突，在響應RINT1中斷的過程中，串口0無中斷請求。

C5402芯片內配置有4K×16bit片內屏蔽式的ROM(F000-FFFF)。在4K ROM資源里包含了Bootloader程序，它允許程序放在外部較慢的存儲器或微處理器中，并調到高速的DRAM存儲器中運行，大大減小了C5402內部掩膜的需要，降低了電路設計成本。系統獨立工作的內部邏輯由CPLD來完成，如圖4所示。

C5402上電復位裝載時，由于Bootloader程序在初始化時設置XF為高電平，在系統進入并行引導裝載模式后，C5402從數據尋址為0FFFFh單元(A15=1，選中Flash)中讀取將要載入的程序存儲區首地址，和并行轉載數據流。此時，C5402可以將AT29LV1024 Flash地址08000h～0FFFFh單元中的數據讀到C5402對應于0000h～7FFFh尋址區的片內DARAM和片外SRAM IS61LV6164中。

Bootloader程序結束后，在這個系統中，用戶程序的第一條語句為RSBX XF，即置XF引腳為低電平，Flash始終不選通。這樣，SRAM的高32K區域(08000h～0FFFFh)被釋放出來，可以作為DSP系統運行時的數據區或程序區使用。

系統軟件設計

系統的軟件設計主要包括多通道緩沖串口的初始化、串口中斷服務程序和并行裝載程序設計等。

● 程序設計應注意的問題

(1)McBSP工作在數據接收中斷方式，因此全局中斷和串口中斷的相應位應該合理設置。同時，在設置中斷向量表時，使中斷向量表的位置與處理器模式狀態寄存器PMST中的中斷向量指針IPTR相對應，使IPTR的9位地址指向128字的中斷向量所在的程序頁,同時，中斷向量表要嚴格按照C5402規定的格式編寫，否則不能正確地產生需要的中斷結果。

(2)要實現DSP數據采集系統的脫機獨立運行，需要給每臺DSP配備獨立的程序存儲器，在整個系統上電或者復位時，由引導裝載程序將存于片外的程序代碼裝載到片內DARAM或者系統的擴展存儲器中，然后運行程序來完成對McBSP進行設置和其他程序。

(3)為了實現兩路A/D和C5402之間的時序匹配，避免數據沖突，需要注意C5402采樣率發生寄存器SRGR1中CLKGDV位的設置，使C5402工作時鐘周期大于兩個串口中斷的響應時間。

若TLV1572以400KSPS轉換速率來計算，每片A/D應該是每2.5μs向DSP發送一次數據，申請中斷，CPU響應中斷來接收數據。DSP工作在100MHz時，時鐘周期為10ns,因此每個緩沖串口中斷服務程序中可以執行一個少于125個時鐘周期的程序而不影響串口的接收，若串口中斷程序的時間不夠用，還可以適當降低A/D轉換速率，為串口中斷提供更長的中斷服務時間。

● 串口接收的部分初始化程序

下面根據多通道緩沖串口的特性和兩路串行A/D工作的要求，主要介紹一下串口接收的軟件設計和串口部分關鍵設置。

；＝＝＝＝＝初始化串口0＝＝＝＝＝
stm #0, SPSA0
stm #0000h, SPSD0 ; #0000H寫入SPCR10
stm #1, SPSA0
stm #0000h, SPSD0 ; #0000H寫入SPCR20
stm #2, SPSA0
stm #0040h, SPSD0 ; #0040H寫入RCRC10，每字16位
stm #3, SPSA0
stm #0040h, SPSD0 ; #0040H寫入RCR20，每幀一段，每段一字
stm #6, SPSA0
stm #000fh, SPSD0 ; #0009H寫入SRGR10，時鐘周期CLKG=6.4MHz
stm #7, SPSA0
stm #300fh, SPSD0 ; #3010H寫入SRGR20，幀周期為16個CLKG
stm #0eh,SPSA0
stm #0a04h, SPSD0 ; #0A04H寫入PCR0，FSX, CLKX輸出，FSR,CLKR輸入
；＝＝＝＝＝初始化串口1＝＝＝＝＝

串口1的初始化程序參見串口0

；＝＝＝＝＝啟動接收＝＝＝＝＝＝＝
stm #0,SPSA0
stm #0001h, SPSD0 ；啟動串口0接收
stm #1,SPSA0
stm #00c0h, SPSD0 ；內部產生時鐘產生FSG
stm #0,SPSA1
stm #0001h, SPSD1 ；啟動串口1接收
stm #1,SPSA1
stm #00c0h, SPSD1 ；內部產生時鐘產生FSG
;＝＝串口0接收中斷子程序＝＝＝
.sect brint0
host_brint0:
rsbx intm ；關中斷
ldm drr0,A
stl A,*ar4+ ； 接收
……
其他處理程序
rete

結束語

本文介紹了兩片串行A/D與C5402組成的數據采集系統，該系統硬件連接簡單，A/D的采樣率可以通過串口時鐘靈活設置，通用性強。該數據采集系統已經成功應用到實驗室的信號處理系統中，顯示出設計靈活、高速、可靠等優點。