VC5402芯片AD和DA转换接口的设计DOC.docx

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VC5402芯片AD和DA转换接口的设计DOC

摘要

DSP是一种适合于实时数字信号处理的微处理器，主要用于实时快速地实现各种数字信号的处理算法。

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。

TMS320VC5402是TI公司生产的一种性能价格比较高的16位定点DSP。

它的指令周期为10ns，具有运算速度快、通用性强、接口连接方便等特点，尤其适合在语音编码和通信中应用。

TLC320AD50C是TI公司生产的Σ－Δ型A/D、D/A音频接口芯片，为V3.4调制解调器以及音频应用提供了通用的模拟接口，可以直接与TMS320VC5402相连。

本文介绍TMS320C54X与 - 型A/D、D/A转换芯片TLC320AD50C的工作原理、硬件接口以及软件设计。

关键词：

DSPTMS320VC5402TLC320AD50C接口芯片

摘要I

1设计概述1

2芯片介绍2

2.1TMS320VC5402简介2

2.2TMS320VC5402串口简介3

2.3TLC320AD50C概述3

2.4TLC320AD50C特点4

2.5TLC320AD50C引脚及功能框图介绍6

3系统硬件设计8

3.1整体系统框图设计9

3.2电源模块和复位模块9

3.3时钟电路模块11

3.4TMS320VC5402的存储空间扩展11

3.5TLC320AD590C与TMS320VC5402接口电路12

4系统软件设计13

4.1AD50的控制时序15

4.2程序流程图17

4.3部分程序代码17

5心得体会19

参考文献21

1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

2芯片介绍

2.1TMS320VC5402简介

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。

TMS320VC5402有两个McBSP多通道缓存串行口。

图2-1TMS320VC5402引脚图

2.2TMS320VC5402串口简介

McBSP提供了全双工的通信机制，以及双缓存的发送寄存器和三缓存的接收寄存器，允许连续的数据流传输，数据长度可以为8、12、16、20、24、32；同时还提供了A－律和μ－律压扩，多达128个通道的发送和接收。

McBSP串口由数据通道和控制通道组成，它通过7个管脚与外部设备相连，数据发送通过DX，数据接收通过DR，串行口的控制信息从CLKX、CLKR、FSX和FSR获得。

CLKS为外部时钟源。

CPU和DMA控制器通过内部外设总线对McBSP进行访问，从数据接收寄存器DRR[1，2]中读取数据，往数据发送寄存器DXR[1，2]写数据，数据从DR引脚进入DSP，首先存放在接收移位寄存器RSR[1，2]中，当一个完整的字接收完毕后，结果被复制到接收缓冲寄存器RBR[1，2]，最后再由RBR[1，2]复制到DRR[1，2]中，供CPU或DMA控制器访问。

写操作与读取相仿，从结构上来看，发送和接收部分是相对独立的，所以可以实现全双工通信。

McBSP的控制设置通过一对寄存器读写来完成，这些控制寄存器控制的工作模式或指示串口的状态信息。

访问某个指定的寄存器时，首先要将相应的控制寄存器的子地址写入子地址控制器SPSA，SPSA驱动复接器，使之与数据控制寄存器SPSD相连。

接入相应子地址寄存器所在的实际物理存储位置，当向SPSD写入数据时，数据送入前面子地址寄存器所指定的内嵌数据存储器，当从SPSD读取数时，也接入所制定的内嵌数据存储器。

2.3TLC320AD50C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℃。

2.4TLC320AD50C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）

●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

以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DIN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。

2.5TLC320AD50C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2-2和2-3所示。

图2-2DW封装的TLC320AD50C的引脚排列图

图2-3PT封装的TLC320AD50C的引脚排列图

TLC320AD50C的功能方框如图2-4所示。

图2-4TLC320AD50C功能框图

3系统硬件设计

3.1整体系统框图设计

DSP作为主设备，AD50为从设备的连接图如下图所示。

图中AD50的时钟信号由5402的定时器0输出提供，时钟频率可以通过修改定时器0的设置而改变。

AD50的FC引脚连接到C5402的XF引脚，用于控制第二次串行通信。

AD50的DIN和DOUT分别连接C5402的缓冲串口0的DX0和DR0引脚。

AD50的SCLK连接C5402的CLKR0,帧同步信号FS连接C5402缓冲串口的FRX0。

图3-1系统总体框图

3.2电源模块和复位模块

TMS320C5402芯片的电源电压有3.3V和1.8V两种，其中3.3V电压供I/O接口用，1.8V电源主要供期间内部使用。

电源的产生一般由5V电源电压产生3.3V、1.8V，产生电源的芯片很多，如Maxim公司的MAX604和,MAX748，TI公司的TPS72x和TPS73x系列，这些芯片又分为线性和开关两种，在设计时应根据实际的需要，如果系统对功耗要求不是很高的情况下，可以使用线性稳压器。

复位电路一般有两种，一种是RC复位电路，另一种是采用集成自动监控复位芯片电路。

RC复位电路成本低，在一般情况下能够保证系统的正常复位，但其功耗大，可靠性差，当电源出现瞬态降落时，由于RC的相应速较慢，无法产生符合要求的复位脉冲，另外电阻和电容受环境温度的影响大，给设计也带来一些麻烦，所以我们采用性能全、价格低、可靠性高的集成自动监控复位芯片复位电路。

图3-2电源电路和复位电路

3.3时钟电路模块

一般TMS320C54x芯片的时钟电路有两种。

一种是利用芯片内部的振荡器电路与X1、X2/CLK引脚之间连接的一个晶体和两个电容组成并联谐振电路，如图3-3，它可以产生与外加晶体同频率的时钟信号。

电容一般在0~30pf之间选择，它们可以对时钟频率起到微调的作用。

另一种方法是采用封装好的晶体振荡器，将外部时钟源直接输入X2/CLK引脚，而将X1引脚悬空，如图3-3由于这种方法简单，一般系统设计都采用这种方案。

晶振我们一般采用20M晶振。

图3-3 时钟电路

3.4TMS320VC5402的存储空间扩展

TMS320VC5402的程序存储空间扩展RAM选用IS61LV6416，程序存储空间扩展FLASH选用AT29LV1024，数据存储空间扩展RAM选用IS61LV6416。

考虑到上电及复位时，引导的执行以及用户程序要存放到读取速度较快的外部程存RAM中，所以要设计程存空间和数存空间在转换的逻辑电路，即用DSP的XF外部标志输出引脚和非门74HC32来实现引导期间数据总线、地址总线在程存空间和数存空间的切换，具体电路如图3-4所示。

图3-4存储空间扩展电路

3.5TLC320AD590C与TMS320VC5402接口电路

DSP作为主设备，TLC320AD590C为从设备的连接图如下图所示。

图中AD50的时钟信号由5402的定时器0输出提供，时钟频率可以通过修改定时器0的设置而改变。

AD50的FC引脚连接到C5402的XF引脚，用于控制第二次串行通信。

AD50的DIN和DOUT分别连接C5402的缓冲串口0的DX0和DR0引脚。

AD50的SCLK连接C5402的CLKR0,帧同步信号FS连接C5402缓冲串口的FRX0。

图3-5TLC320AD590C与TMS320VC5402接口电路

4系统软件设计

一旦完成了正确的硬件连接，接下来就可以进行软件编程调试了。

要完成的工作包括：

（1）TMS320VC5402串口的初始化。

首先将DSP串口1复位，再对串口1的16个寄存器进行编程，使DSP串口工作在以下状态：

以SPI模式运行，每帧一段，每段一个字，每字16位，采样率发生器由DSP内部产生，帧同步脉冲低电平有效，并且帧同步信号和移位时钟信号由外部产生。

DSP给AD50C编程用查询方式，接收A/D转换的D信号和发送D/A转换的D信号用DMA方式。

（2）AD50初始化。

该初始化操作过程包括通过TMS320VC5402的同步串口发送两串16位数字信息到AD50。

第一串为0000000000000001B，最低有效位（bits0）说明下一个要传输的数据字属于二次通信。

第二个数据值用来对AD50的4个数据寄存器的某一个进行配置。

Bits15～11位为0，Bits10～8位为所选寄存器地址值，Bits7～0位为所选中寄存器的编程值。

4个用户可编程寄存器的描述如下：

R1中包含模拟输入通道选择，硬件、软件编程方式选择；R2进行单机、从机工作和电话模式（电话模式内容请参阅参考文献[3]）选择；R3控制带从机个数选择；R4用来设置模拟信号可编程放大增益和A/D、D/A转换频率。

其它两个寄存器R5、R6是厂家留着测试用的，用户不可以对其编程。

我们在以下例程中对4个可编程寄存器编程，使AD50C工作在以下状态：

选择INP/INM为工作模拟输入，15+1位ADC和15+1位DAC模式，不带从机，采样频率为10.67KHz，模拟信号输入和输出放大增益均为0dB。

（3）用户代码的编写。

完成音频信号采集与回放代码的编制。

本设计给AD50编程用查询方式，接收A/D转换的D信号和发送D/A转换的D信号用DMA方式。

4.1AD50的控制时序

AD50C的ADC通道主通信时序图如图4-1所示。

图4-1ADC通道主通信时序图

AD50C的ADC通道主通信和次通信时序图如图4-2所示。

图4-2ADC通道主通信和次通信时序图

AD50C的DAC信号通道主通信和次通信时序图如图4-3所示。

图4-3DAC信号通道主通信和次通信时序图

控制寄存器1位功能表如图4-4所示。

另外还有控制寄存器2、3、4的功能表，此处不再一一叙述，他们的映象表如图4-5所示。

图4-5控制寄存器的映象表

4.2程序流程图

DSP串行口1初始化

DSP中断控制设置

复位AD50C

给寄存器2编程

开始接受A/D转化数据

给寄存器4编程

给寄存器3编程

给寄存器1编程

开始

结束

图4-6系统程序流程图

4.3部分程序代码

为了实现DSP与串口AD和DA转换的正常通信，首先要进行初始化DSP的串行口，在进行TLC320AD590C的初始化控制字，最后最后才可能实现正常通信。

程序如下 

; -------McBSP 串行口初始化--------- 

STM #SRGR11_SUBADDR,SPSA1 

STM #0000H,SPSD1 

STM #SRGR21_SUBADDR,SPSA1 

STM #0000H,SPSD1 

STM #SPCR00_SUBADDR,SPSA1  复位串行端口 

STM #SPCR21_SUBADDR ,SPSA1 

STM #RCR11_SUBADDR,SPSA1  接收控制寄存器2配置 

STM #0040H,SPSD1  接收帧长度为16位 

STM #RCR21_SUBADDR,SPSA1;接收控制寄存器2子地址 

STM #0040H,SPSD1  接收帧长度为16位 

STM #XCR11_SUBADDR,SPSA1;接收控制寄存器1子地址

 STM #0040H,SPSD1  接收帧长度为16位 

STM #XCR21_SUBADDR,SPSA1;接收控制寄存器2子地址

 STM #0040H,SPSD1  接收帧长度为16位 ;

-------TLC320AD50C初始化-------- 

STM #CONTRAL_RECEIWE,AR3 

STM #CONTRAL_WORD,AR5

LD #0,DP 

LD #15,A 

SSBX INTM 

STM #K_BXINT1,IMR;打开K_BRINT0和K_BXINT0中断

 STM #（-K_BXINT1）,IFR 清除标志 

RSBX INTM INTM=0,打开所有中断 

RPT #512 NOP 

AD_DA:

  LD *AR5,B 

MVDD *AR5+,*AR3+ 发送数据 

NOP 

NOP 

STLM B,DXR11 

IDLE 1  等待串口中断 

NOP

 SUB #1,A 

BC AD_DA,ANEQ   判断控制字是否发送完 

NOP 

NOP 

SSBX INTM   控制字发送完后关闭所有中断

 STM #0X0000,IMR

 STM #0XFFFF,IFR

5心得体会

通过这次课程设计，我认识到了知识和实践的重要性，对dsp数字信号处理的知识又有了深刻的理解，在之前DSP的学习以及完成课后的作业的过程中，对其有了一些基础的了解和认识。

通过这次练习是我进一步了解了DSP信息处理的方法和它的系统构建。

以及其应用软件的基本命令和一些基础编程语言。

让我感受到只有在了解课本知识的前提下，才能更好的应用这个工具；并且熟练的应用ccs5000也可以很好的加深我对课程的理解，方便我的思维。

这次设计使我了解了提高了分析和动手实践能力。

同时我相信，进一步加强对DSP的学习与研究对我今后的学习将会起到很大的帮助。

只有牢固掌握了所学的理论知识，才能有清晰的思路，知道每一步该怎样走，才能顺利的解决每一个问题。

但在实际应用中还要更深入思考。

通过查阅书籍和上网搜索资料，我发现所说的基本上都是一样的，只有通过自己的实际操练，上机编程来验证，才能发现问题的所在，从而真正掌握知识技能。

两周的课程设计虽然结束了，但是在这期间所学的知识和老师的指导让我受益匪浅。

参考文献

[1] 支长义等.DSP原理及开发应用.北京：

北京航空航天大学出版社，2006. 

[2] 苏涛等.DSP实用技术.西安：

西安电子科技大学出版社，2002. 

[3] 刘益成.TMS320C54xDSP应用程序设计与开发.北京：

北京航空航天大学出版社，2002. 

[4] 赵红怡.DSP技术与应用实例（第二版）.北京：

电子工业出版社，2008. 

[5] Rulph Chassaing.DSP Applications Using C and the TMS320C6x DSK.王华、张建.北京：

电子工业出版社，2005. 

[6] 张雄伟等.DSP芯片的原理与开发应用.北京：

电子工业出版社，2000. 

[7] 张雄伟等. DSP芯片的原理与开发应用[M].第3版.北京：

电子工业出版社，2003.