基于TMS320LF2407的8路高速A/D并行采集系统

　　摘要：本文使用当前普遍采用的TMS320LF2407 DSP作为CPU，对其进行了8路并行A/D扩展。并对所选用A/D器件MAX155的性能和工作原理进行了介绍，，还给出了该系统硬件结构框图和相应的DSP软件控制程序。

　　关键词：DSP；串行A/D；并行高速A/D

      1 引言

      在计算机检测系统中，由模拟信号到数字信号的转换，是由数据采集系统来完成的。数据采集系统（Data Acquisition System，简称DAS）它是外部被测模拟信号进入测量系统的前置通道，有时也称预处理系统,是对输入的模拟信号进行长时间的数字化测量，从而获得大量数据以便进一步分析与处理的电路。在数据采集系统中，A/D转换器是一个非常重要的环节，它直接关系到测量的、分辨力、转换速度。

      本文采用美国TI公司生产的TMS320C2000系列的TMS320LF2407控制器作为控制芯片，TMS320C2000系列是TI公司继第二代定点DSP处理器和第三代定点DSPTMS320C5X之后出现的一种底价格、高性能的定点DSP芯片。TMS320LF2407器件内部集成了一个10位的模数转换器ADC。该模块能够对16个模拟输入信号进行采样/保持和A/D转换。但实际的测试需求是千变万化的，利用DSP现有的A/D模块往往不能解决所有问题。本文在TMS320LF2407现有功能模块的基础上，采用了美国MAXIM公司生产的8路高速并行A/D芯片，对其A/D转换功能进行了进一步的扩展，从而在实际的测试环境中能够更好的适应各种层次的测试需求。

      2  8路高速并行A/D采样MAX155芯片

      MAX155芯片是一种高速多通道模数转换器，它具有并行采样/保持（T/H）功能，从而可消除输入通道采样的时间差。MAX155有8路模拟输入通道，每一路通道都有它的采样/保持模块（T/H），各路采样保持模块同步采样。每路通道A/D转换时间为3.6us,结果保存在内部的8×8RAM寄存器中。MAX155还可以提供一路2.5V的参考输出电压。也可以对MAX155编程使其进入低功耗模式。

      当采用＋5V供电电压单独供电时，MAX155可以输入单极性或者双极性单终端或者差分输入信号。对于需要更大动态范围或者电平在地电平上下变动的输入信号，MAX155的VSS供电电源输入端应该接－5V。

      向WR引脚输出一个负脉冲可启动转换，通过向RD引脚发送负脉冲可以读取保存在RAM里的转换结果，数据的输入和输出可通过MAX155的双向数据口来实现，也可以通过硬件连接的方式使芯片仅工作在输出方式。

      2.1   系统的硬件构架

　　系统硬件组成电路中，8路模拟信号输入MAX155的模拟输入端口AIN0~AIN7，可以通过对MAX155编程来决定同时采样哪几路信号，也可以通过编程配置为差分双极性、差分单极性、单终端双极性及单终端单极性等典型输入方式。在这里对MAX155芯片的配置是通过DSP向MAX155数据端口写入数据来实现。由于2407的数据线有16位，而MAX155仅有8位数据线，故选用2407的低8位数据线作为数据输出线。转换结束后，A/D转换的结果保存在芯片内部的一个8×8位的RAM中，通过向MAX155的RD管脚发送负脉冲，DSP控制器可依次读取保存在RAM中的转换结果。图中CS为MAX155片选信号，由DSP的地址输出引脚信号A0和外部空间选通引脚信号IS共同决定。另外，MAX155还需外接一路频率为5M的时钟输入信号，这可以由DSP的CLKOUT端提供。采样数据读入到DSP后，可以通过DSP内部集成的SCI（串行通信接口）模块，通过串口将数据发送到上位机。上位机一般采用PC机，这样，利用PC机强大的功能，可以对输入数据进行各种处理如保存、显示、打印或者计算等等，也可以利用计算输出的结果进一步对外围设备进行控制。

      2.2系统的软件组成

      MAX155为可编程A/D转换芯片，在实现A/D转换前必须对其进行配置，其配置寄存器各位的定义如表一所示：

　　MAX155典型的工作过程如下：

      ⑴通过向配置寄存器输入数据对各通道进行转换前配置，配置方法可参看表一。

      ⑵向MAX155芯片发送WR脉冲，启动所有已配置通道进行采样（此时应置INH＝0），转换开始时，Busy线电平变低，转换结果保存在RAM中，当Busy线走高时转换结束，转换结果保存在RAM中。     

      ⑶置INH位为1，2407发送的每一个读脉冲将从RAM中读取一路转换结果。当循环读取所有的转换结果后，下一个读信号将又从配置通道开始读取。

      ⑷要使用先前的配置启动一个新的转换，可重复2和3步。

      在本系统中，我们对各通道的配置情况为：

      通道（1、0）： 差分，双极性；

      通道2     ： 单终端，单极性；

      通道3     ： 单终端，双极性；

      通道4     ： 单终端，双极性；

      通道5     ： 单终端，单极性；

      通道（6、7）： 差分，双极性。

      相应的配置程序如下：

      *SCSR1=0X0EFE;

      WSGR=0X0040；

      outport(0X01,0X71);

      outport(0X01,0X12);

      outport(0X01,0X33);

      outport(0X01,0X34);

      outport(0X01,0X15);

      outport(0X01,0X56);

      outport(0X01,0X67);

      值得注意的是，一条语句置INH为0，启动8路进行并行A/D转换。转换结束后，通过RD信号可依次读取转换结果，相应的程序如下：

      inport(0x01,&INDATA[0]);

      inport(0X01,&INDATA[1]);

      inport(0X01,&INDATA[2]);

      inport(0x01,&INDATA[3]);

      inport(0X01,&INDATA[4]);

      inport(0X01,&INDATA[5]);

      这里，转换结果保存在INDATA[0]到INDATA[5]的变量中。通过串口，可将INDATA[0]到INDATA[5]中保存的数据发送到上位机进行进一步的处理。

      3 结束语

      本文采用的MAX155芯片，具有采样速度快，功耗低，通过编程可工作于多种工作模式和电源管理模式等特点，使其应用变得很方便。该文讨论了应用MAX155芯片对TMS320LF2407的A/D采样功能进行了扩展，使其既能进行串行A/D采样，也可以满足多路并行A/D采样的需要，从而在很大程度上扩展了其应用范围。实验结果显示，本系统硬、软件构架合理，系统运行良好。

  

参考文献:

[1]. MAX155 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/MAX155_719899.html.
[2]. TMS320LF2407 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/TMS320LF2407_309787.html.
[3]. MAXIM datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/MAXIM_1062568.html.