基于TLV1578和TMS320VC5402的数据采集系统设计

摘要：在工业控制中，为了对数据进行实时处理，要求数据采集系统具有较高的速度和精度。在此设计了基于TMS320VC5402的快速数据采集系统，并详细介绍一种A／D接口设计方案。通过对目标信号进行采集，结果表明该系统具有易实现，高精度，高稳定性等特点。提供了系统设计的结构框图及实用的A／D接口原理图，叙述了系统软件的设计与实现过程，包括TLV1578的初始化和中断服务子程序等。最后从工程实践的角度给出了印刷电路板设计中需要注意的问题和相应的解决方案。
关键词：数据采集；TMS320VC5402；TLV1578；A／D

0 引言
    在工业控制中，经常需要将各种数据采集到计算机进行实时处理，这就要求数据采集系统速度快，精度高，并且具有数字信号处理能力。在此讨论了一种基于TMS320VC5402的快速数据采集系统，并详细介绍了该系统的A／D接口设计及软件实现。

1 系统硬件设计
1．1 系统整体结构设计
    该设计的数据采集系统的CPU为TMS320VC5402。该芯片是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4 KB的片内ROM和16 KB的双存取RAM，1个HPI(Host Port Interface)接口，2个多通道缓冲单口MCBSP(Multi-Channel Buffer ed Serial Port)，单周期指令执行时间10 ns，双电源(1．8 V和3．3 V)供电，带有符合IEEE 1149．1标准的JTAG边界扫描仿真逻辑。

    系统的结构框图如图1所示。系统由基于TMS320VC5402的最小系统、JTAG接口电路、FLASH存储器、模／数转换电路和信号调理电路构成。DSP最小系统中包括供电电路、复位电路和时钟电路。供电电路中，将AMS1117-3．3电源转换芯片作为5 V转3．3 V的高性能稳压芯片，为系统提供稳定可靠的主电源3．3 V。CX1117-1．8电源转换芯片提供1．8 V电压给DSP内核使用。复位电路使用高电平复位，并提供手工复位按键。时钟电路采用DSP内部振荡器方式，选用20 MHz的外部晶振。JTAG接口电路提供对DSP的内部FLASH的烧写和仿真通信。FLASH主要用来存储程序及初始化数据。A／D转换模块实现模拟信号到数字信号的转换。
    信号调理电路包括前置放大滤波电路、第二级放大电路和信号预处理电路。其中信号预处理电路使输入的信号保持在A／D可接受的模拟输入电压范围。TMS320VC5402通过编程实现对A／D等模块的初始化和实时控制。
1．2 A／D模块设计
    系统采用的ADC芯片是TLV1578。TLV1578是TI公司专门为DSP芯片配套制作的一种8通道10位并行A／D转换器。它将8通道输入多路选择器
(MUX)、高速10位ADC和并行接口组合在一起，构成10位数据采集系统。器件包含两个片内控制器(CR0和CR1)，通过双向并行端口可以控制通道选择、软件启动转换和掉电。TLV1578采用2．7～5．5 V的单电源工作，可接收0～AVDD范围的模拟输入电压，具有速度高、并行接口简单和功耗低等特性。由于TLV1578具有与DSP兼容的并行接口、内置振荡器等特点，因此使用TLV1578时，不需要过多的外围器件就可以方便地实现与5402连接。图2给出了TLV1578与TMS320VC5402的连接示意图。

    DSP地址总线的A0引脚和I／O空间选择引脚控制TLV1578的片选信号；使用DSP的XF引脚控制TLV1578的读信号；DSP和TLV1578的数据中断信号直接相连。

2 系统的软件设计
2．1 程序流程
    该系统对TLV1578的设置方式为：单通道输入、软件启动、采用内部时钟源、时钟设置为20 MHz、二进制输出方式。系统程序流程图如图3所示。

    TLV1578的调试步骤如下：
    (1)DSP选通TLV1578(使)，通过DSP的信号和数据总线初始化控制寄存器CR0和CR1。
    (2)TLV1578完成转换后，发出中断请求。
    (3)当产生下降时，DSP接收TLV1578的中断信号进入中断服务程序。
    (4)DSP在中断服务程序中读入转换数据，同时使，发出读入完成信号，通知TLV1578开始下一次采样。
2．2 部分关键代码
    部分关键代码为：
   

3 实验结果
    现场采集一目标信号e(t)，在CCS下观察采集到的信号波形如图4所示(横轴表示采样点，纵轴表示采样电平幅度)。实验结果表明，该系统成本低，易于实现，可靠性高，已将其应用用于电磁传感器的信号检测，取得了较好的效果。实验同时表明，ADC的转换结果与实际的输入信号值有一定的误差。如何通过设计A／D校正电路和A／D校正算法提高系统的精度，值得进一步探讨。

4 结语
    系统设计时，为了限制反馈到电源和基准电压的高频瞬变和随机噪声，要注意印制电路板的设计。一般情况下，0．1μF的瓷片电容足以在宽频带范围内保持低阻抗。但它们的有效性很大程度上取决于与各电源引脚的靠近程度，所以电容需要尽可能地放置在靠近电源引脚的地方。为了减小高频噪声耦合，数字地和模拟地应在芯片引脚处立即短路。