TMS320F28335与串行A／D转换器ADS7863的接口设计

摘要：为了实现DSP芯片与串行A／D芯片的多信号通信，设计了TMS320F28335的多通道缓冲串口(McBSP)与串行A／D转换器ADS7863的硬件与软件接口。该设计中A／D转换器与McBSP串口直接相连，不需要占用并行数据总线，避免了总线冲突。通过在CCS环境下鳊程、调试，得到了满意的实验结果，验证了该接口设计的正确性。
关键词：TMS320F28335；A／D转换器；ADS7863；多通道缓冲串口

0 引言
    近年来，DSP技术发展迅速，越来越多的工程技术人员开始采用DSP进行系统设计。TI公司的TMS320F28335具有运算速度快、功耗小和性价比高的特点，在个人通信、信号与信息处理及自动控制等领域得到了广泛应用。该芯片配备了两个多通道缓冲串口(Multi-channel Buff-ered Serial Port，McBSP)，为设计串行模数接口提供了极大的便利。它与串行A／D转换器构成的信号采集与处理系统具有硬件设计简单、可靠性好的特点。本文将阐述TMS320F28335与ADS7863的接口设计。

1 TMS320F28335 McBSP
1．1 TMS320F28335 McBSP的特点
    TMS320F28335是一款高性能、多功能、高性价比32位浮点DSP。该器件最高可在150 MHz主频下工作，片上集成丰富的外设，其中包括两个多通道缓冲串口(McBSP)。McBSP是一种同步串行接口，除具有一般DSP串口功能之外，还可以支持T1／E1，ST-BUS，SPI等不同标准。它的主要特点如下：全双工串行通信；允许独立数据流的双倍发送缓冲和三倍接收缓冲数据存储器；独立的接收、发送帧和时钟信号；发送和接收通道数最多可达128路；多通道选择模式，允许或阻止每个通道的传输；两个16级，32位的FIFO代替DMA；可直接与工业标准的编码器、模拟界面芯片(AICs)、其他串行A／D，D／A器件连接；支持时钟信号和帧同步信号的外部生成；用来内部生成和控制帧同步信号的可编程采样率发生器；可编程的内部时钟和帧同步信号生成；可编程的帧同步和数据时钟极性；可选的数据宽度：8 b，12 b，16 b，20 b，24 b或32 b；比特数据传输时可选择高位或低位在先；用于数据压缩的μ律和A律压缩扩展。
1．2 TMS320F28335 McBSP的工作过程
    TMS320F28335的McBSP包括7个引脚，分别是串行数据发送信号DX，串行数据接收信号DR，发送时钟信号CLKX，接收时钟信号CLKR，发送帧同步信号FSX、接收帧同步信号FSR和外部输入时钟信号CLKS。McBSP通过这7个管脚为外部设备提供了数据通道和控制通道。
    McBSP通过DX和DR实现DSP与外部设备的通信和数据交换。其中，DX完成数据发送，DR完成数据接收。控制信息通过CLKX，CLKR，FSX和FSR以时钟和帧同步的形式进行通信。由于McBSP内有一个可编程的采样和帧同步时钟发生器，所以这些时钟和帧同步信号既可以由内部产生，也可以由外部输入。
    McBSP发送数据的过程如下：首先将要发送的数据写入数据发送寄存器DXR[1，2]，如果发送移位寄存器XSR[1，2]中没有数据，则DXR[1，2]中的值先复制到XSR[1，2]，再由XSR[1，2]将数据移到DX上发送；如果XSR[1，2]不为空，则等待将XSR[1，2]中的数据全部移出到DX脚发送后才将DXR[1，2]中的值复制到XSR[1，2]，再由DX脚将数据发送出去。
    McBSP接收数据的过程如下：DR脚上接收的数据首先移入接收移位寄存器RSR[1，2]，一旦收到一个字(可以是8 b，12 b，16 b，24 b或32 b)，检查接收缓冲寄存器RBR[1，2]是否为空，如果为空，则将RSR[1，2]中的数据复制到RBR[1，2]，接着，数据被复制到数据接收寄存器DRR[1，2]，CPU通过读取DRR[1，2]中的数据完成数据接收。需要注意的是，DRR2，RBR2，RSR2，DXR2和XSR2寄存器只有当接收或发送的字
长超过16 b(20 b，24 b和32 b)时，才会用上。
    0位数据延迟时，McBSP串口接收和发送数据的时序图如图1所示。

2 ADS7863
2．1 ADS7863芯片的特点
    ADS7863是一个双路、2 MSPS、12位、3+3或2+2通道、同步采样模／数SAR转换器。ADS7863具有如下特点：四路全差分或六路伪差分输入；SNR：71 dB，THD：-81 dB；可编程的和缓冲的内部2．5 V参考电压；灵活的省电功能；可变的电源范围：2．7～5．5 V；低功率操作：5 V时45 mW；工作温度范围：-40～+125℃；引脚与ADS7861，ADS8361兼容。
2．2 ADS7863芯片的工作原理
    ADS7863的引脚图如图2所示。

2．2．1 ADS7863的主要引脚定义
    ADS7863的主要引脚定义如下：CHxy+：同相模拟输入通道xy+(x代表A或B，y代表0或1，eg：A1+)；CHxy-：反相模拟输入通道xy～(x代表A或B，y代表0或1，eg：A1-)；M1：模式引脚1，选择SDOx数字输出，x代表A或B；M0：模拟引脚0，选择模拟输入通道；SDI：串行数据输入，这个管脚允许使用ADS7863的增加功能，并且这些功能可以用在ADS7861的兼容模式上；CONVST：转换开始，不管CLOCK的状态，在CONVST的上升沿ADC从采样模式进入保持模式，转换本身在CLOCK的下一个上升沿开始；RD：读数据，SDOx输出与SDI输入的同步脉冲，RD只在

为低时触发；

：芯片选择，当置低时，SDOx输出有效，当置高时，SDOx输出3态。CLOCK：外部时钟输入；BUSY：ADC忙碌指示符，当进入保持模式时，BUSY变成高电平，转换结束后，BUSY变成低电平；SDOB：转换器B的串行数据输出，在CLOCK的下降沿数据是有效的；SDOA：转换器A的串行数据输出，当M1为高时，SDOA与SDOB都是有效的，数据在CLOCK的下降沿是有效的。
2．2．2 ADS7863的工作原理
    ADS7863的工作模式根据M0，M1的不同配置分为四种，如表1所示。本文主要介绍ADS7863的M0=0，M1=1模式时的工作原理。当M0=0、M1= 1时，ADS7863工作在人为通道控制模式，数据只在SDOA脚输出，SDOB脚置为3态。SDI选择不同的模拟输入通道。当CONVST置高时，一个转换被触发。ADS7863需要32个CLOCK周期从两个模／数转换器ADCs输出转换结果，需要1．0μs完成一个完整的CONVERSION／READ周期。如果CONV-ST信号每0．5μs被触发一次(RD信号的需要)，那么每第二个脉冲被忽略。在CONVST的上升沿，不管CLOCK的状态，ADC从采样模式进入保持模式。经过一些延迟，BUSY信号变成高电平，并且在转换周期内保持高电平。在第二个时钟的下降沿，根据SDI寄存器的C[1：0]两位的状态，ADS7863选择使用下一个转换周期的模拟输入通道。CS必须置为低电平以使能SDOA输出。在每个转换的每32个CLOCK周期的下降沿，数据是有效的。输出数据由一个‘0’，紧接一个ADC指示符(CHAx为‘0’，CHBx为‘1’)，12位转换结果，和一个‘00’组成。

    相应的时序图如图3所示。

3 TMS320F28335 McBSP与ADS7863接口设计
3．1 硬件接口设计
    图4是TMS320F28335 McBSP与ADS7863无缝连接的示意图。从图中可以看出，McBSP与ADS7863之间的连接非常简单，实现了数据的高效转移，充分体现了同步串口连接的优点。由F28335 DSP的GPIO11向ADS7863提供片选信号。McBSP的数据发送DX脚接ADS7863的SDI脚，向ADS7863发出控制信号。ADS7863的SDOA脚接McBSP的数据接收DR脚，向F28335传送数据信号。由MeBSP内含的可编程采样率发生器生成时钟信号CLKG和帧同步信号FSG。由CLKG驱动发送时钟信号CLKX，CLKX驱动接收时钟信号CLKR和ADS7863的时钟信号CLOCK。由FSG驱动发送帧同步信号FSX，FSX驱动接收帧同步信号FSR和ADS7863的开始转换信号CONVST。CONVST初始化一个转换进程，并启动发送前一周期转换的数据。为了简化，只连接了ADS7863的CHA1+和CHB1+通道，可用输出数据的第二位(ADC指示符)分辨所采样的信号来自哪个通道。

3．2 软件接口设计
3．2．1 McBSP口初始化
    整个初始化过程包括三部分：接收部分初始化、发送部分初始化和采样率发生器初始化。
    (1)DSP初始化后，采样率发生器的初始化位GRST=0；在其他情况下，也可通过向SPCR2寄存器中的GRST位置0，使采样率发生器处于初始化状态。在此状态下，时钟CLKG时钟为CPU时钟的1／2，帧同步信号FSG为逻辑0；设置接收初始化位RRST、发送初始化位XRST和帧同步发生器初始化位FRST为0；
    (2)对采样率发生器SRGR[1，2]进行设置，并对其他控制寄存器进行设置；
    (3)等待两个CPU时钟以确保内部正确同步；
    (4)将采样率发生器初始化位置1，使采样率发生器进行工作；
    (5)等待两个SRG时钟；
    (6)将接收和发送初始化位置1；
    (7)在下一个CPU时钟的上升沿，CLKG时钟发送一个1，并以CPU时钟／(1+CLKGDV)的频率运行；
    (8)在数据发送寄存器DXR[1，2]被载入数据后，将帧同步初始化位置1以发出正确的帧同步脉冲信号。
    下面是McBSP初始化程序片段：
   

   

3．2．2 McBSP串口通信主要程序
    McBSP串口通信主要程序如下：
   

4 试验结果
    ADS7863的输入模拟量Vin1=1．670 V，Vin2=1．866 V时，A／D转换器SDOA引脚输出如图5所示。图中通道Ch2为ADS7863的外部输入时钟CLOCK，通道Ch1为ADS7863的模拟输入通道CHA1+和CHB1+的32位输出结果。可以很清楚地看出该32位二进制码为：00110101011010000111011 111101000，前16位为CHA1+通道的转换结果，后16位为CHB1+通道的转换结果。在本试验中，通过设置McBSP的采样率发生器时钟分频系数CLKGDV，使得McBSP的采样率发生器时钟CLKG频率为323．2 kHz，从而使得ADS7863的外部输入时钟CLOCK频率为323．2kHz。

5 结论
    本文设计了高速度、高精度12位A／D转换器ADS7863与32位浮点DSP TMS320F28335的McBSP之间的硬件接口与软件实现。该系统设计简洁，在DSP集成开发环境CCS下采用C语言编写、调试完成，对其他A／D系统设计具有很大的借鉴意义。