基于A／D转换器和DSP实现数据采集系统的设计

在应用DSP进行数字信号处理时，通常都要用采样电路对模拟信号进行采样，然后进行A／D转换器转换成数字信号再进行数据处理。这里给出一种由TLVl571与TMS320VC5410组成的信号采集系统。

1 TLVl571简介

在DSP的外围电路中，A／D转换器比较重要。基于不同的应用，可选择不同性能指标和价位的芯片。一般的A／D转换器的选择主要考虑：转换精度、转换时间、转换器的价格。

这里选择了TI公司专门为DSP配套的一种10位的并行A／D转换器TLVl571，该器件给定的CLK频率达到的等效最大采样频率为（1／16）fCLK。

1．1 TLVl571的内部结构及引脚定义

TLVl57l的内部结构及引脚功能定义如图l及表l所示。

TLVl57l采用2．7～5．5 V的单电源工作，能接受0～3．3 V的模拟输入电压。此时以625 Kb／s的速度使输入电压数字化。在5 V电压下，以最大1．25 Mb／s的速度使输入电压数字化。该A／D转换器具有速度高，接口简单以及功耗低等特点，成为需要模拟输入的高速数字信号处理的理想选择。

1．2 TLVl571的初始化

上电后，必须为低电平以开始I／O周期，INT／EOC最初为高电平。TLVl571要求两个写周期以配置两个控制寄存器。从掉电状态返回后的首次转换可能无效，应当不予考虑。

1. 3 TLVl571的控制寄存器控制字的设置

TLV1571的控制寄存器格式如表2所示，它可以实现软件配置，其两个最高有效位D9和D8用于寄存器寻址，其余的8位用作控制数据位。在写周期内所有 寄存器位同时写入控制寄存器，用户可配置两个控制寄存器CR0和CR1，对于控制寄存器0（CR0），A1：A0=00，其配置如表3所示；对于控制寄存 器1（CR1），A1：A0=01，其配置如表4所示。

通过改变控制寄存器的控制字，可以选择TLVl571的工作方式。通过配置CR0．D5可以选择时钟源，对于时钟源的选择，有内部时钟和外部时钟，它的内部具有10 MHz振荡器。通过配置CR1．D6可以选择内置振荡器的工作速度，配置为（10±1）MHz或（20±2）MHz。输出方式也有2种方式：二进制输出和补码输出。

在单通道输入方式下则CR0．D3=0，CR1．D7=O；采用软件启动方式则CR0．D7=1；采用内部时钟源则CR0．D5=0；内部时钟源振荡频率设置为20 MHz则CR1．D6=1；采用二进制输出方式，则CR1．D3=0。所以最终得到的控制寄存器控制字为：CR0=00COH，CR1=0140H。在单通道软件启动时．最初由的上升沿启动采样，在的上升沿发生采样：在采样开始后的6个时钟周期后开始转换，INT方式时，每次转换后产生一个脉冲；EOC方式时，转换开始，EOC由高电平变至低电平，转换结束后换回高电平。

1．4 TLV1571的自测

TLVl571提供了3种自测方式。当采用这些自测方式的时候，不用提供外部信号便可检查A／D转换器本身工作是否正常。通过写CR1（D1、DO）来控 制这3种自测方式，具体方法如表5所示。另外当CR1．D2=1，CR1（D1、DO）=0时，此时回输出写入CR0控制寄存器的控制字；当CR1．D- 2=1，CR1（D1、DO）=1时，此时回输出写入CR1控制寄存器的控制字，也可以用来测试和检验控制字是否正确写入控制寄存器及A／D转换器是否正 常工作。

2 的接口连接及调试

2．1 TLVl571与TMS320VC5410的接口

TLV157l与TMS320VC5410的接口连接很简单，如图2所示。这个系统中没有采用硬件启动采样控制的方法，而是采用了软件启动的控制方法。时 钟信号也是采用A／D转换器的内部时钟。如果需要外部时钟输入，可以由DSP提供一个精确而且可以根据需要控制变化的时钟信号。本设计采用查询方法来读取 转换后的数据。另外在设计电路时要注意，当供电电压为3 V时，TLVl571提供的采样速度是625 ks／s，此时它的功耗为12 mW；当供电电压为5 V时，它提供的采样速度是1．25 Ms／s，功耗为35 mW。

2．2 系统的调试

在调试这个系统时，由于DSP外部的I／O空间的调试，基本上只涉及如何选通该空间，如何从外部空间取数据或读数据，如何和外部空间建立 握手信号，但是要注意的是DSP与外围器件时序上的配合。特别是对于数据线信号的读取，当系统中有多个器件共享DSP数据线的时候，一定要处理好各个器件 的时序配合。使处于非工作状态的器件的数据线处于高阻状态，以免影响正常工作的器件的数据读写。在对TLV-l57l调试过程中需要注意以下问题：1）必 须将TLVl571的2个状态字正确地写入到A／D，可以在写入后读一次数据来确认写入数据的正确性，也可以采用循环写入方式利用示波器观察写入的两个脉 冲信号，另外也可以用读出写入CRO、CR1控制寄存器控制字的方法来判断控制字是否正确写入了TLVl571的控制寄存器内，也可以判断器件是否正常工 作；2）TMS320VC5410的读写信号只有一根地址线，所以需利用XF引脚控制TLVl57l的读信号，且必须在DSP每次读入数据后，用软件控制 XF引脚输出信号到TLVl57l，否则A／D将不再采样。另外如果采用DSP定时中断来读取数据的时候，在设置定时中断时，中断间隔只要大于 TLVl571工作频率所需采样周期数，可以不用查询的方法来读取EOC信号，而是直接读取采样数据，然后控制XF输出信号使它进行下一次采样工 作；3）TLVl571不能采样负的电压信号，如果必须采样负的电压信号，可以人为引入一个直流信号，将负电压抬高到正电压，而DSP要在采样信号中减去 引入的直流信号；4）为了验证采样信号是否正确，可以在CCS下画出所采样数据的时域图或频域图。

3 结束语

实验证明该系统可以满足一般高速实时信号的采样和处理工作，验证了在单通道下该系统可以达到最高1．25 Ms／s的采样速度，而且通过调整DSP定时中断时间可以方便的获得在该系统最大采样频率（1．25 Mb／s）以下的各种采样速度，可以灵活的满足多种应用。另外这个系统支持最多8路的高速实时数据信号采集，通过配置正确的A／D转换器控制字CRO、CR1就可以方便的调整输入信号的数量，而硬件电路不

用改变。在实际的实验中，将这个系统制作成了一个最小系统，通过修改加入所需要的器件，可以将这个系统制作成各种需要专用的数据采集系统。

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