基于McBSP的高速串行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.2 AD974工作原理

1. 主要引腳定義（表1）

表1 AD974的引腳功能

2. 工作原理

AD974的模數(shù)轉(zhuǎn)換由R/C、CS兩信號(hào)來控制。在R/C降為低電平時(shí)，若CS也為低電平，在至少經(jīng)過50ns后，輸入信號(hào)將被保留在內(nèi)部的電容陣列上并準(zhǔn)備開始轉(zhuǎn)換。一旦轉(zhuǎn)換開始，BUSY信號(hào)將變?yōu)榈碗娖街钡睫D(zhuǎn)換完畢。在內(nèi)部，信號(hào)R/C和CS需進(jìn)行或操作，但是對(duì)哪一個(gè)信號(hào)先變?yōu)榈碗娖阶鰹殚_始轉(zhuǎn)換的標(biāo)志并沒有嚴(yán)格要求。唯一的要求是這兩個(gè)信號(hào)變?yōu)榈碗娖降臅r(shí)間延遲不得少于10ns。轉(zhuǎn)換完畢后，BUSY信號(hào)返回高電平，另一方面，AD974準(zhǔn)備下一次轉(zhuǎn)換以確保能繼續(xù)跟蹤輸入信號(hào)。在某些情況下，將CS引腳保持低電平，而將R/C用于決定是開始轉(zhuǎn)換還是讀取數(shù)據(jù)。需要指出的是，在AD974上電后進(jìn)行首次轉(zhuǎn)換時(shí)，其DATA輸出將是不確定的，轉(zhuǎn)換輸出需要經(jīng)過一定時(shí)間之后才能穩(wěn)定下來。模數(shù)轉(zhuǎn)換可以使用由AD974的內(nèi)部時(shí)鐘，也可以使用外部時(shí)鐘，這并不影響轉(zhuǎn)換結(jié)果的連續(xù)性。如果EXT/INT為低電平，則AD974被設(shè)置為內(nèi)部數(shù)據(jù)移位時(shí)鐘模式；相反，如果EXT /INT為高電平，則AD974被設(shè)置為外部數(shù)據(jù)移位時(shí)鐘模式。

3. DSP McBSP

3.1 McBSP的工作原理

McBSP口進(jìn)行串行通信時(shí)，使用的外部接口管腳有：DR，DX，CLKX，CLKR，F(xiàn)SX，F(xiàn)SR，CLKS。DR和DX分別用來進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)。 CLKX，CLKR，F(xiàn)SX，F(xiàn)SR，CLKS為數(shù)據(jù)傳輸提供可靠的時(shí)鐘。CLKX，F(xiàn)SX為發(fā)送的數(shù)據(jù)時(shí)鐘和幀同步時(shí)鐘，CLKR，F(xiàn)SR為接收的數(shù)據(jù)時(shí)鐘和幀同步時(shí)鐘，CLKS提供系統(tǒng)時(shí)鐘。在收發(fā)時(shí)鐘的控制下，DSP進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。為使DSP按照一定的方式進(jìn)行通信，要對(duì)McBSP的各個(gè)控制寄存器進(jìn)行相應(yīng)的配置。其中，SPCR0/SPCR1用于設(shè)置工作模式、檢測(cè)工作狀態(tài)、進(jìn)行收發(fā)的復(fù)位和啟動(dòng)。RCR0 /RCR1，用于控制接收數(shù)據(jù)的幀格式、數(shù)據(jù)延遲。XCR0/XCR1用于控制發(fā)送數(shù)據(jù)的幀格式、數(shù)據(jù)延遲。SRGR 0/SRGR1用于控制收發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)鐘和幀同步時(shí)鐘的模式，如大小、極性等。PCR用于控制相應(yīng)管腳的工作模式。

4. AD974與TMS320C6711 McBSP的接口設(shè)計(jì)

AD974符合SPI（Series Protocol Interface）數(shù)據(jù)通訊協(xié)議。SPI是一個(gè)4根信號(hào)線的串行接口協(xié)議，包括主/從兩種模式。四個(gè)接口信號(hào)是串行數(shù)據(jù)輸入（MISO，主設(shè)備輸入，從設(shè)備輸出），串行數(shù)據(jù)輸出（MOSI，主設(shè)備輸出，從設(shè)備輸入），移位時(shí)鐘（SCK）和從設(shè)備使能（SS）。SPI接口的最大特點(diǎn)是由主設(shè)備時(shí)鐘信號(hào)的出現(xiàn)與否界定主/從設(shè)備間的通訊。一旦檢測(cè)到主設(shè)備時(shí)鐘信號(hào)，就開始傳輸數(shù)據(jù)，時(shí)鐘信號(hào)無效后，傳輸結(jié)束。在這期間，從設(shè)備必須被使能（SS信號(hào)保持有效）。

TMS320C6711芯片的McBSP的數(shù)據(jù)同步時(shí)鐘具有停止控制選項(xiàng)，因此可以與SPI協(xié)議兼容。McBSP支持2種SPI傳輸格式，可以在SPCR寄存器的CLKSTP位中設(shè)置。

本設(shè)計(jì)中，我們采用了AD974的內(nèi)部時(shí)鐘模式，其時(shí)序圖如圖3。

圖3 AD974內(nèi)部時(shí)鐘模式時(shí)序圖

AD974與McBSP的數(shù)據(jù)傳輸采用SPI從模式進(jìn)行連接，其接口設(shè)計(jì)如圖4。

圖4 AD974與McBSP的接口

設(shè)計(jì)中，我們將AD974的CS片選信號(hào)固接為低電平，使芯片一直處于選通狀態(tài)。R/C讀/轉(zhuǎn)信號(hào)由地址譯碼器Decoder的/CS1信號(hào)（地址 0xB0000000）提供。忙狀態(tài)信號(hào)端BUSY連接FSX0，串行數(shù)字時(shí)鐘端口DATACLK連接CLKX0，數(shù)據(jù)輸入端口DATA連接DR0。多路轉(zhuǎn)換器寫輸入端WR1和WR2，通道選擇端A0，A1分別與DSP的McBSP1端口的引腳FSX1，CLKR1，F(xiàn)SR1相連。該模塊的具體工作時(shí)序如下：

（1） 數(shù)據(jù)采集開始前，/CS1沒有選通，為高電平，AD974處于寫輸入狀態(tài)，通過設(shè)置FSX1為低電平，CLKR1和FSR1為所需要的電平可以進(jìn)行通道選擇。

（2） 數(shù)據(jù)采集開始時(shí)，Decoder選通/CS1信號(hào)，設(shè)置為低電平。AD974首先鎖存先前選擇的通道號(hào)，然后開始進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換，此時(shí)忙狀態(tài)信號(hào)BUSY由高電平變?yōu)榈碗娖健?P>（3） 由于BUSY信號(hào)與FSX0相連，McBSP0作為從設(shè)備被使能，等待數(shù)據(jù)傳輸。

（4） 經(jīng)過一定的時(shí)間，AD974串行數(shù)字時(shí)鐘有效，并開始進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。McBSP0一旦檢測(cè)到時(shí)鐘信號(hào)，就開始接收AD974傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，時(shí)鐘信號(hào)無效后，傳輸結(jié)束。

（5） 數(shù)據(jù)傳輸完成后，AD974的BUSY信號(hào)由低電平變?yōu)楦唠娖?，從設(shè)備無效。