TMS320F28335信号处理板的设计与实现

1楼-- · 2019-07-29 17:21

1．3．2 EEPROM扩展
　　考虑到系统在加电后，需要对一些设备的状态进行一些初始化，而这些初始化的数据在设备运转时又需要不断改变。因此，在设备运转过程中，实时将数据加以保存，以至于设备断电后数据依旧存在。本系统利用TMS320F28335的SPI接口外扩了一个EEPROM保存设备运转时实时获取的初始化数据。本系统选用Atmel公司的AT25160集成芯片。该芯片的容量为2 kB，其宽度为8位数据宽度。模块电路如图3所示

　如图3所示，DSC通过SPISTEA管脚发送片选信号选中EEPROM，通过SPICLKA管脚发送SPI传输时钟，而数据的写入和读出则分别通过SPIS-IMOA和SPISOMIA管脚完成。EEPROM中的HOLD管脚用来暂停与主设备间串行数据传输，WP管脚则用来进行对EEPROM的写保护，如果其为低电平，则主机无法向其写人数据。系统对两管脚输入高电平，保证EEPROM在读写操作过程中一直可以进行而不被中断。

　图4中左下角为逻辑部分，通过DSC的地址线BA17和BA18完成对ADC的选择。可以得到ADC0和ADC1在DSC中的地址映射为0x180000和0x1400 00。而外部输入40 kHz的时钟，作为ADC的采样频率。两个ADC对应DSC的同一个中断，当任意一片ADC采样完毕，都会引起DSC的中断，从而进行采样数据的读取。

　　1．3．3 SCI上位机通信接口
　　为了实现上位机同DSC异步的通信和数据传输，本系统利用TMS320F28335所提供的SCI接口来完成所需要求。SCI是一个2线的异步串行端口，即常说的UART。其数据的收发支持全双工通信，内部收发均有一个16级的FIFO来缓存数据。为了保证数据可靠，SCI提供奇偶校验，数据溢出检测等操作。SCI接口输出信号的电平是LV—TTL电气标准，通过RS232收发转换器加以驱动，获得RS232电气标准的信号，以便上位机接收。

　1．4 模拟电路设计
　　模拟部分电路主要是以ADC为中心的应用电路。其主要实现模拟信号的处理，采集等工作。其中核心部分为AD转换。
　　AD转换部分，主要是通过数字采样来完成模拟信号到数字信号的转变。本系统选用的ADC芯片是美国模拟电气公司的AD7656。模数转换芯片AD7656是高集成度、6通道6 bit逐次逼近（SAR）型ADC，内含1个2．5 V基准电压和基准缓冲器。该器件的功耗比最接近的同类双极性ADC降低了60％。AD7656在每通道250kb·s-1采样速率下的精度是同类产品的两倍。可以由引脚和软件选择模拟电压范围：10 V或5 V；模拟电源电压范围为4．75～5．25 V，因而大范围的工作电压使其无需电平转换等其他措施便可以直接与DSC相连；提供有并行和串行接口。可以工作在-40～85℃。标准模式5 V供电，250 kb·s-1时的功耗为140 mW，待机时仅为100μW。基于iCOMS技术制造的AD7656可以满足工业领域对分辨率、多通道、转换速率和功耗等方面的较高要求。
　　AD7656支持和DSC的并口、串口数据传输，通过SER／PAR SEL管脚的高低电平的选择，来控制采样后数字信号的传输方式。当其为高电平，则使用串行传输方式，反之则使用并行传输方式。本系统选用并行传输方式。在具体的转换过程中，每片AD7656内部的6条采样通路可以分为A、B、C共3组，其中每组通路包含2路通路。3组通路可以同时采样，也可以单独采样，而每组内的两条通路同时采样。管脚CONVSTA，CONVSTB，CONVSTC分别用来对A、B、C采样通路进行控制。当一个上升沿电平到达任一管脚，则该管脚对应模数转换的2路通路被启动，开始完成模数转换。当把三管脚连接，3组采样通路，即所有的6条采样通路同时采样。系统选用3组通路同时采样。
　　当DSC连接有多片ADC时，则需要通过CS片选管脚来进行ADC的选择。当采样开始，BUSY管脚将从低电平变为高电平，在整个采样的过程中，BUSY一直保持高电平，当采样结束，BUSY则从高电平变为低电平，此时DSC就可以开始读取数据。本系统则利用该管脚作为DSC外部中断源的输入管脚。当BUSY上电平由高变低，则通知DSC产生中断，来进行数据的读取。
　　本系统选用2片AD7656完成12路数据采样，通过DSC的XINTF ZONE6把ADC设备映射到DSC上，进行数据传输。通过地址译码和逻辑控制实现2片ADC同DSC的连接。具体结构如图4所示。

huangfeng33

2楼-- · 2019-07-29 22:14

　　2.系统软件设计
　　如前所述，整个信号处理板一共有12路模拟信号通路，通过传感器接收到12路模拟信号。2片AD7656把12路模拟信号转换为数字信号传送给TMS320F28335，在TMS320F28335中对这些采集到的数据做相应处理后通过SCI传送给上位机。同时对有必要保存的数据通过SPI接口保存到EEPROM中。整个采集、通信过程由上位机发送相关的命令来加以控制。程序的流程如图5所示。

　在主函数中，程序首先完成相应模块的初始化，设定好CPU运行的时钟，选定好各个模块的工作模式，然后读取EEPROM中的设备初始化数据，后进行入等待状态。此时CPU等待ADC采样的数据，当ADC采样过程结束，则进入ADC中断响应函数，在此函数中，主要完成数据的读取，对于小信号，通过程控放大器放大其幅值，然后存储到自定义的缓存区中。两个串口工作方式均由上位机发送命令，从而触发SCI的串口收中断服务函数。然后在中断服务函数中完成对应命令要求。系统选用串口1完成采集数据向上位机的传输，串口0完成向EEPROM发送需保存的数据和一些相关操作。而SCI0和SCI1分别对应DSC外设中断的INT9．1和INT9．3，外部中断XINT1对应INT1．4。程序设置两个串口的传输速率均为38．4 kb·s-1。

　　在设备工作时，由于SCI1的中断源是上位机的命令发送，系统规定上位机每20ms发送一个数据接受命令，因此SCI1的中断响应周期为td= 20 ms。而由于采样率为40 kHz，因此ADC的中断服务函数响应周期为0．025 ms。系统规定采集一组数据的个数为50，那么采集一组数据的时间即为tc=1．25 ms，所以在一次SCI1中断过程中，ADC会采集16组数据。考虑到串口传输的波特率为38．4kb·s-1，因此传送一个16位的数据时间为tt=0．417 ms。而一组数据采集时间加上串口数据传输的时间为tc+tt=1．667 ms《
　
　　3 结束语
　　所设计的信号处理板以TMS320F28335为核心处理器，利用AD7656完成模拟信号采样的功能硬件平台。TMS320F28335片内集成了丰富的外围资源，通过驱动软件的配置和硬件系统的设计，可以方便、高效地完成大量数字信号的处理和运算。AD7656的6路模拟信号采集和16位高精度的模拟信号采样，较好地完成了模拟信号的数字化转换，减少了模拟信号采样的失真。实验证明，信号处理板所采集到的数字信号的误差值约为1．37 mV，可达14位的采样精度。