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1、摘要在由 DSP 芯片组成的信号处理系统中，A/D 和 D/A 转换器是非常重要的器件。输入信号可以是各种各样的形式，可以是语音信号或来自电话线的已调制数字信号，也可以是各种传感器输出的模拟信号。这些输入信号首先经过放大和滤波，然后进行 A/D 转换将模拟信号变换成数字信号，再由 DSP 芯片对数字信号进行某种形式的处理，如进行一系列的乘加-累加运算。经过处理后的数字信号由 D/A 转换器变换成模拟信号，之后再进行平滑滤波，得到连续的模拟波形。综上可知信号处理过程 A/D 和 D/A 转换器的作用。该文主要介绍常用的 A/D、D/A 转换器的使用原理，与 DSP 芯片的接口电路，以及关于 A/
2、D、D/A 转换器的 DSP 编程。关键词：TMS320VC5402 TLC320AD50C CCS5000目录1 设计概述 12 芯片 TLC320AD50C 的详细介绍 32.1 TLC320AD50C 概述 .32.2 TLC320AD50C 特点 .32.3 TLC320AD50C 引脚及功能框图介绍 .53 系统硬件设计 73.1 TMS320VC5402 系统电路设计 73.2 TLC320AD50C 与 DSP 的引脚连接方式 .94 系统软件设计 .114.1 AD50 的控制时序 .124.2 程序流程图 .144.3 部分程序代码 .145 心得体会 .17参考文献 .18
3、- 1 -1 设计概述通常，一个典型的 DSP 系统应包括抗混叠滤波、数据采集 A/D 转换器、数字信号处理器 DSP、D/A 转换器和低通滤波器等，其组成框图如图 1.1 所示。在许多应用系统中，为了应用 DSP 卓越的数字信号处理能力，我们必须先将模拟信号进行数字化（A/D 转换） ，再对采样数据进行相应的算法处理，最后经过数字信号模拟化（D/A 转换）后输出。在这些 DSP应用系统中的关键问题是怎样十分容易和高效地实现这些转换，因此必然涉及到接口电路的设计。本文介绍一种单片内集成了 ADC 通道和 DAC通道的模拟接口电路 TLC320AD50C（以下简称 AD50）与 TMS320VC
4、5402缓冲串口的接口的设计实现方法，然后，基于这种接口电路的硬件设计，通过软件编程实现信号的采集与回放。 图 1.1 典型的 DSP 数据处理系统框图TMS320VC5402 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：采用改进的哈佛结构，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 4K 字节的片内 ROM
5、 和 16K 字节的双存取- 2 -RAM，1 个 HPI（Host Port Interface）接口，2 个多通道缓冲单口MCBSP（Multi-Channel Buffered Serial Port） ，单周期指令执行时间10ns，双电源（1.8V 和 3.3V）供电，带有符合 IEEE1149.1 标准的JTAG 边界扫描仿真逻辑。 AD50 是 TI 公司生产的一个 16 位、音频范围（采样频率为2K22.05KHZ） 、内含抗混叠滤波器和重构滤波器的模拟接口芯片，它有一个能与许多 DSP 芯片相连的同步串行通信接口。AD50C 片内还包括一个定时器（调整采样率和帧同步延时）和控制
6、器（调整编程放大增益，锁相环 PLL，主从模式） 。AD50 有 28 脚的塑料 SOP 封装（带 DW后缀）和 48 脚的塑料扁平封装（带 PT 后缀） ，体积较小，适应于便携设备。AD50 的工作温度范围是 070，单一 5V 电源供电或 5V 和3.3V 联合供电，工作时的最大功耗为 120 mW。DSP（数字信号处理器）具有强大的数字信号处理能力，在其应用系统中，大多由 ADC 和 DAC 通道来完成对模拟信号的数字化处理。设计了基于一种集成 ADC 和 DAC 于一体的 TLC320AD50C 模拟接口电路与 TMS320VC5402 定点 DSP 接口电路的硬件设计方法，并结合硬件
7、电路实现主从模式下软件的设计。- 3 -2 芯片 TLC320AD50C 的详细介绍2.1 TLC320AD50C 概述TLC320AD50C 使用过采样的 - 技术提供从数字至模拟 （D/A）和模拟至数字（A/D）的高分辨率低速信号转换。该器件包括两个串行的同步转换通道 （用于各自的数据方向） ；在 DAC 之前有一个插入滤波器（interpolation filter）和 ADC 之后有一个抽取滤波器（decimation filter） 。其它的高级功能有片内时序和控制。- 结构在低系统速度和低价格下产生高分辨率的模数和数模转换。该器件的选项和电路结构可通过串行接口进行编程。其选项包括：
8、复位、掉电、通信协议、串行时钟率、信号采样率、增益控制及测试方式等 。TLC320AD50C 的工作温度范围从 0 70 。2.2 TLC320AD50C 特点单 5V 电源供电或 5V 模拟、3V 数字电源工作方式时功耗 （PD ）100mW（最大）硬件掉电方式时功耗 2.5mW通用 16 位信号处理2 的补码数据格式动态范围 91dB（典型）ADC 总的信号/（噪声+失真）88dB（最小）DAC 总的信号/（噪声+失真）85dB（最小）全部器件为差分结构- 4 -内部基准电压（Vref）ADC 为 64 倍过采样，而 DAC 为 256 倍过采样（内部）串行接口当二次通信（secondar
9、y communication）时 ALT DATA 端提供数据监视系统测试方式，数字反馈（loopback）测试和模拟反馈测试支持各种 V.34 采样速率支持商业级音响应用多种转换速率可选，如 MCLK/（128N）或 MCLK（512N）可以配置成主机或从机方式可以支持三个从机器件输入和输出增益控制一下是一些定义和术语的解释。Data Transfer Interval（数据传送时间间隔） ，时间间隔是指在此时间内数据从 DOUT 传出和向 DIN 传入。此间隔为 16 个移位时钟，数据传送由帧同步信号的下降沿启动。Signal Data（信号数据） ，信号数据包括输入信号通过 ADC 通
10、道转换的结果以及通过 DAC 通道至模拟输出的返回（数据） 。这与纯数字软件控制的数据相反。Primary Communications（首次通信） ，首次通信是指数字数据传送时间。因为器件是同步的，所以信号数据来自 ADC 通道和送至 DAC 通道是同时发生的。 Secondary Communications（二次通信） ，二次通信是指送入 DIN 的数字控制和配置数据传送时间，以及从 DOUT 寄存器读出数据的时间。只有当硬件或软件要求时才产生数据传送时间。 - 5 -Frame Sync（帧同步） ，帧同步就是指启动数据传送时间间隔的信号的下降沿。首次帧同步启动首次通信，二次帧同步启动
11、二次通信。 Frame Sync and Sampling Period（帧同步和采样周期） ，连续的两个首次帧同步信号下降沿之间的时间。Frame Sync Interval（帧同步时间间隔） ，16 个移位时钟所占据的时间间隔。在帧同步信号的下降沿之后，帧同步信号在 SCLK 的第 16 个上升沿时变为高电平。 ADC Channel（ADC 通道） ，从模拟输入到 DOUT 端数字转换结果之间的全部信号处理电路。DAC Channel（DAC 通道） ，在加至 DIN 端的数字数据字与 OUTP 和 OUTM 端可用的差分输出模拟信号之间的所有信号处理电路。2.3 TLC320AD50C
12、 引脚及功能框图介绍DW 和 PT 封装的 AD50 的引脚排列（顶视）如图 2.2 和 2.3 所示。图 2.2 DW 封装的 TLC320AD50C 的引脚排列图- 6 -图 2.2 PT 封装的 TLC320AD50C 的引脚排列图TLC320AD50C 的功能方框如图 2.1 所示。图 2.1 TLC320AD50C 功能框图- 7 -3 系统系统硬件设计3.1 TMS320VC5402 系统电路设计一个完整的 DSP 系统通常是由 DSP 芯片和其他相应的外围器件构成。下面以 TMS320VC5402 芯片为系统核心，设计 DSP 硬件系统的电路，包括时钟电路、电源电路、复位电路、功
13、能配置引脚连接以及程序存储空间扩展和数据空间扩展电路。时钟电路用来为 TMS320VC5402 芯片提供时钟电路，由一个内部振荡器和一个锁相环 PLL 组成，可通过晶振驱动。另外外部中断均上拉高电平，并在个电源接口加去耦电容。电路原理图如图 3.1、图 3.2、图 3.3 和图 3.4 所示。图 3.1 TMS320VC5402 芯片及时钟电路- 8 -图 3.2 功能配置引脚连接电路图 3.3 电源电路和复位电路TMS320VC5402 的程序存储空间扩展 RAM 选用 IS61LV6416，程序存储空间扩展 FLASH 选用 AT29LV1024，数据存储空间扩展 RAM选用 IS61LV
14、6416。考虑到上电及复位时，引导的执行以及用户程序要存放到读取速度较快的外部程存 RAM 中，所以要设计程存空间和数存- 9 -空间在转换的逻辑电路，即用 DSP 的 XF 外部标志输出引脚和非门74HC32 来实现引导期间数据总线、地址总线在程存空间和数存空间的切换，具体电路如图 3.4 所示。图 3.4 存储空间扩展电路3.2 TLC320AD50C 与 DSP 的引脚连接方式硬件连接采用 AD50C 为主控模式（=1） ，向 C5402 的 McBSP0 （从设备）提供 SCLK（数据移位时钟）和 FS（帧同步脉冲帧同步脉冲） ，并控制数据的传输过程并控制数据的传输过程。 TMS320
15、C5402 工作于 SPI方式的从机模式，CLKX0 和 FSX0 为输入引脚，在接收数据和发送数据时都是利用外界时钟和移位脉冲。C5402 与 TLC320AD50C 的硬件连接如图 3.5 所示。- 10 -图 3.5 AD50C 与 DSP 连接方式- 11 -4 系统软件设计一旦完成了正确的硬件连接，接下来就可以进行软件编程调试了。要完成的工作包括： （1）TMS320VC5402 串口的初始化。首先将 DSP 串口 1 复位，再对串口 1 的 16 个寄存器进行编程，使 DSP 串口工作在以下状态：以 SPI模式运行，每帧一段，每段一个字，每字 16 位，采样率发生器由 DSP内部产
16、生，帧同步脉冲低电平有效，并且帧同步信号和移位时钟信号由外部产生。DSP 给 AD50C 编程用查询方式，接收 A/D 转换的 D 信号和发送 D/A 转换的 D 信号用 DMA 方式。（2）AD50 初始化。该初始化操作过程包括通过 TMS320VC5402 的同步串口发送两串 16 位数字信息到 AD50。第一串为 0000 0000 0000 0001B，最低有效位(bits0)说明下一个要传输的数据字属于二次通信。第二个数据值用来对 AD50 的 4 个数据寄存器的某一个进行配置。Bits1511 位为 0，Bits108 位为所选寄存器地址值，Bits70 位为所选中寄存器的编程值。4 个用户可编程寄存器的描述如下：R1 中包含模拟输入通道选择，硬件、软件编程方式选择；R2 进行单机、从机工作和电话模式（电话模式内容请参阅参考文献3）选择；R3 控制带从机个数选择；R4 用来设置模拟信号可编程放大增益和 A/D、D/A 转换频率。其它两个寄存器 R5、R6 是厂家留着测试
