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CPU片上外设功能及接口

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CPU片上外设功能及接口由于F2812芯片集成了很多内科可以访问和控制外部设备,2812内核需要 通过某种方式来读/写外设,为此处理器将所有的外设都映射到了数据存储空间 每个外设被分配一段相应的地址空间,主要包括配置寄存器、输入寄存器、输出 寄存器和状态寄存器每个外设只要通过简单的访问寄存器就可以使用该设备 本章内容主要讨论的是对SCI、SPI、CAN、ADC进行硬件设计3.1 A/D转换电路的设计A/D转换是嵌入式控制器一个非常重要的单元,它提供了控制器与现实 世界的连接通道,通过ADC可以检测诸如温度、湿度、压力、电流、电压、速度、 加速度等模拟量这些信号都可以采用介于0"3V的正比于原始信号的电压信号 来表示,ADC转换的H的是将这些模拟信号转换成数字信号A/D转换电路是数据采集模块的主要部分它的核心任务是完成信号的数据 采集A/D转换电路的设计完全遵循参考文献的严格规定本系统的设计中选用TMS320F2812芯片的片内A/D接口实现信号的数据采 集F2812芯片的内部ADC模块是一个12位带流水线的模数转化器模数转换 单元的模拟电路包括前向模拟多路复用开关(MUXs)、采样/保持(S/H)电路、 变换内核、电压参考和其它模拟辅助电路。

模数转化单元的数字电路包括可编程 转换序列、结果寄存器、与模拟电路的接口等电路为满足绝大多数系统多传感 器的需要,F2812的模数有16个通道,可配置为2个独立的8通道模块F2812芯片的A/D转换器是一个12位分辨率转换器,内含2个采样/保持电 路,25MHz的ADC时钟频率,单通道转换吋间为80ns,采样率高达12. 5MHz, 16 个采集通道,可配置成两个独立的8通道,模拟输入范围0V〜3V, 4种触发方式 可以启动A/D转换,具有灵活的中断控制输入模拟电压与采样结果的关系为: 数字结果二4095X (输入模拟电压-ADCL0) /3,其中,ADCL0是提供普通的低边 模拟输入管脚,接模拟地F2812芯片的ADC模块原理如图所示:System Control BlockHigh-Speed PrescalerSYSCLKOUTC28xHSPCLKADCENCLK ►-<2 ADCINA7j> ►-Analog MUXResult Registers70A8hResult Reg 0Result Reg 170AFh70BOh ►-70B7h12-Bit ADC ModuleResuh Reg 7Result Reg 8<7aDCINB7^> ►-ADC Comro「ReaisterssocSequencer 1Sequencer 2SOCResult Reg 15Y——

电压跟随电路的主要作用是缓冲、稳压、隔离、限幅和提高带载能力, 对下一级电路而言相半于一个恒压源,使得A/D转换器能够产生稳定的采样信 号能够做电压跟随的运算放大器种类非常多,如美国模拟数字公司的AD8552 芯片就是一款性能较好的运算放大器,但价格较贵图2-6中,ADx (x二0, 1)是 输入信号,也是来自信号调理电路的输出信号ADCINxx是完成跟随后的输出信 号,在A/D转换电路设计吋,将完成跟随的信号ADCINxx (xx二0, 1)直接与F2812 芯片的ADCINAx (x=0, 1)引脚直连;图2-7是A/D转换电路的特殊引脚连接关 系图,在图中,ADCREFP和ADCREFM管脚分别接一个10uF的陶瓷旁路电容,最 后接模拟地;ADCRESEXT管脚接一个特殊阻值的电阻(24.9Q±5%) (ADC外部电 流偏置电阻),再接模拟地;ADCBGREFIN管脚是TI保留的测试管脚,悬空即可; AVSSREFBG管脚直接与模拟地相连;AVDDREFBG管脚与+3. 3V模拟电源相连;管 脚ADCLO提供普通的低边模拟输入,通常将其连接到模拟地上[12]这样,就可 完成A/D转换电路的硬件设计。

ADCINAO 174ADCINATT73 adcinaHtI ADCINA3T7T ADCINA4170 ADCINA5T69ADCINA6J6SADCINA7I67ADCINBO2ADCINB13ADCINB2斗ADCINB35ADCINB46ADCINB57ADCINB68ADCINB79111016AGND12VCC3.313164AGNDk175ADCINAOADCINA1ADCINA2ADCINA3ADCINA4ADCINA5ADCINA6ADCINA7 ADCINBO ADCINB1ADCINB2ADCINB3ADCINB4ADCINB5ADCINB6ADCINB7ADCREP ADCREFM ADCRESEXT AVSSREFBG AVDDREFBG ADCREFIN ADCLO图3-2 A/D转换电路特殊管脚设计图3.2 SCI接口的设计SCI称为串行通信接口,它是一种采用双信号线的异步串行通信接口它的 主要任务是将片内A/D采集到的十进制或十六进制数据传输到微机端,使得相关 技术人员能够在微机上完成数据的分析和处理串行通信接口 (SCI)是采用双 线制通信的异步串行通信接口(UART)。

SCI模块采用标准非归零数据格式能够实现多CPU之间或同其他具有兼容数 据格式SCI端口的外设进行数据通信F2812处理器提供两个SCI接口——SCIA和 SCIB,可以与电脑方便地进行通讯为减少串口通信吋CPU的开销,F2812的串口 支持16级接收和发送FIFO也可以不使用FIFO缓冲,SCI的接收器和发送器可以 使用双级缓冲传送数据,并且SCI接收器和发送器有各自独立的中断和使能位, 可以独立地操作实现半双工通信,或者同吋实现全双工通信 由于电脑的串口是RS232电平,而F2812为TTL电平,两者N同必须有一个电 平转换电路,本次电路设计中采用MAX232A芯片作为SCI的电平转换器件MAX232A内部有两个电荷泵,将+5V的输入电压转换为± 10V(空载),为RS-232 驱动器提供工作电压其中第一个转换器利用电容C28将+5V输入电床加倍,得到 V+输出端C30上的+10V;第二个转换器利用电容C29将+10V转换为V-输岀端C31± 的-lOVo可以从V+、V-输出端获取少量的电源功率,为外部电路供电本系统设计中选用TMS320F2812芯片的片内SCI接口实现数据传输F2812 芯片内部集成了 2 组 SCI 接口,即 SCITXDA. SCIRXDA. SCITXDB. SCIRXDB。

其 中,SCITXD引脚是发送数据引脚,SCIRXD引脚是接收数据引脚F2812芯片的 SCI接口提供多种通信速率,支持全双工、半双工的通讯模式,具有双缓冲接收 和发送功能,发送和接收可采用中断或状态标志位查询两种方式工作异步数据 传输的格式为1位起始位,8位数据位,可选择的奇偶校验位,1位停止位,采 用非归零通信格式SCI接口使用奇偶校验、超吋、帧出错监测确保数据的准确 传输下图是F2812芯片的SCI接口电路原理图讓论亶爲0 SCITQA5图3-3 F2812芯片的SCI接口电路在上述接口电路中采用符合RS-232标准的驱动芯片MAX3232进行串行通讯MAX3232芯片功耗低,集成度高,具有2组接收和发送通道,供电电压为3. 0V〜5. 5V,可与F2812芯片共用同一个电源芯片,即采用+3. 3V供电MAX3232和SCI之间无需添加电平转换电路,接口电路简单,可靠性高MAX232收发器是一种采用5V单电源供电的实现RS-232串行传输的芯片, 外接电容仅为0. 1或luF,采用双例只差封装形式、接收器输出为三态TTL/CM0S 等优越性,为双组RS-232接收发送器,波特率高。

MAX232由三部分组成:电压倍增器、RS-232接收器、RS-232发送器电压 倍增器VC1保持为VCC,并加到C3上,C3的负载端接Vcc,所以C3正端对地的电 压为2Vcc,V+加到C2端,Vc2=2VCC;C2两端的电压不能突变,Vc2加到C4两端, 此吋正端接地,从负端引出的对地电压V-为-2Vcc..发送器的输出电压为+-8Vo 即使在最差情况即负载为Vcc二+4. 5V. MAX232有两个发送器,若只用其中一个发 送器,另一个发送器的输入、输出端可以悬空3. 3 CAN总线及其应用CAN总线是一种串行通信协议,具有较高的通信速率和较强的抗干扰能力, 可以作为现场总线应用于电磁噪声比较大的场合带有32个完全可配置邮箱和 定吋邮递功能的CAN总线模块,能够实现灵活稳定的串行接口通信CAN总线并 不采用物理地址模式传送数据,而是每个消息有自己的标识符确定是够接收总线 上传来的消息,半有两个或更多的节点同时需要传送数据时,根据标识符确定消 息的优先级,总线访问采用多主原则CAN总线并不采用物理地址模式传送数据,血是每个消息有自己的标识符来 识别总线上的节点标识符主要有2个功能:消息滤波和消息优先级确定。

节点 利用标识符确定是否接收总线上传送的消息,当有2个或更多节点同吋需要传送 数据时,根据标识符确定系统的优先级总线访问采用多主原则,所有节点都可 以作为主节点占用总线CAN总线相对于Ethernet具有非破坏性避免总线冲突的 特点,这种方式可以保证在产生总线冲突的情况下,具有更高优先级的消息没有 被延时输出F2812内置eCAY模块由CA\协议内核(CPK)及信息控制器组成CPK把所有 CAF总线上接收到的符合CAN协议的信息和译码发送至接收缓冲器,并能按照CAN 协议发送信息到CAN总线上图6是以F2812内置的CAN接口模块为基础,利用 SN65HVD230设计的CAX总线接口电路图 0o 0—o0—o594J37R330.12KR34 10K0DB96I VDSP-VSSCANLvccCANHRRSDVREFGNDSN65HVD230765USSN65HVD230图3-4 CAN总线接口电路TMS320F2812芯片本身集成了一个完整的增强型CAN控制器,称Z为Ecan,支持CAN2 0A和CAN 0B协议,它使DSP方便接入到CAN总线成为可能但是DSP 内部的CAN控制器必须通过CAN驱动芯片才能与外部的CAN控制器进行通信。

选 择SN65HVD230收发器是为了增大通信距离,提高系统的瞬间抗干扰能力,保护 总线,降低射频干扰(RFI)实现热防护等SN65HVD230CAN驱动芯片是为3・3V 供电的DSP设计的CAN总线收发器,TMS320F2812DSP集成的CAN总线控制器配 合总线收发器SN65HVD230,至少可以连接110个节点,可提供高达IMbit/s数 据传输率系统小将引脚8 (RS)接地选择高速工作模式在传输线两端并联一 个120Q的匹配电阻,以克服长线效应,减小通讯介质中信号的反射F2812内置eCAN模块由CAN协议内核(CPK)及。

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