串行數(shù)模轉(zhuǎn)換器TLC5620I與TMS320F2812接口設(shè)計(jì)

　1 引言

　　近年來，數(shù)字信號處理器(DSP)的應(yīng)用越來越廣泛，其中TMS320F2812作為目前數(shù)字控制領(lǐng)域中性能較高的DSP芯片，被廣泛應(yīng)用于電機(jī)控制、工業(yè)自動化、家用電器和消費(fèi)電子等領(lǐng)域。由于TMS320F2812本身不具有D／A轉(zhuǎn)換模塊，因此在很多需要模擬量輸出的控制場合受到限制。所以D／A轉(zhuǎn)換芯片如何與TMS320F2812進(jìn)行接口，成為數(shù)字信號處理系統(tǒng)需要解決的一個(gè)重要問題。這里介紹了四路8位電壓輸出數(shù)字一模擬轉(zhuǎn)換器TLC5620I，并給出TLC5620I與TMS320F2812串口接口的軟、硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法。

　　2 TMS320F2812的SPI工作原理

　　TMS320F2812的SPI模塊的9個(gè)寄存器用來控制SPI的操作，其中SPICCR設(shè)置SPI的軟件復(fù)位、移位時(shí)鐘極性字符長度；SPICTL設(shè)置SPI的時(shí)鐘相位、工作模式等；SPISTS中包括溢出標(biāo)志位、中斷標(biāo)志位等；SPIBRR設(shè)置SPI波特率；SPIRXBUF和SPITXBUF為數(shù)據(jù)接收和發(fā)送緩沖寄存器，SP-IDAT用于發(fā)送／接收移位寄存器；SPIRXEMU僅用于仿真；SPIPRI控制中斷優(yōu)先級。該器件的SPI接口有一個(gè)16級的FIFO，用來減少CPU的開銷。圖1為SPI模塊與CPU接口結(jié)構(gòu)框圖。

　　由圖1可知，SPI模塊數(shù)據(jù)傳輸由40、41、34、35引腳完成，其引腳功能見表1。

　　TMS320F2812支持125種不同的波特率和4種不同的時(shí)鐘模式。根據(jù)SPI的工作模式(從動或主控)，引腳SPICLK可分別接收一個(gè)外部的SPI時(shí)鐘信號或由片內(nèi)提供SPI時(shí)鐘信號。

　　在該設(shè)計(jì)中，SPI工作在主控模式，SPI時(shí)鐘由片內(nèi)的SPI產(chǎn)生并由SPICLK引腳輸出。TMS320F2812波特率的設(shè)置是由系統(tǒng)的低速外設(shè)模塊時(shí)鐘頻率LSPCLK和SPI主控制器中的SPIBRR寄存器的值決定的，其計(jì)算公式如下：

SPI波特率=LSPCLK／(SPIBRR+1)SPIBRR=3～127

SPI波特率=LSPCLK／4 SPIBRR="0"、1、2

　　引腳SPICLK上的四種不同的時(shí)鐘模式是由時(shí)鐘極性位和時(shí)鐘相位位控制的，其中時(shí)鐘極性位選擇時(shí)鐘有效沿為上升沿還是下降沿，時(shí)鐘相位位則設(shè)定是否選擇時(shí)鐘的1/2周期延時(shí)。四種不同的時(shí)鐘模式如表2所示。

　　3 TLC5620I簡介

　　TLC5620I是四路8位電壓輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)，帶有緩沖基準(zhǔn)輸入端(高阻抗)，包含上電復(fù)位功能以確?？芍貜?fù)啟動，用5 V電源工作。DAC產(chǎn)生范圍在基準(zhǔn)電壓一倍或兩倍與地(GND)之間的輸出電壓，且DAC是單調(diào)變化的。TLC5620I使用4個(gè)電阻串(resistor-string)來實(shí)現(xiàn)D／A轉(zhuǎn)換。每個(gè)D／A轉(zhuǎn)換的核心是帶有256個(gè)抽頭的單電阻，分別對應(yīng)256個(gè)可能的代碼。每個(gè)電阻串的一端連接到GND端，另一端由基準(zhǔn)輸入緩沖器的輸出饋電。通過使用電阻串保持單調(diào)性。線性度取決于電阻元件的一致性以及輸出緩沖器的性能。由于輸入端是經(jīng)過緩沖的，所以DAC對于基準(zhǔn)源總是呈現(xiàn)為高阻抗負(fù)載。每一個(gè)DAC的輸出由可配置增益輸出放大緩沖，它可以配置為一倍或兩倍增益。

　　通過簡單的3線串行總線可數(shù)字控制TLC5620I，此總線與CMOS兼容且易于與所有常用的微處理器作為控制器器件接口。11位的命令字由8位數(shù)據(jù)(D0～D7)，2個(gè)DAC選擇位(A0、A1)和1個(gè)范圍位(RNG)組成。后者允許在一倍或兩倍輸出范圍之間作選擇。DAC寄存器是雙緩沖的，允許完整的新數(shù)值組寫入器件，然后DAC輸出通過LDAC端的控制同時(shí)更新。每個(gè)通道輸出的電壓V0由下式計(jì)算：

V0=REF×(CODE／256)×(1+RNG bit value)

　　式中，REF為相應(yīng)通道基準(zhǔn)電壓，CODE是從數(shù)據(jù)位(D7～D0)計(jì)算出的十進(jìn)制數(shù)，RNG是范圍位串行控制字的0或1。

　　4 TLC5620I和TMS320F2812的接口電路

　　圖2為TLC5620I和TMS320F2812的接口電路。

　　該設(shè)計(jì)中，引出4路D／A轉(zhuǎn)換通道電壓，均由LM358構(gòu)成電壓跟隨器輸出，如圖3所示。該圖為AD0和AD1口由LM358組成的同向放大電路。AD2和AD3的放大電路與之相同。

　　TMS320F2812在引腳SPISIMO上將數(shù)據(jù)輸出，與之相對應(yīng)的是TLC5620I的DATA數(shù)據(jù)接收引腳：TMS320F2812的SPICLK引腳和TLC5620I的CLK引腳相對應(yīng)，二者共用串行時(shí)鐘；TMS320F2812的IOPB1模擬控制TLC5620I的LOAD引腳電平，以鎖存數(shù)據(jù)，更新輸出電壓。在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，有兩種方式控制TLC5620I輸出電壓的更新：LOAD引腳控制更新和LDAC引腳控制更新。該設(shè)計(jì)采用LOAD引腳控制更新方式，此時(shí)，LDAC引腳接低電平。開始控制LOAD為高電平，數(shù)據(jù)在CLK引腳的每一個(gè)下降沿與時(shí)鐘同步從DATA引腳輸入。當(dāng)所有的數(shù)據(jù)傳輸完畢時(shí)，控制LDAD引腳跳至低電平，所選擇的D／A通道的輸出電壓得到更新。由于TLC5620I的控制信號要求的VIH較高，所以需要將DSP輸出的SPI-CLK、SPISIMO以及I／O口模擬的CS信號的高電平提高，該設(shè)計(jì)采用MM74HC08器件來實(shí)現(xiàn)。

　　5 軟件設(shè)計(jì)

　　由于TLC5620I的工作頻率是1 MHz，故將DSP的SPI通信頻率也設(shè)置為1 MHz。程序采用C語言模塊化編寫，其流程如圖4所示，圖4a主程序完成系統(tǒng)初始化，中斷使能，等待中斷等工作；圖4b中斷服務(wù)程序主要完成輸出電壓的數(shù)字量計(jì)算和數(shù)據(jù)發(fā)送等工作。在編寫程序過程中，要注意TMS320F2812的低速外設(shè)預(yù)分頻和通信頻率間的關(guān)系。

　　利用該實(shí)驗(yàn)程序，可以通過示波器在DACOUT0和DA-COUT1接口輸出端觀測到三角波，利用萬能表在DACOUT2接口輸出端測得電壓為2．475 V，在DACOUT3接口輸出端測得電壓為1．65 V。

　　6 結(jié)束語

　　以TMS320F2812與TLC5620I為例，詳細(xì)討論兩者的串口通信的硬件接口及軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號到模擬信號的轉(zhuǎn)換，擴(kuò)展TMS320TMS320F2812在控制領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。在設(shè)計(jì)過程中，充分利用TMS320F2812的SPI模塊，只有少量的數(shù)據(jù)線和控制線，使電路設(shè)計(jì)簡化，提高了設(shè)計(jì)可靠性，并在實(shí)際應(yīng)用中效果良好。