基于TMS320VC5410和TLV1571的数据采集系统

石涛，於辉

（桂林电子科技大学 广西 桂林 541004）

在应用DSP进行数字信号处理时，通常都要用采样电路对模拟信号进行采样，然后进行A/D转换器转换成数字信号再进行数据处理。这里给出一种由TLV1571与TMS320VC5410[1]组成的信号采集系统。

1 TLV1571简介

在DSP的外围电路中，A/D转换器比较重要。基于不同的应用，可选择不同性能指标和价位的芯片。一般的A/D转换器的选择主要考虑：转换精度、转换时间、转换器的价格。

这里选择了TI公司专门为DSP配套的一种10位的并行A/D转换器TLV1571，该器件给定的CLK频率达到的等效最大采样频率为（1/16）fCLK。

1.1 TLV1571的内部结构及引脚定义

TLV1571的内部结构及引脚功能定义如图1及表1所示。

TLV1571采用2.7～5.5 V的单电源工作，能接受0～3.3 V的模拟输入电压，此时以625 Kb/s的速度使输入电压数字化。在5 V电压下，以最大1.25 Mb/s的速度使输入电压数字化[2]。该A/D转换器具有速度高，接口简单以及功耗低等特点，成为需要模拟输入的高速数字信号处理的理想选择。

1.2 TLV1571的初始化

上电后，必须为低电平以开始I/O周期，INT/EOC最初为高电平。TLV1571要求两个写周期以配置两个控制寄存器。从掉电状态返回后的首次转换可能无效，应当不予考虑。

1.3 TLV1571的控制寄存器控制字的设置

TLV1571的控制寄存器格式如表2所示，它可以实现软件配置，其两个最高有效位D9和D8用于寄存器寻址，其余的8位用作控制数据位。在写周期内所有寄存器位同时写入控制寄存器，用户可配置两个控制寄存器CR0和CR1，对于控制寄存器 0（CR0），A1∶A0=00，其配置如表 3所示；对于控制寄存器 1（CR1），A1 ∶A0=01，其配置如表 4 所示。

表1 TLV1571引脚功能定义Tab.1 TLV1571 Pin functions

通过改变控制寄存器的控制字，可以选择TLV1571的工作方式。通过配置CR0.D5可以选择时钟源，对于时钟源的选择，有内部时钟和外部时钟，它的内部具有10 MHz振荡器。通过配置CR1.D6可以选择内置振荡器的工作速度，配置为（10±1）MHz或（20±2）MHz。 输出方式也有 2 种方式：二进制输出和补码输出。

在单通道输入方式下则CR0.D3=0，CR1.D7=0；采用软件启动方式则CR0.D7=1；采用内部时钟源则CR0.D5=0；内部时钟源振荡频率设置为20 MHz则CR1.D6=1；采用二进制输出方式，则CR1.D3=0。所以最终得到的控制寄存器控制字为：CR0=00C0H，CR1=0140H。在单通道软件启动时，最初由WR的上升沿启动采样，在RD的上升沿发生采样；在采样开始后的6个时钟周期后开始转换，INT方式时，每次转换后产生一个INT脉冲；EOC方式时，转换开始，EOC由高电平变至低电平，转换结束后换回高电平[3]。

1.4 TLV1571的自测

TLV1571提供了3种自测方式。当采用这些自测方式的时候，不用提供外部信号便可检查A/D转换器本身工作是否正常。通过写CR1（D1、D0）来控制这3种自测方式，具体方法如表 5 所示[4]。 另外当 CR1.D2=1， CR1（D1、D0）=0 时，此时回输出写入CR0控制寄存器的控制字；当CR1.D2=1，CR1（D1、D0）=1时，此时回输出写入CR1控制寄存器的控制字，也可以用来测试和检验控制字是否正确写入控制寄存器及A/D转换器是否正常工作。

表2 控制寄存器格式Tab.2 Format of control registers

表3 控制寄存器CR0Tab.3 Control register CR0

表4 控制寄存器CR1Tab.4 Control register CR1

表5 TLV1571自测状态Tab.5 Self test status of TLV1571

2 的接口连接及调试

2.1 TLV1571与TMS320VC5410的接口

TLV1571与TMS320VC5410的接口连接很简单，如图2所示。这个系统中没有采用硬件启动采样控制的方法，而是采用了软件启动的控制方法。时钟信号也是采用A/D转换器的内部时钟。如果需要外部时钟输入，可以由DSP提供一个精确而且可以根据需要控制变化的时钟信号。本设计采用查询方法来读取转换后的数据。另外在设计电路时要注意，当供电电压为3 V时，TLV1571提供的采样速度是625 ks/s，此时它的功耗为12 mW；当供电电压为5 V时，它提供的采样速度是1.25 Ms/s，功耗为35 mW。

图2 TLV1571和TMS320VC5410连接示意图Fig.2 Flow chart of connect TLV1571 and TMS320VC5410

2.2 系统的调试

在调试这个系统时，由于DSP外部的I/O空间的调试，基本上只涉及如何选通该空间，如何从外部空间取数据或读数据，如何和外部空间建立握手信号，但是要注意的是DSP与外围器件时序上的配合。特别是对于数据线信号的读取，当系统中有多个器件共享DSP数据线的时候，一定要处理好各个器件的时序配合。使处于非工作状态的器件的数据线处于高阻状态，以免影响正常工作的器件的数据读写。在对TLV1571调试过程中需要注意以下问题：1）必须将TLV1571的2个状态字正确地写入到A/D，可以在写入后读一次数据来确认写入数据的正确性，也可以采用循环写入方式利用示波器观察写入的两个脉冲信号，另外也可以用读出写入CRO、CR1控制寄存器控制字的方法来判断控制字是否正确写入了TLV1571的控制寄存器内，也可以判断器件是否正常工作；2）TMS320VC5410的读写信号只有一根地址线，所以需利用XF引脚控制TLV1571的读信号，且必须在DSP每次读入数据后，用软件控制XF引脚输出信号到TLV1571，否则A/D将不再采样。另外如果采用DSP定时中断来读取数据的时候，在设置定时中断时，中断间隔只要大于TLV1571工作频率所需采样周期数，可以不用查询的方法来读取EOC信号，而是直接读取采样数据，然后控制XF输出信号使它进行下一次采样工作；3）TLV1571不能采样负的电压信号，如果必须采样负的电压信号，可以人为引入一个直流信号，将负电压抬高到正电压，而DSP要在采样信号中减去引入的直流信号；4）为了验证采样信号是否正确，可以在CCS下画出所采样数据的时域图或频域图。

3 结束语

实验证明该系统可以满足一般高速实时信号的采样和处理工作，验证了在单通道下该系统可以达到最高1.25 Ms/s的采样速度，而且通过调整DSP定时中断时间可以方便的获得在该系统最大采样频率（1.25 Mb/s）以下的各种采样速度，可以灵活的满足多种应用。另外这个系统支持最多8路的高速实时数据信号采集，通过配置正确的A/D转换器控制字CR0、CR1就可以方便的调整输入信号的数量，而硬件电路不用改变。在实际的实验中，将这个系统制作成了一个最小系统，通过修改加入所需要的器件，可以将这个系统制作成各种需要专用的数据采集系统。

[1]戴明帧.TMS320C54XX DSPS的机构、原理和应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2001：46-90.

[2]TI.TLV1571datasheet[EB/OL].（2000-07-11）[2010-03-01].http：//focus.ti.com.cn/cn/general/docs/lit/getliterature.tsp?genericPartNumber=tlv1571&fileType=pdf.

[3]汪安民.TMS320C54XX DSP实用技术[M].北京：清华大学出版社，2002： 17-86.

[4]戴明帧.数字信号处理的硬件实现[M].北京：航空工业出版社，1998：20-35.

[5]吴冬梅，张玉杰.DSP技术及应用[M].北京：北京大学出版社，2006：67-78.

[6]纪震，钟景春.DSP系统入门与实践[M].北京：电子工业出版社，2006：35-47.

[7]张勇，曾炽祥.TMS320C5000系列DSP汇编语言程序设计[M].西安：西安电子科技大学出版社，2004：54-73.