TMS320F2407與AD73360接口電路設(shè)計

1、2012-07-19#t#m#s#3#2#0#f#22400127-07與-19#a#d#7#3#3#260102-07-19#接口電路設(shè)計*1 鄭州大學(xué)電氣工程學(xué)院 河南鄭州 4500012 鄭州大學(xué)科研處* 毛曉波1趙峰2黃俊杰1摘要：介紹兩種不同結(jié)構(gòu) spi 的接口電路軟硬件設(shè)計方法。給出了由 tms320f2407 dsp 與16 位 -a/ d 轉(zhuǎn)換器 ad73360 組成的多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，具有硬件結(jié)構(gòu)簡單、6 通道相關(guān) 聯(lián)信號同時采樣、內(nèi)置抗混疊濾波器和程控放大器、采樣速率和抗混疊濾波頻率可通過編程 選擇等特點，最高采樣率可達 64 k/ s, 已在礦山設(shè)備機械故障診斷、電力參數(shù)

2、測量系統(tǒng)中得 以應(yīng)用，效果良好。敘詞：數(shù)據(jù)采集 spi -a/d 轉(zhuǎn)換器目 前對多路相互關(guān)聯(lián)信號實現(xiàn)同時、同步采樣的1ad73360 性能簡介ad73360 是 ad 公司推出的可編程 16 位 -a/ d 轉(zhuǎn)換器。每個 a/ d 轉(zhuǎn)換通道由程控放大器、高速采樣 的 -a/ d 調(diào)制器、抽取數(shù)字濾波器組成。放大器增 益、采樣率、抗混疊數(shù)字濾波器的截止頻率均可編程 設(shè)置2 。具體性能如下：(1) 各放大器增益在 038 db 分 8 檔編程設(shè)置； (2) 最高采樣率達 64 k。當(dāng) dmclk=16.384 mhz時，采樣率可編程為：8 k、16 k、32 k 和 64 k； (3) 數(shù)字濾波器

3、截止頻率等于 1/ 2 采樣頻率；(4) 可編程設(shè)置同步串行口 (dmclk、dmclk/ 2、 dmclk/ 4、dmclk/ 8) 波特率，與不同速度的微處理 器進行數(shù)據(jù)通訊；(5) 具有良好的可擴展性，最多可 8 片級聯(lián)使用， 擴展測量 48 路獨立的 a/ d 轉(zhuǎn)換通道；(6) 片內(nèi)基準電壓源，可編程選擇 1.25 v 或 2.5 v； (7) 單 2.55.5 v 電源供電；(8) 信噪比高 (88 db)，量化噪聲小 (77db)； (9) 抗干擾能力強、線性度好。ad73360 內(nèi)部有 個控制寄存器 (cra、crb、crc 、crd 、cre 、crf 、crg 、crh) ，

4、完成對上述 的各種設(shè)置。ad73360 r-28 封裝形式的引腳布置如圖 1 所示。 各引腳功能簡述如下3：re set ：復(fù)位端，低有效； se：串行口使能端，高有效，低電平串行口停止工作，進入節(jié)電狀態(tài)； mclk ：主時鐘輸入端； sclk ：串行時鐘輸出端；sdi 和 sdifs：數(shù)據(jù)輸入和幀同步信號輸入，用于 同步接收一幀數(shù)據(jù)；方法主要有兩種：一種是使用多片采樣保持器、多路模擬開關(guān)和單片單通道逐次逼近式并行高速a/ d 轉(zhuǎn)換器，再輔以同步信號產(chǎn)生電路、多路復(fù)雜的 抗混疊濾波電路組成，這樣可同時采集多路信號送采樣保持器保持，然后通過模擬開關(guān)切換分別送入 a/ d 轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。該方法使

5、用一片高速 a/ d 轉(zhuǎn)換器實 現(xiàn)多路信號同時采樣。但外置多片采樣保持器、模擬開關(guān)及復(fù)雜的抗混疊濾波電路使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、編 程麻煩，成本也未能降低；另一種是采用多通道高速 逐次逼近式并行 a/ d 轉(zhuǎn)換器，但 16 位以上的高速并行 a/ d 轉(zhuǎn)換器通常為單通道或兩通道，且價格昂貴， 要實現(xiàn)多路 (6 路以上) 信號同時采樣需要多片高速 a/ d 轉(zhuǎn)換器，使得成本大大增加。本文采用可編程 6 通道 16 位串行-a/ d 轉(zhuǎn)換 器 ad73360 與 tms320f2407 dsp 兩芯片構(gòu)成數(shù)據(jù)采 集與處理系統(tǒng)。由于 ad73360 能保證 6 路模擬信號同時采樣，在變換過程中延遲很小，且

6、具有良好的內(nèi) 置抗混疊性能和內(nèi)置可編程程控增益放大器，節(jié)省了 許多外圍電路，使構(gòu)成的采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大大簡化，16 位高分辨率和最高 64 k 采樣率為獲得高精度的測量結(jié) 果提供了保證1。此外，與并行接口相比，采用串行接口使硬件連接線大為減少，不僅可以減少印制電路板的面積，還 可以減少電磁干擾，從而提高系統(tǒng)的可靠性。 文中詳 細介紹同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心器件 tms320f2407 dsp 與 ad73360 接口電路的軟、硬件設(shè)計方法。* 河南省自然科學(xué)基金資助項目(編號：0611052900)。* 作者簡介：毛曉波，1965 年生，男，1989 年畢業(yè)于合肥工業(yè)大 學(xué)自動化專業(yè)，獲碩士學(xué)位?，F(xiàn)

7、任鄭州大學(xué)副教授，碩士生導(dǎo)師， 河南省優(yōu)秀中青年骨干教師。2004.92005.8: 日本東京工業(yè)大學(xué)訪問學(xué)者。從事嵌入式系統(tǒng)、智能儀器儀表的教學(xué)與科研工作。(上接第 103 頁) 增加支承點數(shù)，以減小支承跨度，增加管系剛度，提高管道的固有頻率避開機械共振區(qū)。2 張德姜等. 石油化工裝置工藝管道安裝設(shè)計手冊. 北京：中國石化出版社，1994(收稿日期：2007-01-20)2012-07-19#參 #考#文 #獻#2012-07-19#20(修1改2稿-日期0：720-07-1049-0#3) #1 馬大猷. 聲學(xué)手冊. 北京：科學(xué)出版社，2004通用sdo 和 sdof- 發(fā)送、接受數(shù)據(jù)的幀

8、同s ：數(shù)據(jù)輸出和幀同步輸出，用于 a/ d 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出;其余的引腳分 別為 6 路模擬輸 入、模擬電源和數(shù) 字電源等。ad73360 的 sport 是 16 位的同 步串行口，通過 6 條通訊線實現(xiàn)數(shù)據(jù) 的雙向同步通訊， 并且只能工作在主 控方式。ad73360 的串 行口有 3 種工作模步5。筆者通過對 2 種不 同總線結(jié)構(gòu)的同步串行 口的工作原理和時序分析，設(shè)計如圖 3 所示的 接口電路。dsp(tms320f 2407) 的 spiste 接地， 使同步串行口處于從動 使能狀態(tài)；dsp 的 iope1圖 3 tms320f2407 與ad73360 接口電路與 ad73360 的

9、reset 和ce 相連接，控制 ad73360 的復(fù)位和串行口使能；ad73360 的 2 個幀同步信號接成幀同步返回環(huán)方式， 即輸出的幀同步 sdofs 作為輸入幀同步 sdifs，同時 連接 dsp 的 xint1 輸入端，作為 dsp 的收/ 發(fā)數(shù)據(jù) 的幀同步信號。并根據(jù) ad73360 的時序要求，通過軟 件設(shè)計，實現(xiàn) dsp 與 ad73360 的數(shù)據(jù)通訊。圖 1 ad73360 引腳圖式：編程模式、數(shù)據(jù)模式和混合模式。編程模式只接收控制命令字，用于對各個控制寄存器的設(shè)置；數(shù)據(jù) 模式只輸出采樣數(shù)據(jù)；混合模式允許在輸出采樣數(shù)據(jù) 的過程接收控制字。ad73360 復(fù)位后，各控制寄存器全

10、部清零，默認 采樣率為 mclk/ 2048，sclk 的頻率為 mclk/ 8，各 a/ d 轉(zhuǎn)換通道均處于停止工作狀態(tài)，同步串行口工作 在編程模式，等待微處理器對控制寄存器進行初始 化。并且在每個采樣周期輸出一個幀同步信號 sdofs ，但在 sdo 數(shù)據(jù)輸出線上輸出無效數(shù)據(jù)。4tms320f2407 與 ad73360 接口軟件設(shè)計ad73360 工作在主動方式，因此，dsp 的同步串 行口必須工作在從動方式。dsp 在 ad73360 的 sdofs 幀同步信號的作用下，通過串行口實現(xiàn)對 ad73360 的 初始化和讀入 a/ d 采樣數(shù)據(jù)。4.1ad73360 初始化程序設(shè)計dsp

11、采用查詢方式對 ad73360 進行初始化。當(dāng) dsp 的 iope1 輸出電平由低變高時，使 ad73360 同 步串行口使能有效、同時復(fù)位過程結(jié)束，復(fù)位后， ad73360 串行口被置為編程模式，并在每個采樣周期 sdofs 端輸出一個 sclk 時鐘周期的幀同步脈沖，由 于電路連接為幀同步返回環(huán)方式，該脈沖即為 sdifs 端的輸入幀同步脈沖。每個幀同步脈沖允許 sport 接 收一個 16 位控制命令字。同時，當(dāng) dsp 檢測到 xint1 引腳的上升沿時，在表中查出一個控制字，裝入 spi 發(fā)送緩沖寄存器 spitxbuf，并激活 dsp 的 spi 串行 口，在移位脈沖的控制下，通

12、過數(shù)據(jù)線 spiosmi 移入 ad73360 移位寄存器。當(dāng) dsp 檢測到 16 位數(shù)據(jù)發(fā)送 完時，復(fù)位 spi 串行口。同時，ad73360 根據(jù)接受數(shù) 據(jù)的高 8 位，將低 8 位裝入相應(yīng)的控制寄存器。dsp 重新查詢 xint1 引腳的上升沿，發(fā)送下個控制字。當(dāng) 第 8 個控制字 (數(shù)據(jù)模式控制字) 發(fā)送完畢，ad73360 初始化過程結(jié)束，此后不再接受控制命令，轉(zhuǎn)入數(shù)據(jù) 模式，發(fā)送采樣數(shù)據(jù)。4.2采樣數(shù)據(jù)讀取程序設(shè)計ad73360 初始化完成后，dsp 用中斷方式實現(xiàn)對 采樣數(shù)據(jù)的讀取。ad73360 在每次 a/ d 轉(zhuǎn)換完成后， 發(fā)送 6 個通道的采樣值，在發(fā)送每個采樣值的前一

13、個移 位脈沖先發(fā)送一個幀同步信號。該信號的上升沿產(chǎn)生 xint1 中斷，在 xint1 中斷服務(wù)程序中先復(fù)位 spi、 清除接受的無效數(shù)據(jù)，再開 spi 中斷并激活 spi 串行口 允許接收數(shù)據(jù)。在 sclk 的作用下，將 ad73360 的采 樣數(shù)據(jù)，通過 spisimo 移入 dsp 的移位寄存器，當(dāng)16 位采樣值接收完畢，spi 產(chǎn)生中斷，spi 中斷服務(wù) 程序保存采樣值，修改地址指針，并禁止 spi 串行口中斷。當(dāng) 6 個通道的采樣值全部接收完畢，只有再次 a/ d 轉(zhuǎn)換完成，由 xint1 中斷激活 spi 串行口，才ad73360 串行口時序如圖 2所示3。圖 2 ad73360

14、串行口時序2tms320f2407同步串行口tms320lf2407 dsp 的 16 位同步串行口 spi可工作于主動或從動 2 種工作方式4。它只有一個移位寄存器，僅含有 4 條通訊總線：spisomi 從動輸出/ 主 動輸入數(shù)據(jù)線；spisimo 從動輸入/ 主動輸出數(shù)據(jù)線； spiclk 串行同步時鐘；spiste 從動方式 spi 端口使 能，由主控機輸入，低電平有效。spi 接口多個數(shù)據(jù)發(fā) 送和接收時，在 spiclk 控制下，數(shù)據(jù)是連續(xù)傳輸， 每個數(shù)據(jù)間沒有間隔，除非 spiste 無效，才能停止數(shù) 據(jù)的傳輸。3tms320f2407 與 ad73360 接口電路設(shè)計tms320

15、f2407 和 ad73360 都有一個 16 位的同步 串行口，但 4 總線結(jié)構(gòu)與 6 總線結(jié)構(gòu)的通訊標準不 同，因此，tms320f2407 必須進行總線擴展，才能與 ad73360 的 6 線結(jié)構(gòu)串行口相連。否則，將無法保證105mining & processing equipment通用允許接收數(shù)據(jù)。.由于 dsp 采用 xint1 和 spi 兩個中斷源，不僅保證 dsp 與 ad73360 不同通訊總線的數(shù)據(jù)幀同步傳 輸，而且使主程序有充分時間對采樣數(shù)據(jù)進行分析處理，保證數(shù)據(jù)無間隙采樣和數(shù)據(jù)分析。 初始化和采樣數(shù)據(jù)讀取程序清單如下。gisr1：ldp lacc add；int1

16、中斷程序#0e0hpivr，1；取二級中斷矢量#pvectors ；中斷跳轉(zhuǎn)表首址bacc ；轉(zhuǎn)對應(yīng)中斷程序入口xint1 中斷啟動 spi xint ：;i/ o 端口初始化及復(fù)位 ad73360；ldp#dp_pf2；7080h-70ffhlaclmcrc and #0ffbfhldpsplk splk splkdp_pf1#000fh，spiccr#0001h，spictl#800fh，spiccr；復(fù)位 spi，暫停 1 周期；從機接收，中斷使能；啟動 spi，16 位格式sacl mcrclaclmcra ；定義 iope1 為一般 i/ oand #0fffdhclrcintm r

17、et ；系統(tǒng)開中斷sacl mcra；定義 iopa2為一般i/olacl and sacllacl or saclldpsplkpedatdir #0ffdfh pedatdir ；復(fù)位pedatdir #0020h；spi 中斷讀一個采樣值spiint：ad73360ldplacl mar sacl banz adrk lar ldp splkspiint1：#0e0h；7000-707fh 頁地址spirxbuf ；讀 spi 接收的采樣值*，ar7 ；基地址pedatdir ； 選通、啟動 ad73360*+ ，ar6 ；保存采樣值#0e0h；7000h-707fh 頁地址spiint

18、1，ar4 ；6 個采樣值沒有讀完轉(zhuǎn)#000fh，spiccr ；復(fù)位 spi，16 位格式#1；ar4+1 待處理采樣次數(shù)splk #0002h，spictl ；從機方式，允許發(fā)送查詢方式初始化 ad73360ar6，#5 ；ar6 采樣值個數(shù)#0e0h#000fh，spiccr；復(fù)位 spi，停止接收；lacc lar mar csh0 ： ldp csh1 ： bitbcndldp tblraddsplk csh2 ：bitbcnd splk#kzbat ar0，#7*，ar0 ；控制字首地址；循環(huán)次數(shù)clrc intmret； 控制字表 kzbat ：；系統(tǒng)開中斷；中斷返回#dp_pf

19、2padatdir，13csh1,ntc ；tc；查詢幀同步信號= 0 轉(zhuǎn) csh1.word8106h；向 crb寫入05h：dmclk=mclk ；sclk=dmclk/ 4 ;；采樣率=dmclk/ 102482c1h ；向 crc 寫入 c1h：5v 工作；2.5 v 基準，6 通道全加電#dp_pf1 ；地址 7041hspitxbuf ；取控制字送發(fā)送緩沖區(qū)#1 ；地址 1.word#008fh，spiccr ；啟動 spi，16位格式.word8388h；向 crd 寫入 88h：通道 1、2 工作；放大器增益均設(shè)置為0db ；向 cre 寫入 88h：通道 3、4 工作；放大器

20、增益均設(shè)置為 0 db；向 crf 寫入 88h：通道 5、6 工作；放大器增益均設(shè)置為 0 db；向 crg 寫入 00h,；1 至 6 通道設(shè)置為差動工作方式；向 crh 寫入 00h，；設(shè)置 1 至 6 通道為同相輸入方式；向 cra 寫入 01h，；設(shè)置為數(shù)據(jù)模式,禁止軟復(fù)位spists，9 ；查詢發(fā)送狀態(tài)csh2，ntc；tc = 0，未發(fā)送完轉(zhuǎn) csh2.word8488h#000fh，spiccr；復(fù)位 spibanz csh0 ；ar00； 中斷方式讀取采樣值轉(zhuǎn)，ar0-1.word8588hldplacl orsacl setc clrc clrc clrc ldpsplk

21、splk ldpsplk clrc dp_pf2mcra #0002hmcra ；定義 intm sxm ovm cnf #0#20h ，imr 0ffffh，ifr dp_lf1.word8600h.word8700hiopa2為xint1方式.word8001h5結(jié)語本文介紹了 tms320f2407 和 ad73360 接口電路 的軟硬件設(shè)計方法。實踐表明，由 tms320f2407 和 ad73360 構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)可方便地對 6 路 (可擴展至 48 路) 相關(guān)聯(lián)信號進行同時采樣、程控增益 放大、抗混疊濾波，且具有硬件結(jié)構(gòu)簡單、測量精度 高、工作穩(wěn)定和可程控選擇采樣率、抗混

22、疊濾波頻率等 優(yōu)點。其設(shè)計方法已在礦山設(shè)備機械故障診斷、電力#8007h ，xint1cr；上升沿，開中斷intm ；系統(tǒng)開中斷； 有采樣數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理xhcl ：.系統(tǒng)參數(shù)測量等數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中獲得(下轉(zhuǎn)第107頁)110066mining & processing equipment通用論文編號：1001-3954(2007)07-0107-109利用報廢車床改制缸體除銹珩磨機張建軍大同煤礦集團力泰有限責(zé)任公司 山西大同 037036摘要：闡述了如何利用失精報廢馬鞍型車床改制成缸體除銹珩磨機的內(nèi)容，以原報廢車床為基體，缸體夾緊采用原車床$ 500 四爪卡盤，重新設(shè)計中心架，使缸體定位。珩磨

23、運動機構(gòu) 通過珩磨頭、拖板尾架來實現(xiàn)。根據(jù)珩磨原理設(shè)計液壓系統(tǒng)、液壓缸及電氣系統(tǒng)，從而使一 臺報廢車床得到再利用，解決了液壓缸體的除銹問題，填補了盲孔珩磨加工除銹的空白。 敘詞：報廢車床 改制 缸體 珩磨機液 壓油缸是液壓支架的重要部件，使用過程中由2 設(shè)計內(nèi)容2.1 夾緊定位裝置的設(shè)計根據(jù)油缸為軸類零件的特點，夾緊定位方式采用 卡盤夾緊中心架支承。由于油缸外表面為非加工毛坯 面，與內(nèi)孔表面不同軸，因此只能采用四爪卡盤夾 緊。通過靠近缸底一側(cè)的架口找正，使內(nèi)孔軸線基本 與主軸軸線重合。其偏差可控制在 12 mm 以內(nèi)。因 公司修理的缸筒外圓最大直徑為 $ 275 mm，所以選用 原車床使用的

24、$ 500 mm 的四爪卡盤。液壓缸長期在井下惡 劣的環(huán)境下工作，缸體外 表面銹蝕較為嚴重。架口 被銹蝕，中心架上使用的 銅質(zhì)或鑄鐵支承爪會很快 磨損，不利于正常的生產(chǎn) 加工。因此，將中心架上3 個支承爪全部設(shè)計為滾 動摩擦，減小了磨損，從 而保證加工的順利進行(如于受其生產(chǎn)環(huán)境、工作介質(zhì)及使用時間的影響，在缸筒內(nèi)壁形成不同程度的氧化生銹或腐蝕成斑，僅靠清洗無法復(fù)原，去銹除斑的唯一途徑就是采 用內(nèi)孔珩磨加工工藝，使其在大修公差范圍內(nèi)修復(fù)回 用。而液壓缸體是一端封閉的盲孔缸筒，修復(fù)缸體相 當(dāng)于盲孔珩磨?，F(xiàn)有 m4120 深孔珩磨機無論從結(jié)構(gòu)上 還是規(guī)格上都無法實現(xiàn)盲孔珩磨，致使大量的缸體不 得以

25、將缸底鋸掉，再制造新缸筒加以補充，費工費 料，大量資金外流，給工廠造成了很大的損失。所 以，解決盲孔珩磨勢在必行。就目前市場價格來講，購買 1 臺深孔珩磨設(shè)備約 需 3040 萬元，為節(jié)省資金就是利用現(xiàn)有設(shè)備，拓展 加工能力。公司現(xiàn)有 1 臺報廢車床 c630，主軸箱等部 件運轉(zhuǎn)仍然正常，其主軸與導(dǎo)軌之間的距離足以滿足 盲孔缸筒的裝夾要求。根據(jù)珩磨加工只改變表面粗糙 度而不改變形位公差的特點，保留車床床頭箱的主運 動機構(gòu)實現(xiàn)珩磨加工的主運動，其它部分局部設(shè)計改 造，使其能符合深孔珩磨加工除銹的要求。圖 2 中心架支承爪圖1工作原理根據(jù)原車床的性能及珩磨加工的要求，并考慮到圖 2 所示)。2.2珩磨運動機構(gòu)的設(shè)計根據(jù)珩磨加工的特點，其進給運動包括 2 部分內(nèi)容。(1) 珩磨頭的軸向往復(fù)運動 參考 m4120 深孔珩 磨機，珩磨頭的往復(fù)運動以液壓系統(tǒng)控制液壓油缸活 塞桿的往復(fù)運動，牽引著拖板后尾架，通過與后尾架 相關(guān)聯(lián)的珩磨桿，帶動珩磨頭做往復(fù)運動。液壓系統(tǒng)原理圖如圖 3 所示。系統(tǒng)通過控制電路 中的限位開關(guān)控制三位四通電液動換向閥實現(xiàn)自動換 向。由于珩磨頭在往復(fù)運動過程中都在進行磨削，為 了達到很好的磨削效果，保證往復(fù)運