地質(zhì)探測(cè)系統(tǒng)采用32位浮點(diǎn)TMS320C6713做控制器，利用其高度優(yōu)化的處理器結(jié)構(gòu)和獨(dú)特的指令系統(tǒng)，對(duì)ADS1256采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行高效實(shí)時(shí)的控制、分析與處理。

芯片介紹

ADS1256的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示，該器件主要由模擬多路開(kāi)關(guān)（MUX）、輸入緩沖器（BUF）、可編程增益放大器（PGA）、四階△一￡調(diào)制器、可編程數(shù)字濾波器、時(shí)鐘發(fā)生器、控制器和串行SPI接口等組成?？蛇m合于采集最高頻率只有幾千赫茲的地質(zhì)探測(cè)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)輸出速率最高可為30K采樣點(diǎn)／秒（SPS），有完善的自校正和系統(tǒng)校正系統(tǒng)。2400MIPS/1800MFLOPS的定點(diǎn)和浮點(diǎn)運(yùn)算，片內(nèi)集成兩個(gè)乘法器，運(yùn)算能力達(dá)到600MMACS，在本系統(tǒng)中采用了多路AD采集，因而TMS320C6713可極大地滿(mǎn)足系統(tǒng)對(duì)信號(hào)處理實(shí)時(shí)性的要求。并且TMS320C6713有兩個(gè)互相獨(dú)立的MCBSPS口，可以配置為SPI口與ADS1256進(jìn)行讀寫(xiě)和控制。

ADS1256內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

設(shè)計(jì)方案

我們?cè)谙到y(tǒng)中采用多個(gè)ADS1256并行工作，每個(gè)ADC共享系統(tǒng)時(shí)鐘，保證了每個(gè)ADC對(duì)輸入進(jìn)行同步采樣。為了筒化硬件接口，系統(tǒng)中只有到一個(gè)中斷引腳。在這里只給出DSP和其中一個(gè)ADC的原理圖。ADS1256通過(guò)SPI串行數(shù)字接口和DSP的多通道緩沖串口（MCBSP）進(jìn)行通信。

系統(tǒng)原理圖

DSP與ADS1256接口設(shè)計(jì)

1．ADS1256設(shè)計(jì)要點(diǎn)

ADS1256的設(shè)計(jì)要點(diǎn)主要包括內(nèi)部參數(shù)設(shè)置和串口的配置。ADS1256工作過(guò)程的建立主要通過(guò)對(duì)11個(gè)獨(dú)立寄存器的設(shè)置來(lái)完成，這些寄存器包括了所有需要設(shè)置的信息，如采樣速度、模擬多路開(kāi)關(guān)、PGA設(shè)置、I／ｏ選擇、自校準(zhǔn)等。表1給出了ADS1256的主要寄存器狀態(tài)，其中包括：狀態(tài)寄存器ｓ，rAll7S、模擬多路開(kāi)關(guān)寄存器MUX，ADTMS320C6713在300MHz的時(shí)鐘頻率下實(shí)現(xiàn)控制寄存器ADCON和數(shù)據(jù)速度寄存器DRATE。

表1ADS1256主要寄存器狀態(tài)

ADS1256采用四線制（時(shí)鐘信號(hào)線SCLK，數(shù)據(jù)輸入線DIN、數(shù)據(jù)輸出線DOUT和／CS）SPI通信方式。ADS1256只能工作在SPI通信的從模式下，設(shè)計(jì)時(shí)可以通過(guò)DSP來(lái)控制ADS1256片上的寄存器，并通過(guò)串EL讀寫(xiě)這些寄存器。串口通訊時(shí)，必須保持／CS為低電乎。DRDY引腳用來(lái)表明轉(zhuǎn)換是否已經(jīng)完成，DRDY為低表明轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成。在SPI通信過(guò)程中，可同步地發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)也可利用SCLK和DIN、DOUT信號(hào)同步移動(dòng)，SCLK信號(hào)要盡量保持干凈以免發(fā)生數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，在SCLK的下降沿，可通過(guò)DIN向ADS1256發(fā)送數(shù)據(jù)，而在SCLK的上舟沿，可通過(guò)DOUT從ADS1256讀取數(shù)據(jù)。圖３所示為SPI通訊時(shí)序關(guān)系。

2．硬件設(shè)計(jì)

在TMS320C6713中有2個(gè)多通道緩沖串口（MCBSP），它是一種同步串行接口，支持多種通信方式和SPI協(xié)議。SPI協(xié)議是一種4根信號(hào)線的串行接口協(xié)議，包括主／從兩種模式，通過(guò)串行數(shù)據(jù)輸入、串行數(shù)據(jù)輸出、移位時(shí)鐘、從設(shè)備使能等四個(gè)接口信號(hào)完成串行通信。MCBSP在設(shè)定為時(shí)鐘停止模式時(shí)，可以兼容SPI協(xié)議，MCBSP支持兩種2種SPI傳輸格式，可以通過(guò)對(duì)寄存器SPCR的CLKSTP位操作來(lái)設(shè)置。

ADS1256提供了一個(gè)SPI串行數(shù)字接口，可以靈活方便地和DSP進(jìn)行通信，圖4給出了ADS1256與DSP相連的方式。ADS1256的SPI串行接口工作在從模式下，SPI的串行時(shí)鐘（SCLK）由DSP供給，片選信號(hào)（／CS）為低時(shí)SPI通信才有效。數(shù)據(jù)有效信號(hào)（／DRDY）用來(lái)指示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換是否完成，它在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過(guò)程中為高電平，一且數(shù)據(jù)結(jié)果有效則變成低電平，所以該信號(hào)常與DSP的某中斷輸入（／INT）相連，以便讓DSP及時(shí)響應(yīng)來(lái)讀取轉(zhuǎn)換好的?數(shù)據(jù)。值得一提的是，／DRDY信號(hào)在ADC的工作參數(shù)發(fā)生改變或正在進(jìn)行校正的時(shí)候以及復(fù)位之后也會(huì)處于高電平狀態(tài)，直到轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)再次有效。DSP控制ADS1256的所有命令都是通過(guò)這個(gè)SPI串行接口的數(shù)據(jù)輸入端（DIN）輸送到ADS1256星去的。在ADS1256內(nèi)部有一系列寄存器，這些寄存器控制著ADC具體的工作參數(shù)，由SPI接口傳來(lái)的各種命令就是通過(guò)控制和更改相應(yīng)的寄存器的值來(lái)間接控制ADS1256的工作狀態(tài)。當(dāng)然，是有一些特定的字符來(lái)作為命令字的。

３．軟件設(shè)計(jì)

首先對(duì)TMS320C6713串口的配置和ADS1256通信數(shù)據(jù)的設(shè)置，串口通信字模塊如圖5所示。DSP內(nèi)部產(chǎn)生1MHz的串口時(shí)鐘，串口通信字長(zhǎng)32位，分別為8位指令字節(jié)和24位數(shù)據(jù)字節(jié)。幀同步信號(hào)FSXO設(shè)為低有效，在每個(gè)串口通信字發(fā)送前一個(gè)CLKR0產(chǎn)生。FSXO和數(shù)據(jù)均在CLKR0下降沿送出，持續(xù)一個(gè)串口時(shí)鐘周期，以便ADS1256在上升沿有效采樣。