高速DSP与串行A/D转换器TLC2558接口的设计

摘 要：根据高速定点DSP芯片TMS320F206的特点，提出使用串行A/D转换器TLC2558作为DSP系统的模拟量输入部分，解决了以往基于并行数据传输的A/D转换器不能与高速DSP进行很好配合的问题。在此基础上设计了DSP与串行A/D转换器连接的硬件电路，并就A/D转换在软件设计时应注意的问题进行了探讨。

DSP（Digital Signal Processor）芯片与单片机相比，具有运算速度更快、功能更强的特点，它自诞生以来在工业控制领域的应用越来越广泛。随着DSP芯片应用的普及，DSP处理速度快的特点使它在与普通A/D转换器接口时遇上了困难，使普通的、以并行接口传输数据的A/D转换器与DSP接口时出现读数不可靠的问题。为此，需要利用DSP芯片的其它接口资源作为A/D转换数据的输入。

1 芯片简介

1．1 TMS320F206

TMS320F206是TI公司TMS320C2xx系列16位高速定点DSP芯片，具有先进的哈佛结构，采用流水线操作和高度专业化的指令系统，集成了片内外围设备和片内存储器。当采用20MHz晶振作为时钟源时，它的主时钟周期为50ns。F206芯片具有一个同步串行口，它能提供与编译码器、串行A/D转换器等串行器件的直接通信。在20MHz的时钟下，发送和接收操作的最大传输速率是10Mbit/s，并有四级深度的发送和接收FIFO缓冲器，在与同步串行口相关的引脚中，DX为发送串行数据引脚；FSX是帧同步信号，用来启动传送（数据帧的开始）；CLKX为发送时钟信号，定时进行位传送。同步串行口接收部分对应的引脚相应为DR、FSR和CLKR。

1．2 TLC2558

TLC2558也是TI公司生产的高性能12位串行模数转换器，共有8路模拟通道，最大采样率为400ksps，自带有8级FIFO，输入模拟量电压在0～5V之间。TLC2558的内部结构原理如图1所示。由图1可见，TLC2558由控制逻辑电路、A/D转换器、多路转换开关和采样/保持器、参考电压、FIFO、配置寄存器（CFR）和命令寄存器（CMR）等部分构成。配置寄存器（CFR）用来设定TLC2558的工作方式，它和外部的控制信号一起可以有效地控制芯片的工作，包括采样、转换、读取数据等；命令寄存器CMR用来选择模拟量输入通道和读写CFR。在外接的信号中，SCLK引脚接时钟信号，芯片通过引脚SDI在SCLK时钟的下降沿接收数据，通过引脚SDO在SCLK时钟的上升沿传送数据；CS/为片选信号；FS为DSP帧同步输入，表示串行数据帧开始输入或输出；在扩展采样时，CSTART/可用来控制模拟输入采样的开始：高电平到低电平的跳变开始模拟输入信号的采样，而低电平到高电平的跳变则置S/H为保持模式并启动转换，如不用，可将此引脚接正电源；PWDN/为逻辑零时，模拟及基准电路均断电，使芯片低功耗运行。INT/可设定为主处理器的终端输出信号，INT/的下降沿表示数据已转换完毕，请求CPU接收数据。AD转换器采用12位的逐次逼近的ADC。TLC2558片内还包含了一个8级12位的FIFO缓冲器，数据转换完后，放入FIFO中等待主处理器读取数据，使用者能够根据需要通过配置CFR选择FIFO中数据满2个、4个、6个、8个时或不经过FIFO，由CPU读取，这样可以使用户根据需要灵活选择DSP读取数据的方式。

2 硬件设计

在分析了F206同步串行口和串行A/D转换器TLC2558外接信号的特点后，可以利用TLC2558能与F206的同步串行口进行无缝连接的特点，在F206的同步时钟信号的作用下完成A/D转换数据的传输。图2是F206的同步串行口与TLC2558的硬件接口原理图。图中，A/D转换器的A0～A7为模拟量输入端，REFP与REFM分别接5V正电源和5V地线，使A/D模拟量输入范围为0～5V；FS接F206同步串行口的FSX和FSR，使数据输入和输出的帧脉冲信号均由DSP产生；FSX和FSR相连使DSP的输入帧脉冲和输出帧脉冲不再独立，保证同步串行口数据的发送接收操作以相同的帧时钟进行；SCLK接F206的CLKR和CLKX，这样，数据输入和输出的同步时钟信号均来自DSP；SDI和SDO分别接DSP同步串口信号输出、输入脚DX、DR，其中，SDI引脚用来接收DSP发送的命令，并写入命令寄存器CMR和配置寄存器CFR，设定A/D转换器的工作方式和采样通道；CS/接DSP的XF，此时，XF相当于具有闭锁功能的输出脚，正常时为高电平，当需要对A/D进行读/写信息时，使XF输出低电平，选中A/D，然后再对A/D进行操作；INT/接DSP的BIO/，当TLC2558的FIFO中已转换的数据达到规定数量时，芯片发中断信号（INT/变低）通知DSP读取数据，这样，DSP就能以查询方式检测到BIO/为低电平，然后读取数据。

通过对TLC2558的配置寄存器CFR进行写操作，可以选择A/D转换的转换方式，TLC2558共有四种转换方式：（1）单次模式，它是唯一不用FIFO的模式，每采样一次，就