DSP之信号采集

      信号采集类的外设包括采集模拟信号的模/数转换器和提供数字信号输入、输出功能的通用输入/输出接口。模/数转换器为DSP提供了多通道模拟/数字转换能力，通用输入、输出接口可以完成数字信号的采集，当其被设置为输出模式时，可以通过这些接口对其他设备进行控制。

1 模数转换器（ADC）

TMS320C5509内部集成了一个10位的连续逼近式ADC.

1.1 模数转换器结构和时序

      在数字信号处理器的具体应用中往往需要采集一些模拟信号量，如电池电压、面板旋钮输入值等，模数转换器就是用来将这些模拟量转化 为数字量来供 DSP 使用。 DSP 所提供的模数转换器一次转换可以在四路输入中任选一路进行采样，采样结果为十位，最高采样速率为 21.5kHz 。

        模数转换器采用连续逼近式结构，在模数转换器内部用了三个可 编程分频器来灵活地产生用户需要的采样率。

        整个模数转换过程分为两个周期 —— 采样 / 保持周期及转换周 期，如下图所示。

采样 / 保持周期是采样 / 保持电路采集模拟信号的时间，这个周期 大于或等于 40 μ s ；

转换周期是阻容比较网络在一次采样中完成逼近处理并输出 A/D 转换结果的时间，这需要 13 个转换时钟周期。内部转换时钟的最 大频率为 2MHz 。

 

模数转换主时钟：

ADC Clock = ( System Clock ) / ( SystemClkDiv + 1) ;

模数转换时钟：

ADC Conversion Clock =

      (ADC Clock) / (2 × (ConvRateDiv + 1))

模数转换时钟必须等于或小于 2 MHz ；

         模数采样 / 保持周期：

ADC Sample and Hold Period =

(1 / ( ADC Clock )) / (2 × ( ConvRateDiv + 1 + SampTimeDiv ))

模数采样 / 保持周期必须大于等于 40 μ s

        整个转化周期：

ADC Total Conversion Time =

       ( ADC Sample and Hold Period ) + (13 × (1 / ( ADC Conversion      Clock )))

      应当注意的是模数转换器不能工作于连续模式下，每次开始转换 前， DSP 必须将模数转换控制寄存器（ ADCR ）的 ADCStart 位置 1 ，来命令模数转换器开始转换。当开始转换后， DSP 必须通过查 询模数转换数据寄存器（ ADDR ）的 ADCBusy 位来确定采样是否 结束。当 ADCBusy 位从 1 变为 0 时标志转换完成，采样数据已经被 存放在数模转换器的数据寄存器中。

1.2 模数转换器的寄存器

模数转换器的寄存器包括控制寄存器（ ADCR ）、数据寄存器（ ADDR ）、时钟分频寄存器（ ADCDR ）和时钟控制寄存器（ ADCCR ）

在模数转换开始之前需要对模数转换控制寄存器进行设置，选择所要采集的通道，并通过将 ADCStart 位设置为 1 命令转换开始。

 

接下来给出一个设置模数转换器的例子，在该例子中 DSP 系统主时钟为 144MHz 。

（ 1 ）首先对系统主时钟分频，产生模数转换器时钟，该时钟应尽 量运行在较低频率下，以降低功率消耗，在本例中模数转换器 时钟是通过对系统主时钟 36 分频产生的，则此时模数转换时钟 =144MHz/36=4MHz ，根据公式

            ADC Clock = ( System Clock ) / ( SystemClkDiv + 1)

              得出 SystemClkDiv=35 ；

（ 2 ）对模数转换器时钟分频产生模数转换时钟，该时钟最大值为 2MHz ，为了获得 2MHz 的模数转换时钟，则需要对模数转换 器时钟 2 分频，由

         ADC 转换时钟 = ( ADC Clock ) / (2 × ( ConvRateDiv + 1))

          得出 ConvRateDiv = 0

          ADC 转换时间 = 13 × (1 / ADC Conversion Clock )

          ADC 转换时间 = 13 × (1 / (2 MHz)) = 6.5 μ s ；

（ 3 ）对采样和保持时间进行设置，这个值必须大于 40 μ s

                     ADC 采样和保持时间 =

                       (1 / (ADC Clock)) / (2 × (ConvRateDiv + 1 + SampTimeDiv))

                     = (1 / (4 MHz)) / (2 × (0 + 1 + SampTimeDiv))

                     = 250 ns × (2 × (0 + 1 + 79)) = 40 μ s

                     SampTimeDiv=79 ；

（ 4 ）整个转换时间为 40 μ s 的采样和保持时间加上 6.5 μ s 的转换时 间等于 46.5 μ s ，采样率 =1/46.5 μ s =21.5 kHz 。

 

1.3使用方法及实例

          C55x 芯片支持库为模数转换器提供了相应的函数，应用这些函数 可以对模数转换器进行配置、读取采样数据。使用片支持函数与 直接用汇编语言对外设操作相比，片支持函数采用标准模式对外 围设备进行编程，而汇编语言对外设操作没有统一的模式，需要 对不同的外设采用不同的编程方式；片支持函数可以用 open 和 close 函数控制外设资源，这样对操作多通道外设更加有利；片支 持函数采用完整的符号描述所有外设寄存器和寄存器字段，而不 是只针对特定的器件，更加有利于硬件升级时代码的继承性。

          使用模数转换器片支持库首先要在头文件中包含 csl_adc.h 文 件，接下来就可以调用模数转换库函数了。

用片支持库配置模数转换器有两种方式 —— 以寄存器为基础的配 置和以参数为基础的配置方式，首先介绍以寄存器为基础的配置 方式：

          以寄存器为基础的配置方式首先要声明 ADC 配置结构，具体 声明如下：

ADC_Config Config = {

0x0000, /* ADCR , 对 0 通道采样 */

0x0023, /* ADCCR ， SystemClkDiv=35 */

0x4F00  /* ADCDR ， SampTimeDiv=79 ， ConvRateDiv=0*/

}

接下来运行配置函数：

ADC_config(&Config);

以参数为基础的配置方式通过 ADC_setFreq 函数进行，该函数定 义如下：

void ADC_setFreq(

int cpuclkdiv, // 数值范围 0-255

int convratediv, // 数值范围 0-16

int sampletimediv); // 数值范围 0-255

接着给出调用的例子：

int i=35,j=0,k=79;

ADC_setFreq(i,j,k);

配置好模数转换器后就可以用 ADC_read 函数完成采样过程，下面 给出例子：

int channel=0,samplenumber=3;

Uint16 samplestorage[3]={0,0,0};

ADC_read(channel,samplestorage,samplenumber);

/* 对模拟输入 0 通道进行 3 次采样， */

/* 采样的结果放在 samplestorage 数组中 */

 

2 通用输入/输出端口GPIO

  1 GPIO口概述

        TMS320VC5510 提供了 8 个专门的通用输入 / 输出引脚 IO0 ～ IO7 ，每个引脚的方向可以由 I/O 方向寄存器 IODIR 独立地配置， 引脚上的输入 / 输出逻辑状态由 I/O 数据寄存器 IODATA 反映，见下 表。

GPIO 方向寄存器 IODIR

位	字     段	数     值	说     明
15 ～ 8	Reserved		保留位
7 ～ 0	IO x DIR *	0 1	IOx 方向控制位 IOx 配置为输入 IOx 配置为输出

GPIO 数据寄存器 IODATA

位	字     段	数     值	说     明
15 ～ 8	Reserved		保留位
7 ～ 0	IOxD*	0 1	IOx 逻辑状态位 IOx 引脚上的信号为低电平 IOx 引脚上的信号为高电平

2 上电模式设定

C55x 系列 DSP 通用输入 / 输出端口的另一个作用是在 DSP 上电时通 过测试这些端口的高低电平来决定上电引导模式。

        以 TMS320VC5510 为例，其 IO1 ～ IO3 引脚的另一个功能是 BOOTM0 ～ BOOTM2 ，它们和 BOOTM3 引脚通过上下拉方式决 定如何引导，接下来给出了 C5510 的引导方式。

C5510 的引导方式

BOOTM[3:0]	引 导 方 式
0000	无
0001	从 McBSP0 口用 24 位地址采用 SPI 模式引导（串行 EEROM ）
0010 ～ 0111	保留
1000	无
1001	从 McBSP0 口用 16 位地址采用 SPI 模式引导（串行 EEROM ）
1010	通过并行 EMIF 接口从外部 8 比特异步存储器引导
1011	通过并行 EMIF 接口从外部 16 比特异步存储器引导
1100	通过并行 EMIF 接口从外部 32 比特异步存储器引导
1101	EHPI 口引导
1110	从 McBSP0 口采用 16 比特标准串行模式引导
1111	从 McBSP0 口采用 8 比特标准串行模式引导

下面给出了通过 GPIO 口设置上电方式的示意图。

3 驱动程序开发

应用通用输入 / 输出口（ GPIO ）芯片支持函数需要在头文件包含 csl_gpio.h 文件。

          输入 / 输出口（ GPIO ）芯片支持函数包括读 GPIO 寄存器函数 和写 GPIO 寄存器函数，首先介绍读 GPIO 寄存器函数 GPIO_RGET() 。该函数有一个输入参数，这个参数是 IODIR 时读 取 GPIO 方向寄存器，参数为 IODATA 读取 GPIO 数据寄存器。下 面给出读取 GPIO 数据寄存器的例子：

int iodata;

iodata = GPIO_RGET （ IODATA ） ;

GPIO_RSET() 的功能是设置 GPIO 寄存器，该函数有两个参数， 第一个参数决定设置的那个寄存器，第二个参数为寄存器值。举 例如下：

GPIO_RSET （ IODIR, iodata ） ;

4  通用输入/输出GPIO的测试

GPIO 作为通用的输入 / 输出端口，其方向通过 I/O 方向寄存器 IODIR 可以设置，并且引脚上的电平通过 I/O 数据寄存器 IODATA 来反映，

CPU 和 DMA 控制器可以在 I/O 空间访问这两个寄存器。

       

GPIO 的测试分为输入口测试和输出口测试两种。

1 ．输入口测试

输入口测试步骤如下：

（ 1 ）通过 I/O 方向寄存器 IODIR 设置某一个引脚为输入方向；

（ 2 ）在已设置为输入方向的引脚上外加 LVTTL 信号；

（ 3 ） DSP 访问 I/O 数据寄存器 IODATA ，查看引脚上的逻辑电平 ，与外加 LVTTL 电平进行比较，来检测输入口是否工作正常。

2 ．输出口测试

输出口测试步骤如下：

（ 1 ）通过 I/O 方向寄存器 IODIR 设置某一个引脚为输出方向；

（ 2 ）在 I/O 数据寄存器 IODATA 上设置这个引脚的逻辑电平；

（ 3 ）测量引脚的电平，与设置的逻辑电平相比较来检测输出口是 否正常工作。