TLC5620I与TMS320F2812接口设计与应用

关键字：TLC5620I TMS320F2812 接口设计
　　1 引言
    　　近年来，数字信号处理器的应用越来越广泛，数字信号处理器并非只局限于音视频层面，它广泛的应用于通信与信息系统、信号与信息处理、自动控制、雷达、军事、航空航天、医疗、家用电器等许多领域。以往是采用通用的微处理器来完成大量数字信号处理运算，速度较慢，难以满足实际需要；而同时使用位片式微处理器和快速并联乘法器，曾经是实现数字信号处理的有效途径，但此方法器件较多，逻辑设计和程序设计复杂，耗电较大，价格昂贵。数字信号处理器DSP的出现，很好的解决了上述问题。DSP可以快速的实现对信号的采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等处理，以得到符合人们需要的信号形式。
       2 TMS320F2812的SPI工作原理
    　　TMS320F2812数字信号处理器是TI公司最新推出的32位定点DSP（Digital signal o数字信号处理器）控制器，是目前控制领域最先进的处理器之一。其频率高达150MHz，大大提高了控制系统的控制精度和芯片处理能力。TMS320F2812芯片基于C/C++高效32位TMS320C28x DSP内核，并提供浮点数学函数库，从而可以在定点处理器上方便地实现浮点运算。在高精度伺服控制、可变频电源、UPS电源等领域广泛应用，同时是电机等数字化控制产品升级的最佳选择。
   
    　　图1为SPI模块与CPU接口结构框图。
    　　由图1可知，SPI模块数据传输由40、41、34、35引脚完成，其引脚功能见表1。
   
    　　TMS320F2812支持125种不同的波特率和4种不同的时钟模式。根据SPI的工作模式（从动或主控），引脚SPICLK可分别接收一个外部的SPI时钟信号或由片内提供SPI时钟信号。
    　　在该设计中，SPI工作在主控模式，SPI时钟由片内的SPI产生并由SPICLK引脚输出。TMS320F2812波特率的设置是由系统的低速外设模块时钟频率LSPCLK和SPI主控制器中的SPIBRR寄存器的值决定的，其计算公式如下：
    　　SPI波特率=LSPCLK／（SPIBRR+1）SPIBRR=3～127
    　　SPI波特率=LSPCLK／4 SPIBRR="0"、1、2
    　　引脚SPICLK上的四种不同的时钟模式是由时钟极性位和时钟相位位控制的，其中时钟极性位选择时钟有效沿为上升沿还是下降沿，时钟相位位则设定是否选择时钟的1/2周期延时。四种不同的时钟模式如表2所示。
   
    　　3 TLC5620I简介
    　　TLC5620I是四路8位电压输出数模转换器（DAC），带有缓冲基准输入端（高阻抗），包含上电复位功能以确保可重复启动，用5 V电源工作。每个D／A转换的核心是带有256个抽头的单电阻，分别对应256个可能的代码。每个电阻串的一端连接到GND端，另一端由基准输入缓冲器的输出馈电。通过使用电阻串保持单调性。线性度取决于电阻元件的一致性以及输出缓冲器的性能。由于输入端是经过缓冲的，所以DAC对于基准源总是呈现为高阻抗负载。每一个DAC的输出由可配置增益输出放大缓冲，它可以配置为一倍或两倍增益。
    　　通过简单的3线串行总线可数字控制TLC5620I，此总线与CMOS兼容且易于与所有常用的微处理器作为控制器器件接口。11位的命令字由8位数据（D0～D7），2个DAC选择位（A0、A1）和1个范围位（RNG）组成。后者允许在一倍或两倍输出范围之间作选择。DAC寄存器是双缓冲的，允许完整的新数值组写入器件，然后DAC输出通过LDAC端的控制同时更新。每个通道输出的电压V0由下式计算：
    　　V0=REF×（CODE／256）×（1+RNG bit value）
    　　式中，REF为相应通道基准电压，CODE是从数据位（D7～D0）计算出的十进制数，RNG是范围位串行控制字的0或1。
    　　4 TLC5620I和TMS320F2812的接口电路
   
    　　该设计中，引出4路D／A转换通道电压，均由LM358构成电压跟随器输出，如图3所示。该图为AD0和AD1口由LM358组成的同向放大电路。AD2和AD3的放大电路与之相同。
   
    　　TMS320F2812在引脚SPISIMO上将数据输出，与之相对应的是TLC5620I的DATA数据接收引脚：TMS320F2812的SPICLK引脚和TLC5620I的CLK引脚相对应，二者共用串行时钟；TMS320F2812的IOPB1模拟控制TLC5620I的LOAD引脚电平，以锁存数据，更新输出电压。当所有的数据传输完毕时，控制LDAD引脚跳至低电平，所选择的D／A通道的输出电压得到更新。由于TLC5620I的控制信号要求的VIH较高，所以需要将DSP输出的SPI-CLK、SPISIMO以及I／O口模拟的CS信号的高电平提高，该设计采用MM74HC08器件来实现。
    　　5 软件设计
    　　由于TLC5620I的工作频率是1 MHz，故将DSP的SPI通信频率也设置为1 MHz。程序采用C语言模块化编写，其流程如图4所示，图4a主程序完成系统初始化，中断使能，等待中断等工作；图4b中断服务程序主要完成输出电压的数字量计算和数据发送等工作。在编写程序过程中，要注意TMS320F2812的低速外设预分频和通信频率间的关系。
   
   
    　　利用该实验程序，可以通过示波器在DACOUT0和DA-COUT1接口输出端观测到三角波，利用万能表在DACOUT2接口输出端测得电压为2.475 V，在DACOUT3接口输出端测得电压为1.65 V。
    　　6 结束语
    　　以TMS320F2812与TLC5620I为例，详细讨论两者的串口通信的硬件接口及软件设计，实现数字信号到模拟信号的转换，扩展TMS320TMS320F2812在控制领域的应用范围。在设计过程中，充分利用TMS320F2812的SPI模块，只有少量的数据线和控制线，使电路设计简化，提高了设计可靠性，并在实际应用中效果良好使产品更便宜。