從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)閉環(huán)的控制。另外通過(guò)對(duì)DSP軟件的修改,，該模塊還可以單獨(dú)實(shí)現(xiàn)A/D或者D/A功能,。

該設(shè)計(jì)中A/D,，D/A模塊具備以下功能：

(1)提供2路16位A/D，輸入信號(hào)范圍±5 V,，精度要求小于士16 LSB,；

(2)提供2路16位D/A，輸出信號(hào)范圍±5 V,，精度要求小于土8 LSB,，受系統(tǒng)復(fù)位控制；

(3)使用TI公司DSP(TMS320VC33)作為板載處理器,，該DSP主要實(shí)現(xiàn)管理A/D和D/A,、運(yùn)行控制算法、與主機(jī)通信功能,，并受系統(tǒng)復(fù)位控制,；

(4)DSP與主機(jī)采用雙口RAM(IDT7133)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換功能。

1 設(shè)計(jì)原理

如圖1硬件結(jié)構(gòu)框圖所示,，該模塊采用TI公司高性能CPU器件TMS320VC33為核心,。模塊通過(guò)PCI9052芯片與CPCI總線連接，PCI9052的本地總線的信號(hào)連接到雙口RAM的一端,。雙口RAM的另一端通過(guò)電平緩沖器連接DSP,。

智能AD，DA模塊設(shè)計(jì)[圖]" height="429" src="http://files.chinaaet.com/images/20110509/0a34e834-ceb2-4d1e-97fa-7cf0f31377bf.jpg" width="560" />

DSP核心電路包括DSP芯片TMS320VC33,、數(shù)據(jù)RAM CY7C1041VC33,、程序FLASH芯片SST39VF800A組成；DSP的地址,、數(shù)據(jù),、控制總線通過(guò)電平緩沖器件連接雙口RAM、A/D芯片,、D/A芯片,、CPLD。DSP通過(guò)雙口RAM芯片與主控計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,；A/D芯片的初始化以及讀寫(xiě)操作也由DSP負(fù)責(zé)完成,；DSP控制D/A芯片輸出模擬信號(hào)；CPLD內(nèi)部主要實(shí)現(xiàn)組合邏輯功能,，將DSP輸入的控制信號(hào)譯碼,，然后輸出給雙口RAM以及A/D,，D/A等功能芯片使用。

雙口RAM芯片是實(shí)現(xiàn)智能板的重要組成,，由于DSP與主控計(jì)算機(jī)的地址空間資源是分別進(jìn)行獨(dú)立分配的,，無(wú)法直接進(jìn)行互相訪問(wèn)，在兩者之間需要一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖,，雙口RAM的特點(diǎn)使其可以滿足這個(gè)要求。

2 實(shí)現(xiàn)方法

2．1 主要原器件選擇

在該設(shè)計(jì)中采用成熟技術(shù),，選用常用,、可靠的控制芯片,，結(jié)合一些常用的外圍電路和專(zhuān)用電路實(shí)現(xiàn)全部的功能,。即選擇PC19052作為接口芯片,，利用該芯片實(shí)現(xiàn)PCI總線從接口邏輯。

選擇TMS320VC33作為板載處理芯片,，該芯片是TI公司推出的專(zhuān)門(mén)用于實(shí)現(xiàn)浮點(diǎn)運(yùn)算的高性能DSP,，數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng),，并且包含豐富的外圍電路擴(kuò)展接口,。

為了實(shí)現(xiàn)模塊上的電平轉(zhuǎn)換功能，選擇應(yīng)用比較廣泛SN74ALVC164245DL作為電平轉(zhuǎn)換緩沖芯片,。

2．2 PCI9052與雙口RAM硬件接口實(shí)現(xiàn)

如圖3所示PCI9052與雙口RAM連接的本地總線信號(hào)包括地址,、數(shù)據(jù)、控制信號(hào)3個(gè)部分,。地址總線寬度為12位,，數(shù)據(jù)總線寬度為16位，因此尋址空間為2 KB的16 b地址空間,。控制信號(hào)包括讀寫(xiě)控制信號(hào)和外設(shè)準(zhǔn)備完成信號(hào),，當(dāng)雙口RAM將外設(shè)準(zhǔn)備完成信號(hào)拉低后,，主機(jī)就可以通過(guò)輸出讀寫(xiě)控制信號(hào)對(duì)雙口RAM進(jìn)行讀寫(xiě)的操作。

2．3 DSP設(shè)計(jì)核心電路設(shè)計(jì)

DSP是整個(gè)設(shè)計(jì)核心,，DSP核心電路由DSP芯片、FLASH和RAM三個(gè)部分組成,。DSP通過(guò)雙口RAM與處理計(jì)算機(jī)交換數(shù)據(jù),。

如圖3所示,，DSP核心電路設(shè)計(jì)如下所述。DSP的電源包括核心工作電壓1．8 V與I/O電壓3．3 V兩種,，分別由板上電源模塊提供,。時(shí)鐘信號(hào)由外接晶振提供。復(fù)位信號(hào)由CPLD提供,，由于DSP的I/O電壓為3．3 V,，在與I/O電平標(biāo)準(zhǔn)為+5 V的信號(hào)連接時(shí)需要進(jìn)行3．3～5 V之間的電平轉(zhuǎn)換。中斷信號(hào)同樣通過(guò)電平轉(zhuǎn)換器件連接到CPLD,。地址和數(shù)據(jù)總線根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)的需要連接功能器件,。JTAG接口連接到模塊的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的雙列14腳直插連接器上,。Page0～3信號(hào)通過(guò)電平轉(zhuǎn)換器件連接到CPLD,。 

2．4 電源設(shè)計(jì)

系統(tǒng)電源包括+5 V．3．3 V,，1．8 V,，+15 V，-15 V,。

DSP芯片核心電壓為1．8 V,，I/O電壓為3．3 V,，所以需要該板提供3．3 V和1．8 V兩個(gè)電壓源,。D/A芯片需要提供+15 V,，-15 V兩種電源。+5 V電源是由系統(tǒng)提供,，其他的電源均由+5 V電源轉(zhuǎn)換獲得,。

對(duì)于線性穩(wěn)壓來(lái)說(shuō),，其特點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,，所需元件數(shù)量少,，輸入/輸出壓差可以很大,，但其致命弱點(diǎn)就是效率低，功耗高。DC-DC電路的特點(diǎn)是效率高,，升降壓靈活,，缺點(diǎn)是干擾和紋波較大,。

對(duì)比凌特公司、國(guó)家半導(dǎo)體公司,、德州儀器公司等的同類(lèi)型電壓轉(zhuǎn)換芯片,，選取德州儀器公司的TPS73HD318模塊作為3．3 V和1．8 V電壓轉(zhuǎn)換芯片,。選用RECOM公：REC3-0515DRW完成+5 V和+15 V,，-15 V之間電壓轉(zhuǎn)換,。他們具有90％以上的轉(zhuǎn)換效率,、簡(jiǎn)單的外圍電路,、更小的封裝、2．5％以下的紋波電壓等特點(diǎn)。

2．5 復(fù)位設(shè)計(jì)

如圖4所示，復(fù)位的輸入包括兩個(gè)部分：MAX1232輸出的RESETA和電源芯片TPS73HD318輸出的RESETB。MAX1232的輸入為手動(dòng)復(fù)位信號(hào)輸入和看門(mén)狗喂狗信號(hào)輸入。手動(dòng)復(fù)位信號(hào)來(lái)自復(fù)位按鈕，喂狗信號(hào)來(lái)自CPLD。復(fù)位輸出2個(gè)信號(hào)分別給DSP,，D/A使用。

2．6 電平轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)

由于DSP的接口電平為3．3 V,，CPLD和PC19052接口電平為5 V，為了將兩部分兼容起來(lái),，需要使用電平轉(zhuǎn)換緩沖芯片,。如圖5所示該器件有兩個(gè)供電電源,、兩個(gè)方向控制端、兩個(gè)使能端,。通過(guò)連接不同的電壓源可以為器件的信號(hào)引腳提供不同的電平,。

2．7 A/D,，D/A設(shè)計(jì)

A/D和D/A芯片通過(guò)電平緩沖期間與DSP的地址數(shù)據(jù)總線連接,，由DSP芯片負(fù)責(zé)A/D和D/A的初始化以及讀寫(xiě)控制。

3 CPLD邏輯設(shè)計(jì)

CPLD片內(nèi)邏輯實(shí)現(xiàn)描述框圖見(jiàn)圖6,。在CPLD內(nèi)部主要實(shí)現(xiàn)了三個(gè)的功能,，與DSP總線的邏輯接口、內(nèi)部的寄存器,、控制邏輯。

與DSP總線的接口邏輯實(shí)現(xiàn)與DSP邏輯接口,，使DSP對(duì)CPLD的內(nèi)部寄存器可以進(jìn)行訪問(wèn),。狀態(tài)寄存器為只讀寄存器,，用來(lái)讀取中斷狀態(tài),、與雙口RAM進(jìn)行通信的標(biāo)志位等信息,；控制寄存器為只寫(xiě)寄存器,，用來(lái)控制中斷屏蔽、修改通信的標(biāo)志位。組合邏輯主要用來(lái)進(jìn)行地址譯碼,、讀寫(xiě)譯碼。

4 DSP軟件設(shè)計(jì)

DSP軟件開(kāi)發(fā)主要是在TI提供的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境CCS下，充分利用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)DSP/BIOS的強(qiáng)大功能,，結(jié)合自己特定的處理算法．快速構(gòu)筑一個(gè)滿足需求的高效率的軟件系統(tǒng),。在設(shè)計(jì)中,，對(duì)DSP的初始化是必須的,，該設(shè)計(jì)主要應(yīng)用于實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中,，其電路的主要功能是用于采集、運(yùn)算、輸出,。程序流程圖如圖7所示,，上電后存儲(chǔ)在FLASH內(nèi)的程序開(kāi)始運(yùn)行,，DSP開(kāi)始依次初始化RAM存儲(chǔ)器,、CPLD內(nèi)部寄存器、A/D寄存器,、D/A寄存器,。初始化完成后開(kāi)始讀取A/D輸入，由于A/D轉(zhuǎn)換速度比讀取的速度慢,，在讀取過(guò)程中需要查詢A/D轉(zhuǎn)換狀態(tài),，等待A/D芯片輸出轉(zhuǎn)換完成信號(hào)。將讀取的數(shù)據(jù)寫(xiě)入雙口RAM的指定位置，并刷新雙口RAM和CPLD內(nèi)部的標(biāo)志位,，通知主機(jī)讀取數(shù)據(jù),。對(duì)A/D數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算,，根據(jù)運(yùn)算結(jié)果控制D/A輸出,，等待查詢D/A轉(zhuǎn)換完成之后,，程序再次跳轉(zhuǎn)至讀取A/D,。

5 結(jié) 語(yǔ)

將該設(shè)計(jì)用于某一伺服控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)功能,，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性給予了足夠的關(guān)注,。經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間考核，本系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠,。