1 引言
近年來，數(shù)字信號處理器(title="DSP">DSP)的應用越來越廣泛,，其中TMS320F2812作為目前數(shù)字控制領域中性能較高的DSP芯片,，被廣泛應用于電機控制、工業(yè)自動化,、家用電器和消費電子等領域,。由于TMS320F2812本身不具有D／A轉換模塊，因此在很多需要模擬量輸出的控制場合受到限制,。所以D／A轉換芯片如何與TMS320F2812進行接口,，成為數(shù)字信號處理系統(tǒng)需要解決的一個重要問題。這里介紹了四路8位電壓輸出數(shù)字一模擬轉換器TLC5620I,，并給出TLC5620I與TMS320F2812串口接口的軟,、硬件設計實現(xiàn)方法。
2 TMS320F2812的SPI工作原理
TMS320F2812的SPI模塊的9個寄存器用來控制SPI的操作,，其中SPICCR設置SPI的軟件復位,、移位時鐘極性字符長度；SPICTL設置SPI的時鐘相位,、工作模式等,；SPISTS中包括溢出標志位、中斷標志位等,；SPIBRR設置SPI波特率,；SPIRXBUF和SPITXBUF為數(shù)據(jù)接收和發(fā)送緩沖寄存器，SP-IDAT用于發(fā)送／接收移位寄存器,；SPIRXEMU僅用于仿真,；SPIPRI控制中斷優(yōu)先級,。該器件的SPI接口有一個16級的FIFO，用來減少CPU的開銷,。圖1為SPI模塊與CPU接口結構框圖,。
由圖1可知，SPI模塊數(shù)據(jù)傳輸由40,、41,、34、35引腳完成,，其引腳功能見表1,。
TMS320F2812支持125種不同的波特率和4種不同的時鐘模式。根據(jù)SPI的工作模式(從動或主控),，引腳SPICLK可分別接收一個外部的SPI時鐘信號或由片內(nèi)提供SPI時鐘信號,。
在該設計中，SPI工作在主控模式,，SPI時鐘由片內(nèi)的SPI產(chǎn)生并由SPICLK引腳輸出,。TMS320F2812波特率的設置是由系統(tǒng)的低速外設模塊時鐘頻率LSPCLK和SPI主控制器中的SPIBRR寄存器的值決定的，其計算公式如下：
SPI波特率=LSPCLK／(SPIBRR+1)SPIBRR=3～127
SPI波特率=LSPCLK／4 SPIBRR="0",、1,、2
引腳SPICLK上的四種不同的時鐘模式是由時鐘極性位和時鐘相位位控制的，其中時鐘極性位選擇時鐘有效沿為上升沿還是下降沿,，時鐘相位位則設定是否選擇時鐘的1/2周期延時,。四種不同的時鐘模式如表2所示。
3 TLC5620I簡介
TLC5620I是四路8位電壓輸出數(shù)模轉換器(DAC),，帶有緩沖基準輸入端(高阻抗),，包含上電復位功能以確保可重復啟動,，用5 V電源工作,。DAC產(chǎn)生范圍在基準電壓一倍或兩倍與地(GND)之間的輸出電壓，且DAC是單調(diào)變化的,。TLC5620I使用4個電阻串(resistor-string)來實現(xiàn)D／A轉換,。每個D／A轉換的核心是帶有256個抽頭的單電阻，分別對應256個可能的代碼,。每個電阻串的一端連接到GND端,，另一端由基準輸入緩沖器的輸出饋電。通過使用電阻串保持單調(diào)性,。線性度取決于電阻元件的一致性以及輸出緩沖器的性能,。由于輸入端是經(jīng)過緩沖的，所以DAC對于基準源總是呈現(xiàn)為高阻抗負載。每一個DAC的輸出由可配置增益輸出放大緩沖,，它可以配置為一倍或兩倍增益,。
通過簡單的3線串行總線可數(shù)字控制TLC5620I，此總線與CMOS兼容且易于與所有常用的微處理器作為控制器器件接口,。11位的命令字由8位數(shù)據(jù)(D0～D7),，2個DAC選擇位(A0、A1)和1個范圍位(RNG)組成,。后者允許在一倍或兩倍輸出范圍之間作選擇,。DAC寄存器是雙緩沖的，允許完整的新數(shù)值組寫入器件,，然后DAC輸出通過LDAC端的控制同時更新,。每個通道輸出的電壓V0由下式計算：
V0=REF×(CODE／256)×(1+RNG bit value)
式中，REF為相應通道基準電壓,，CODE是從數(shù)據(jù)位(D7～D0)計算出的十進制數(shù),，RNG是范圍位串行控制字的0或1。
4 TLC5620I和TMS320F2812的接口電路
圖2為TLC5620I和TMS320F2812的接口電路,。
該設計中,，引出4路D／A轉換通道電壓,，均由LM358構成電壓跟隨器輸出,，如圖3所示。該圖為AD0和AD1口由LM358組成的同向放大電路,。AD2和AD3的放大電路與之相同,。
TMS320F2812在引腳SPISIMO上將數(shù)據(jù)輸出，與之相對應的是TLC5620I的DATA數(shù)據(jù)接收引腳：TMS320F2812的SPICLK引腳和TLC5620I的CLK引腳相對應,，二者共用串行時鐘,；TMS320F2812的IOPB1模擬控制TLC5620I的LOAD引腳電平，以鎖存數(shù)據(jù),，更新輸出電壓,。在數(shù)據(jù)傳輸時，有兩種方式控制TLC5620I輸出電壓的更新：LOAD引腳控制更新和LDAC引腳控制更新,。該設計采用LOAD引腳控制更新方式,，此時，LDAC引腳接低電平,。開始控制LOAD為高電平,，數(shù)據(jù)在CLK引腳的每一個下降沿與時鐘同步從DATA引腳輸入。當所有的數(shù)據(jù)傳輸完畢時,，控制LDAD引腳跳至低電平,，所選擇的D／A通道的輸出電壓得到更新。由于TLC5620I的控制信號要求的VIH較高,，所以需要將DSP輸出的SPI-CLK,、SPISIMO以及I／O口模擬的CS信號的高電平提高,，該設計采用MM74HC08器件來實現(xiàn)。
5 軟件設計
由于TLC5620I的工作頻率是1 MHz,，故將DSP的SPI通信頻率也設置為1 MHz,。程序采用C語言模塊化編寫，其流程如圖4所示,，圖4a主程序完成系統(tǒng)初始化,，中斷使能，等待中斷等工作,；圖4b中斷服務程序主要完成輸出電壓的數(shù)字量計算和數(shù)據(jù)發(fā)送等工作,。在編寫程序過程中，要注意TMS320F2812的低速外設預分頻和通信頻率間的關系,。
利用該實驗程序,，可以通過示波器在DACOUT0和DA-COUT1接口輸出端觀測到三角波，利用萬能表在DACOUT2接口輸出端測得電壓為2．475 V,，在DACOUT3接口輸出端測得電壓為1．65 V,。
6 結束語
以TMS320F2812與TLC5620I為例，詳細討論兩者的串口通信的硬件接口及軟件設計,，實現(xiàn)數(shù)字信號到模擬信號的轉換,，擴展TMS320TMS320F2812在控制領域的應用范圍。在設計過程中,，充分利用TMS320F2812的SPI模塊,，只有少量的數(shù)據(jù)線和控制線，使電路設計簡化,，提高了設計可靠性,，并在實際應用中效果良好。