毕业设计（论文）基于DSP的PCI采集卡设计.doc

南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文）题目： 基于DSP的PCI采集卡设计 专 业： 自动化（测控技术与仪器） 班 级： 测控031 学 号： 203030610 学生姓名： 指导教师： 起迄日期： 2007.32007.6 设计地点： 实验楼 _Graduation Design (Thesis)The Acquisition System Based On DSP & PCIByDU JijunSupervised byPrelector： LIN JianDepartment of Automation EngineeringNanjing Institute of TechnologyJune, 2007摘 要根据智能仪表对数据采集装置不同的技术要求，可以提出不同结构的数据采集装置。例如以单片机为核心的数据采集系统以及以数字信号处理器DSP为核心的数据采集系统。本论文即针对以DSP为核心，以PCI总线为通讯方式的中低速数据采集系统的研究。首先根据整个数据采集系统的需求，构架了硬件总体设计方案，并进行了一定的可行性分析，主要突出了DSP的高速度、高精度运算能力，灵活的可编程性、PCI总线通讯方式等技术特点。根据设计方案，构建了模块化、统一化的硬件结构体系，包括逻辑处理单元、电源单元、PCI总线与DSP通讯接口单元以及DSP主单元。在设计硬件系统原理图的基础上，还具体分析了数据采集系统各个硬件部分的调试方法和软件设计应注意的事项。此外，DSP软件设计集成开发环境也进行了简单的讨论。在简单介绍TMS320系列DSP的具有强大集成能力的开发环境CCS（Code Compose Studio）的基础上，阐述了采用DSP汇编语言设计编写系统的主程序流程、AD转换程序流程等。同时基于软硬件设计的基础上对系统进行了调试，论文也一并述及到了调试过程与调试过程中遇到的问题及其解决办法。关键词：DSP；数据采集；PCI总线；双端口SRAM；A/D转换；D/A转换ABSTRACTAccording to the technical require of the data acquisition system in the intelligent device, there are many of data acquisition system that based on different structure, such as the data acquisition system based on micro-computer or based on digital signal processor and so on.The thesis is mainly about the data acquisition system that based on digital signal processor and PCI Bus. First, according to the requires of the data acquisition system, build up the hardware basis of the system and discuss feasibility of the system that based on DSP and PCI Bus. The thesis gives prominence to the characteristic of DSP, such as high performance, high precision, flexible programmable and the characteristic of PCI Bus such as high speed of data transmission. According to the design project, design the modularization of the hardware system. Include logic cell of control, power supply cell, the communication cell between DSP and PCI Bus and the main cell of DSP. Based on the design of the hardware, there are also some discusses about the debug of the different cell and design of the software of the system.Furthermore, the thesis discussed the integrated software design environments of the software design about DSP. After the presentation of the CCS about the TMS320 DSP, the thesis discussed the main program and the AD performance program that designed in assembles language of DSP. At last, discussed the program debug of the main program and the AD performance program on the tester and CCS. The thesis also discussed the problem during the software debug that we met and how to resolve the problems.Key Word: DSP; Data Acquisition; PCI BUS; Dual-Ports Static RAM; AD; DA目 录 第一章 绪 论11.1 引言11.1.1 数据采集系统简介11.1.2 数据采集系统的基本结构21.1.3 微机数据采集系统的历史及其发展21.2数字信号处理器的基本结构和特点21.2.1 数字信号处理器的基本结构21.2.2 数字信号处理器的特点31.2.3 数字信号处理器系统的构成及特点31.2.4 DSP系统的设计过程41.3 PCI总线简介及其特点41.3.1 PCI总线简介41.3.2 PCI总线的特点51.3.3 由DSP为核心的PCI数据采集系统的特点51.4 论文的主要研究内容和组织结构61.4.1 论文的主要研究内容61.4.2 论文的主要章节安排6第二章 数据采集系统的基本结构介绍7第三章 数据采集系统硬件设计93.1 电源设计93.1.1 电源电压和电流要求93.1.2 TMS320VC5409电源电压的产生93.2 模数转换模块设计123.3 程序存储器扩展模块设计133.3.1 程序存储器的工作方式133.3.2 扩展程序存储器143.4数模转换模块设计153.5数据存储器扩展模块设计173.6 PCI接口设计183.6.1 PCI简介183.6.2 PCI接口芯片CH365简介193.6.3 CH365工作模式设定193.6.4 CH365寄存器设置193.6.5 CH365的一般应用203.6.6 CH365扩展ROM203.6.7 CH365扩展数据存储器213.7 JTAG仿真接口设计223.8 其他电路设计23第四章 系统软件设计与流程图254.1 DSP软件设计的内容254.2 模块化设计与程序段的编写254.2.1 DSP芯片初始化与设置254.2.2 主程序设计流程图264.2.3 AD转换程序设计流程274.3 软件集成开发环境CCS简介及设置284.4 DSP初始化程序和AD程序调试294.5 调试过程中遇到的编译错误及其修改方法31第五章 系统硬件调试和软件调试325.1 电源时钟调试325.2 程序存储器Flash调试325.3 AD转换TLV1571调试335.4 DA转换TLC7528调试335.5 数据存储器调试345.6 AD/DA联合调试345.7 PCI接口芯片调试34第六章 总结356.1已完成的工作和取得的成果356.2 进一步研究方向和不足35致 谢36参考文献37附录A：英文资料38附录B：英文资料翻译41附录C：原理图与PCB图44第一章 绪 论1.1 引言在现代测控技术领域，数据采集设计是测控系统中一个很重要的部分，而数据采集系统与主机的通讯基本上是采用总线式通讯。在总线式的通讯中，通常存在ISA,PCI，CPCI,1394等通讯标准。PCI并行总线具有能很好的与主机实现通讯的能力，而且在PC机的主板上也有相应的PCI插槽。因此，基于PCI总线的数据采集卡与采用其他通讯方式的数据采集卡有很好的优势。在数据采集的设计方面，可以采用以单片机为核心和扩展A/D转换器来实现数据采集卡的设计，但是由于单片机的数据处理能力有限，使得由它组成的数据采集卡很难完成现代实时测控系统的设计和应用需要。数字信号处理器，也称DSP芯片，是针对数字信号处理需要而设计的一种具有特殊结构的微处理器，它是现代电子技术，计算机技术和数字信号处理技术相结合的产物。随着信息处理技术的飞速发展，数字信号处理技术已逐渐发展成为一门主流技术，它在电子信息，通信，无线电，自动控制，仪器仪表，信息家电，航空航天，工业测量，控制，生物医药工程及军事等许许多多需要实时测量与控制的领域。数字信号处理器由于运算速度快，具有可编程性和接口灵活的特点，使得它在许多电子产品的研制，开发与应用中，发挥着越来越重要的作用。采用DSP芯片来实现数字信号处理更是当前的发展趋势。1.1.1 数据采集系统简介数据采集技术已在非电量检测，通讯，雷达，遥测，勘探，智能仪器，工业自动控制等领域有着广泛的应用。例如化工企业中用计算机控制生产过程时，首先由传感器对生产过程中有关参数，如温度，压力，位移等进行检测，然后这些参数经转换电路变换为工业计算机所要求的电流或电压等标准模拟信号。这些模拟信号经采样-保持电路按一定周期，一定次序逐个采样，并经过放大、滤波电路、A/D转换电路转换成相应的数字信号，再将这些数字信号输入计算机。然后计算机运行相应程序对采集的信息进行综合分析，计算，判断，并将其处理结果传送到各种执行机构，伺服机构，就能实现各种复杂过程和系统的自动检测、自动控制和自动调整，这样就可由计算机自动控制整个生产过程。1.1.2数据采集系统的基本结构D/A转换电路计算机处理A/D转换电路数据采集电路信号处理电路一般的数据采集系统的基本结构框图如下：I/O输出电路图1.1数据采集系统的基本结构数据采集：为了对温度、压力、流量、速度、位移、振动、噪声等物理量进行测量和控制，首先通过传感器把上述物理量转换成模拟电信号，而后由A/DD/A板将模拟电信号转换成时间、数值上量化且离散的数字量输入计算机系统。数据采集的核心是A/D转换。数据处理：计算机根据测控对象的需要，对采集到的数据进行数学分析运算，处理结果一方面送至显示器、打印机等外设，一方面由A/DD/A板将数字量转换成模拟电信号输出，对外部物理量进行实时控制。数据处理的核心是数值处理和D/A转换。1.1.3 微机数据采集系统的历史及其发展微机数据采集系统是计算机应用的一个重要分支，主要研究数据信息的采集、存储、处理以及控制等内容。自20世纪70年代以来，由于微机技术的快速发展及微机技术在军事领域、民用工程、工业自动化领域的广泛应用，尤其是通用微型计算机（例如：IBM PC机系列）使用的板卡级数据采集产品的大量出现，使得以微型计算机为核心的可编程数据采集与处理技术得到迅速发展，出现了大量的以各种计算机总线作为数据采集卡与个人计算机（PC）通讯的数据采集卡。现在的微机，只需要在其扩展槽内插上一块数据采集卡，并辅以相关应用软件，即可组成一套微机数据采集与处理系统，实现各种数据信息的实时处理和实时控制功能。1.2数字信号处理器的基本结构和特点 1.2.1数字信号处理器的基本结构 数字信号处理器件可分为两大类：一类专门用于数字信号处理，例如：FFT、FIR滤波、卷积等运算的芯片，称为专用DSP芯片；另一类则可以通过编程完成各种用户需求的信息处理任务的芯片，称为通用数字信号处理器件。TMS320VC54xx系列芯片是TI公司为实现低功耗、高速数字信号处理而专门设计的16位定点数字信号处理器。采用改进哈佛结构，具有高度的操作灵活性和运行速度，适用于远程通讯、数据采集等实时嵌入式系统应用的需要。TMS320C54xx系列DSP芯片种类很多，但结构基本相同，主要由中央处理器CPU、内部总线控制、特殊功能寄存器、数据存储器RAM、程序存储器ROM、I/O接口扩展功能、串行口、HPI主机通讯接口、定时器、中断系统等10个部分组成，其内部结构如图1.2所示：图1.2 TMS320C54x DSP内部结构1.2.2 数字信号处理器的特点 由于数字信号处理器DSP芯片具有体积小、成本低、易于产品化、可靠性高、易扩展及方便的实现多机分布式并行处理等性能，所以在航空航天、工业控制、医疗设备、数据采集及科学研究等各个领域获得了越来越广泛的应用。数字信号处理器的特点如下：高速、高精度运算能力；强大的数据通信能力；灵活的可编程性；低功耗设计。1.2.3数字信号处理器系统的构成及特点 一个典型的DSP系统应包括抗混叠滤波器、数据采集A/D转换器、数字信号处理器DSP、D/A转换器和低通滤波器等，其组成框图如图1.3所示：图1.3 典型的DSP系统组成框图 数字信号处理系统是以数字信号处理为基础，因此具有数字信号处理的全部优点：接口方便、编程方便、具有高速性、稳定性号、精度高、可重复性好和集成方便等优点。1.2.4 DSP系统的设计过程对于一个DSP应用系统，其设计的过程如图1.4所示。依据设计过程，其设计步骤可分为如下几个阶段：图1.4 DSP系统设计流程设计步骤为：明确设计任务，确定设计目标；算法模拟，确定性能指标；选择DSP芯片和外围芯片；设计实时的DSP应用系统；硬件和软件调试；系统集成和测试。1.3 PCI总线简介及其特点1.3.1 PCI总线简介PCI总线是一种能为主CPU及外设提供高性能数据总线的32/64位的局部总线，非常适合于显示卡、网卡、声卡、多串口卡、数据采集卡等高速外设，它正迅速取代原来的ISA总线的主导地位，成为微型计算机系统的主流总线。与其他计算机总线相比，PCI总线不仅传输速率更快（最高工作频率可达33MHz,其峰值吞吐率在32位时为132Mb/s），而且具有一个独立的配置地址空间，从而实现参数自动配置，使所有与PCI兼容的设备实现真正的即插即用（PLUG&PLAY）。1.3.2 PCI总线的特点PCI总线具有如下特点：数据总线32位，可扩展到64位；可进行突发式传输；总线操作与处理器存储器子系统操作并行；总线时钟频率位33MHz或66MHz，最高传输速率可达528Mb/s。1.3.3 由DSP为核心的PCI数据采集系统的特点随着科学技术的不断发展，数据采集系统逐渐具备数据吞吐量大，吞吐速率高的特点，现代测控技术的快速发展，要求数据采集系统在短时间内能够传输并存储采集结果。因此，快速存储能力、存储容量、传输速率、采集速率是构成现代数据采集系统的主要因素。其中包括数据采集系统与PC机通讯的方式，例如：PCI总线方式、ISA总线方式、USB方式等等。采用什么样的总线方式及其设计，是本次设计的一个技术难点。随着计算机技术的不断发展，数据采集系统的核心处理器也在不断的更新和发展，从8086系列微型计算机到MCS51单片机，再到数字信号处理器（DSP）的出现，可以说，计算机技术的不断发展，使得数据采集系统也在不断的发展、更新。随着现代测控技术的发展，由传统的MCS-51单片机为核心处理器的数据采集系统，已经不能满足现代测控技术实时采集处理以及实时控制的基本要求。而数字信号处理器（DSP）的出现，则很快弥补了这一空白。 PCI 总线V1.0支持33MHz工作频率，最大传输速率为132Mb/s；而V2.1工作在66MHz的频率时，其传输速率为264Mb/s或者528Mb/s。从结构上看，PCI总线是在CPU和原来的系统总线之间插入的一级总线，具体由一个桥接电路实现对这一层的管理，并实现上下之间的接口以协调数据的传输。管理器提供了信号缓冲，使之能支持10种外设，并能在高时钟频率下保持高性能，它为显卡、声卡、网卡、MODEM、高速数据采集卡等设备提供了连接接口。在多处理器系统中，可以有1个或多个桥连接到系统总线上，而系统总线仅连接到处理器/Cache、主存储器和桥。由于PCI总线的传输速率较快，这一特点正好满足现代测控系统对实时采集和实时控制的要求，DSP的高速数字信号处理能力，使得由DSP和PCI总线构成的数据采集卡可以完全满足现代测控系统对测控对象的实时测控的要求，而PCI总线的即插即用(Plus & Play)功能，使得基于PCI总线的数据采集卡能在不同的PC机上使用，实现PC机与数据采集卡的分离和结合使用，以满足不同的PC机及不同的测控现场要求。1.4 论文的主要研究内容和组织结构1.4.1 论文的主要研究内容目前，数据采集技术经历了飞速的发展，许多传统数据采集无法实现的新技术在目前的数字数据采集系统中得以成功地应用。随着工业现场对数据采集系统性能要求的不断提高、硬件产品技术的进步，以及安装和运行环境的更为复杂和严酷，研究高精度的数据采集系统成为当务之急。本系统在分析和吸收各种数据采集先进技术和经验的基础上，设计了基于DSP和PCI总线的适用于中低速的数据采集系统，虽只是初步设计了单通道的数据采集，但可依据同样的原理，在现有设计的基础上同样扩展出多通道的数据采集系统。1.4.2 论文的主要章节安排本论文主要研究了基于DSP和PCI总线的中低速数据采集系统，主要包括以DSP为主线的硬件系统的设计、软件系统的开发与实现及其它相关领域的研究。论文在第二章介绍了基于DSP的PCI采集卡的系统框图和针对每个部分的简单介绍。在第三章，详细介绍了整个系统的原理设计，包括DSP系统电源设计，程序存储器ROM扩展，数据存储器SRAM扩展,A/D设计，D/A设计,PCI总线接口设计的相关内容。第四章，分析了整个系统的软件设计方案和整个系统的软件设计流程，并简单介绍了DSP软件设计集成开发环境CCS及在程序调试过程中遇到的问题及其解决办法，以及本次设计的相关软件调试。第五章，分析了数据采集系统的硬件调试和系统硬件、软件联合调试的方法。第六章，总结在本次毕业设计中已完成的工作和现阶段已取得的成果，并分析讨论了在本次毕业设计当中的不足以及需要改进的地方。第二章 数据采集系统的基本结构介绍 一个完整的数据采集系统包括数据采集电路、信号处理电路、A/D转换电路、计算机处理电路、D/A转换电路、I/O输出电路等。其中，A/D转换、计算机处理电路、D/A转换电路、I/O输出电路是必不可少的部分，而数据采集电路、信号处理电路可以在传感器获得测控现场的各种测控对象的数据后进行相关处理，再将处理过后的模拟量传输到数据采集系统的A/D转换电路，进入整个数据采集系统进行相关的处理。在本次设计当中，系统结构框图如图2.1所示：图2.1 数据采集系统的结构框图系统由AD转换器、DA转换器、DSP、双端口数据存储器SRAM、Flash程序存储器以及电源转换电路组成。在本次设计当中，数据采集系统的核心处理器选择TMS320VC5409，由于TMS320VC5409采用双电源供电，故此，采用TI公司的TPS73xx系列电压转换芯片来设计整个系统的电源。模数转换电路设计是数据采集系统中不可或缺的部分，模数转换电路主要实现将由各传感器得到的测控现场的各个测控对象的参数的模拟信号到数字信号的转换，在本次设计中，采用TI公司的TLV1571单通道的10位并行模数转换芯片。采用SST29LE010连接到TMS320VC5409作为其外部程序存储器，供DSP上电后启动Boot loader程序载入用户程序，将Flash中保存的程序载入DSP中运行。此外采用CY7C135双端口静态RAM作为DSP的数据存储器的扩展，目的是将AD转换芯片转换后的数据由DSP芯片传输到双端口RAM中，然后由PCI目标接口芯片读双端口RAM中的数据，再通过PCI总线将数据传输到上位PC机中，以达到数据采集系统和上位PC机通讯的目的。 当上位PC机将处理好的数据通过PCI总线传输给数据采集系统时，需要将处理好的数据通过数模转换电路转换成相应的模拟信号，再将模拟信号传输到测控现场，以达到控制测控现场的各个测控对象参数的目的。整个数据采集系统采用PCI总线作为数据采集系统与上位PC机的通讯方式，PCI接口模块设计，可以采用两种方案：采用可编程逻辑器件（如：CPLD和FPGA）和采用专门的PCI接口芯片（如：PCI9052、CH365）。在本次设计中，采用PCI接口芯片CH365来设计PCI接口电路。连接测试组JTAG（Joint Test Action Group）接口用于连接DSP最小系统板和仿真器，实现仿真器对DSP的访问，JTAG接口的连接需要和仿真器上的接口一致。在DSP系统设计中，无论使用什么型号的仿真器，其JTAG接口都满足IEEE1149.1标准。在本次设计当中，使用合众达电子Seed DSP的USB接口的仿真器，其满足IEEE1149.1接口14脚JTAG接口标准。 此外，为了数据采集系统的能正常工作，需要对DSP芯片进行相关的处理，其中包括DSP芯片相关管脚处理以及时钟信号设计等电路设计。第三章 数据采集系统硬件设计基于DSP的数据采集系统的硬件设计包括以下几个部分：电源设计，程序存储器扩展，数据存储器扩展，A/D扩展，D/A扩展，DSP芯片配置、PCI接口电路设计。在本次的设计中，选择TI公司的TMS320VC5409DSP芯片作为整个数据采集系统的核心处理器。3.1 电源设计为了降低芯片功耗，TMS320C54x系列芯片大部分采用低电压设计，并且采用双电源供电方式，即内核电源CVDD(1.8V)和I/O电源DVDD(3.3V)。3.1.1 电源电压和电流要求TMS320VC5409 DSP芯片采用双电源供电方式，以获得更好的电源性能，其工作电压分别为3.3V和1.8V，其中3.3V为I/O电源DVDD，主要提供I/O接口使用，通常情况下可直接与外部低电压器件进行接口，而不需要额外的电平变换电路。1.8V为内核电源CVDD，主要为芯片的内部逻辑提供电压，包括CPU、时钟电路和所有的外设逻辑。与3.3V电源相比，1.8V电源可大大降低芯片的功耗。由于TMS320VC5409芯片采用双电源供电方式，使用时需考虑它们的加电顺序。理想情况下，DSP芯片上的两个电源应同时加电，但在有些场合很难做到。若不能做到同时加电，应先对DVDD加电，然后对CVDD加电，同时要求DVDD电压不超过CVDD电压2V。TMS320VC5409芯片的电流消耗主要取决于器件的激活度，而内核电源CVDD所消耗的电流主要取决于CPU的激活度，外设消耗的电流主要取决于正在工作的外设及其速度。与CPU相比，外设消耗的电流通常比较小。时钟电路也需要消耗一小部分电流，而且是恒定的，与CPU和外设的激活度无关。I/O电源DVDD仅为外设接口引脚提供电压，消耗的电流取决于外部输出的速度、数量以及输出端的负载电容。3.1.2 TMS320VC5409电源电压的产生DSP芯片采用哪种供电机制，主要取决于应用系统中提供的电源。在实际中，大部分数字系统所使用的电源可工作于5V或者3.3V，因此有两种产生芯片电源电压的方案。第一种方案，5V电源通过两个电压调节器，分别产生3.3V和1.8V电压。如图3.1所示。第二种方案，仅使用一个电压调节器，产生1.8V电压，而DVDD电压直接取自3.3V电源。如图3.2所示。图3.1 由5V产生双电源 图3.2 由3.3V产生双电源综合整个系统的性能和电源的要求，在本次设计中采用第一种方案，即由5V的电源产生DVDD(3.3V)和CVDD(1.8V)双电源。采用TI公司提供的电源设计芯片，TPS73xx系列电压转换芯片，例如TPS7301、TPS7333等，它们是TI公司为了配合TMS320C54x系列DSP而专门设计的电压转换芯片。其中TPS7301可提供一路1.8V的输出电压，而TPS7333可提供一路3.3V的输出电压，而TPS7301和TPS7333都是5V电压的工作芯片。TPS73xx系列电压转换芯片的硬件连接如下所示：图3.3 TPS73xx系列电压转换芯片的连接其中TPS73xx系列电压转换的输出电压的关系如下：VO=VREF×（1+R1/R2）表达式中，VREF为基准电压，其典型值为1.182V。电阻R1和R2选择的准则是使分压器电流近似于7uA。推荐的R2的阻值为169K，R1的阻值则根据所需要的输出电压来调整（一般为82K）。因为FB端的漏电流会引起误差，所以应当避免使用较大值的R1与R2。根据上述关系式可得到不通输出电压对应的R1阻值如表3.1所示：表3.1 输出电压与电阻值的关系(电压单位为V，电阻单位为K)输出电压（V）R1（K）R2（K）1.8821803.3309169 注：符合表中阻值的电阻属于高精度电阻，实际中可以使用普通电阻，例如，对于1.8V的电压输出，可以选择R182K与R2180K的电阻。采用TPS730和TOS7333两个电压转换芯片作为DSP系统的双电源供电方式，最后得到的双电源设计基本原理如图所示：图3.4 双电源设计原理图此图过于简单首先使用变压器将220V交流电转变为5V的电压，作为TPS730和TPS7333芯片的工作电压，通过不通的电阻组合来使TPS730和TPS7333芯片的输出电压为1.8V和3.3V。并通过两个芯片的复位引脚输出信号作为DSP芯片的复位信号，达到对DSP芯片复位的目的。3.2 模数转换模块设计 模数转换，即将采集到的模拟信号通过模数转换芯片，将其转换为对应的数字信号。是模拟输入通道的一个重要的组成部分，也是数据采集系统当中被测对象与微机之间的联系通道，由于微机只能接收数字电信号，而被测对象常常是一些非电量，所以模数转换模块的作用是将传感器采样得到的模拟电信号转换成微机能接收的数字电信号。 在本次数据采集卡的设计当中，选择的是TI公司生产的TLV1571,它是一款单通道、十位数字信号输出、并行模数转换芯片。TLV1571内部含有两个控制寄存器CR0和CR1，通过配置控制寄存器，TLV1571可以选择不同的工作方式。TLV1571的时钟源有内部时钟和外部时钟两种方式，时钟信号可以由CLK引脚引入，也可以由TLV1571内部时钟产生。和一般的AD转换其不同，TLC1571外部时钟信号必须经过TLV1571内部MUX时钟电路来提供给各个通道。由于TLV1571本身也带有时钟，因此TLV1571对各种时钟信号都兼容，这些时钟信号包括正弦波或者方波、TTL电平或者CMOS电平。 外部模拟信号从TLV1571的AIN引脚输入，信号到达TLV1571的中心单元（10bit触发式AD），将模拟信号转换为数字信号，同时TLV1571内部输入寄存器和逻辑控制单元控制信号转变的方式，数字信号经过逻辑校验单元到达三态数据输出寄存器输出。此外，TLV1571提供外部数据输出中断信号INT引脚，该引脚信号连接到DSP的中断信号，DSP收到中断信号就可以读取数据总线，获得采样信号。TLV1571有硬件启动和软件启动两种方式，通过设置控制寄存器CR0.D7位来选择时硬件启动方式还是软件启动方式。此外，TLV1571内置有10MHz的振荡器，通过设置CR1控制寄存器的D6位，可使内部振荡器的速度提高1倍。若果CR1.D6=0，则时钟频率不发生改变。通过设置CR1.D3位，可以设置TLV1571数字信号输出格式，CR1.D3=0，输出数据格式使直接二进制格式，CR1.D30，输出数据格式是二进制补码格式。 TLV1571的控制寄存器用于配置采样控制。如前所述，TLV1571有两个控制寄存器CR0和CR1。TLV1571的数据总线的D9和D8引脚，也就是A1和A0引脚，用于区分当前配置哪一个寄存器，00表示配置CR0寄存器，01表示配置CR1寄存器。TLV1571接收到写信号脉冲信号后，就会将数据总线的值直接写入相应的控制寄存器。TLV1571内部控制寄存器的格式如表3.2所示：表3.2 TLV1571内部控制寄存器数据格式A1A0D7D6D5D4D3D2D1D0表中D7D0的含义在选择的控制寄存器不同，会有所区别。对于TLV1571来说，寄存器设置如下：单通道输入设置CR0.D30，CR1.D70；采用软件启动方式设置CR0.D7=1；采用内部时钟源方式使之CR0.D5=0；时钟为20MHz设置CR1.D61；采用二进制输出方式设置CR1.D3=0。最终控制寄存器的设置为CR0=0080H，CR1=0140H。将这两个数据写到控制寄存器，TLV1571将按照以上设置开始工作。在图3.5中，使用3-8地址译码器74LS138的Y0输出端口作为TLV1571的片选信号，使用DSP的R/W引脚控制TLV1571的写信号，DSP和TLV1571的数据总线直接相连，使用DSP的XF引脚控制TLV1571的读信号。 图3.5 TLV1571 模数转换接口设计3.3 程序存储器扩展模块设计 TMS320VC5409含有16位的16K的片上程序存储器，共有23根地址线，最多可扩展8兆字外部程序存储空间。扩展程序存储器时，除了考虑地址空间的分配外，关键是存储器读写控制和片选信号控制与DSP的外部地址总线、数据总线以及控制总线的时序配合。 3.3.1 程序存储器的工作方式通常情况下，程序存储器ROM有三种工作方式，分别为读操作、维持操作和编程操作。读操作：由于ROM的内容不能改写，程序存储器只能进行读操作。如果存储器的片选信号和输出使能信号同时有效，地址线所选中单元的内容将出现在数据总线上，实现读操作。维持操作：当片选信号无效时，存储器处于维持状态，存储芯片的地址总线和数据总线均为高阻状态，存储器不占用地址总线和数据总线。编程操作：当编程电源加到规定的电压时，片选和读允许端加入要求的电平，通过编程器可将数据固化到存储器中，完成编程操作。 3.3.2 扩展程序存储器 目前，市场上的EPROM工作电压一般都为5V，与3.3V的DSP芯片连接时需要考虑电平转换的问题，而且体积都很达。FLASH存储器与EPROM相比，具有更高的性价比，而且体积小、功耗低、可电擦写、使用方便，并且FLASH的工作电压为3.3V，可直接与DSP芯片连接。因此采用FLASH作为程序存储器存储程序和固定数据是一种比较好的选择。FLASH的选择主要考虑以下几个方面的因素：可靠性、容量、读写时间、写周期和擦除周期功耗以及和DSP芯片的兼容性。根据以上原则，在本次设计当中，选择SST29LE010，构成128K*8的存储空间，主要用来存储用户程序及初始化数据。SST29LE010的主要技术指标如下：高可靠性、快速写操作、低功耗、兼容性好（可以兼容TTL电平和CMOS电平）、单一3.3V电压供电，可以直接和DSP相连、达到JEDEC（电子器件工程联合会）标准的FLASH EEPROM管脚输出和命令集。在设计存储器SST29LE010与DSP的接口时，应主要考虑以下几个方面： DSP的引导程序采用外部8位Boot loader方式； 通过DSP的仿真系统，能将程序和数据写入FLASH存储器当中； 系统调试运行时，能从FLASH中读出程序装入到内部RAM中； 接口尽可能简单； 注意存储器地址及数据的分配，避免数据冲突。基于以上几个方面的综合考虑，FLASH与DSP的接口电路如图3.6所示：图3.6 DSP与FLASH的接口如图3.6所示的接口电路采用了R/W分时复用的原理，当DSP的R/W信号为低电平时即写信号有效时，可以对Flash进行写操作；当DSP的R/W信号为高电平时，即读信号有效时，通过反相器反相为低电平，可以对Flash进行读操作。闪速存储器的读操作与普通的存储器读操作基本上一致，先后有7个读周期：第1个周期，DSP提供地址信号到Flash,选通Flash的数据单元，这个周期与其他信号都无关。第2个周期，将Flash的片选信号置为低电平，选通Flash芯片，此时Flash将地址信号锁存。第3个周期，将Flash的读信号置为低电平，将写信号置为高电平。第4个周期，Flash数据总线输出数据。第5个周期，DSP从数据总线读取数据，并改变地址信号，Flash输出下一个数据。第6个周期，数据读周期结束，首先将Flash的片选信号置为高电平。第7个周期，将Flash的读信号置为高电平，Flash不输出任何数据。需要注意的是，DSP在每读取一个数据后，必须在片选信号或读写信号引脚上给出一个上升沿标志。通知Flash已经将数据读取，之后Flash会自动将下一个存储单元的数据送到数据总线上。Flash的写操作相对复杂些，它需要一串命令字许列，写入Flash的命令寄存器来完成相应的命令，并逐页进行编程，同时清除已有的程序。3.4数模转换模块设计数模转换即将上位PC机处理好的数据转换成相应的模拟量，再将模拟量传输到测控现场各个测控对象，以改变其参数。达到对测控对象进行控制的目的，是测控系统当中模拟输出通道的一部分。