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關鍵詞：
AD模塊
- 摘要：在工業(yè)控制領域，為了實現(xiàn)采集和控制功能，經(jīng)常會使用到A/D，D/A模塊。在實際使用中A/D，D/A模塊和主機之間通信方式可以有很多選擇。
在工業(yè)控制領域，為了實現(xiàn)采集和控制功能，經(jīng)常會使用到A/D，D/A模塊。在實際使用中A/D，D/A模塊和主機之間通信方式可以有很多選擇。比如RS 232，RS 422，網(wǎng)絡等接口方式。在該設計中A/D，D/A模塊通過CPCI總線與主機通信，通過A/D接口采集數(shù)據(jù)，經(jīng)過伺服控制軟件處理，輸出模擬量驅動執(zhí)行機構。
從而實現(xiàn)一個閉環(huán)的控制。另外通過對DSP軟件的修改，該模塊還可以單獨實現(xiàn)A/D或者D/A功能。
該設計中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，輸出信號范圍±5 V，精度要求小于土8 LSB，受系統(tǒng)復位控制;
(3)使用TI公司DSP(TMS320VC33)作為板載處理器，該DSP主要實現(xiàn)管理A/D和D/A、運行控制算法、與主機通信功能，并受系統(tǒng)復位控制;
(4)DSP與主機采用雙口RAM(IDT7133)實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換功能。
1 設計原理
如圖1硬件結構框圖所示，該模塊采用TI公司高性能CPU器件TMS320VC33為核心。模塊通過PCI9052芯片與CPCI總線連接，PCI9052的本地總線的信號連接到雙口RAM的一端。雙口RAM的另一端通過電平緩沖器連接DSP。
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)、控制總線通過電平緩沖器件連接雙口RAM、A/D芯片、D/A芯片、CPLD。DSP通過雙口RAM芯片與主控計算機進行數(shù)據(jù)交換;A/D芯片的初始化以及讀寫操作也由DSP負責完成;DSP控制D/A芯片輸出模擬信號;CPLD內部主要實現(xiàn)組合邏輯功能，將DSP輸入的控制信號譯碼，然后輸出給雙口RAM以及A/D，D/A等功能芯片使用。
雙口RAM芯片是實現(xiàn)智能板的重要組成，由于DSP與主控計算機的地址空間資源是分別進行獨立分配的，無法直接進行互相訪問，在兩者之間需要一個數(shù)據(jù)緩沖，雙口RAM的特點使其可以滿足這個要求。
2 實現(xiàn)方法
2.1 主要原器件選擇
在該設計中采用成熟技術，選用常用、可靠的控制芯片，結合一些常用的外圍電路和專用電路實現(xiàn)全部的功能。即選擇PC19052作為接口芯片，利用該芯片實現(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公司推出的專門用于實現(xiàn)浮點運算的高性能DSP，數(shù)據(jù)處理能力強，并且包含豐富的外圍電路擴展接口。
為了實現(xiàn)模塊上的電平轉換功能，選擇應用比較廣泛SN74ALVC164245DL作為電平轉換緩沖芯片。
2.2 PCI9052與雙口RAM硬件接口實現(xiàn)
如圖3所示PCI9052與雙口RAM連接的本地總線信號包括地址、數(shù)據(jù)、控制信號3個部分。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?？刂菩盘柊ㄗx寫控制信號和外設準備完成信號，當雙口RAM將外設準備完成信號拉低后，主機就可以通過輸出讀寫控制信號對雙口RAM進行讀寫的操作。
2.3 DSP設計核心電路設計
DSP是整個設計核心，DSP核心電路由DSP芯片、FLASH和RAM三個部分組成。DSP通過雙口RAM與處理計算機交換數(shù)據(jù)。
如圖3所示，DSP核心電路設計如下所述。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。時鐘信號由外接晶振提供。復位信號由CPLD提供，由于DSP的I/O電壓為3.3 V，在與I/O電平標準為+5 V的信號連接時需要進行3.3～5 V之間的電平轉換。中斷信號同樣通過電平轉換器件連接到CPLD。地址和數(shù)據(jù)總線根據(jù)實際設計的需要連接功能器件。JTAG接口連接到模塊的一個標準的雙列14腳直插連接器上。Page0～3信號通過電平轉換器件連接到CPLD。
2.4 電源設計
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電源轉換獲得。
對于線性穩(wěn)壓來說，其特點是電路結構簡單，所需元件數(shù)量少，輸入/輸出壓差可以很大，但其致命弱點就是效率低，功耗高。DC-DC電路的特點是效率高，升降壓靈活，缺點是干擾和紋波較大。
對比凌特公司、國家半導體公司、德州儀器公司等的同類型電壓轉換芯片，選取德州儀器公司的TPS73HD318模塊作為3.3 V和1.8 V電壓轉換芯片。選用RECOM公：REC3-0515DRW完成+5 V和+15 V，-15 V之間電壓轉換。他們具有90%以上的轉換效率、簡單的外圍電路、更小的封裝、2.5%以下的紋波電壓等特點。
2.5 復位設計
如圖4所示，復位的輸入包括兩個部分：MAX1232輸出的RESETA和電源芯片TPS73HD318輸出的RESETB。MAX1232的輸入為手動復位信號輸入和看門狗喂狗信號輸入。手動復位信號來自復位按鈕，喂狗信號來自CPLD。復位輸出2個信號分別給DSP，D/A使用。
2.6 電平轉換設計
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，需要使用電平轉換緩沖芯片。如圖5所示該器件有兩個供電電源、兩個方向控制端、兩個使能端。通過連接不同的電壓源可以為器件的信號引腳提供不同的電平。
2.7 A/D，D/A設計
A/D和D/A芯片通過電平緩沖期間與DSP的地址數(shù)據(jù)總線連接，由DSP芯片負責A/D和D/A的初始化以及讀寫控制。
3 CPLD邏輯設計
CPLD片內邏輯實現(xiàn)描述框圖見圖6。在CPLD內部主要實現(xiàn)了三個的功能，與DSP總線的邏輯接口、內部的寄存器、控制邏輯。
與DSP總線的接口邏輯實現(xiàn)與DSP邏輯接口，使DSP對CPLD的內部寄存器可以進行訪問。狀態(tài)寄存器為只讀寄存器，用來讀取中斷狀態(tài)、與雙口RAM進行通信的標志位等信息;控制寄存器為只寫寄存器，用來控制中斷屏蔽、修改通信的標志位。組合邏輯主要用來進行地址譯碼、讀寫譯碼。
4 DSP軟件設計
DSP軟件開發(fā)主要是在TI提供的集成開發(fā)環(huán)境CCS下，充分利用實時操作系統(tǒng)DSP/BIOS的強大功能，結合自己特定的處理算法.快速構筑一個滿足需求的高效率的軟件系統(tǒng)。在設計中，對DSP的初始化是必須的，該設計主要應用于實時控制系統(tǒng)中，其電路的主要功能是用于采集、運算、輸出。程序流程圖如圖7所示，上電后存儲在FLASH內的程序開始運行，DSP開始依次初始化RAM存儲器、CPLD內部寄存器、A/D寄存器、D/A寄存器。初始化完成后開始讀取A/D輸入，由于A/D轉換速度比讀取的速度慢，在讀取過程中需要查詢A/D轉換狀態(tài)，等待A/D芯片輸出轉換完成信號。將讀取的數(shù)據(jù)寫入雙口RAM的指定位置，并刷新雙口RAM和CPLD內部的標志位，通知主機讀取數(shù)據(jù)。對A/D數(shù)據(jù)進行運算，根據(jù)運算結果控制D/A輸出，等待查詢D/A轉換完成之后，程序再次跳轉至讀取A/D。
5 結 語
將該設計用于某一伺服控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了系統(tǒng)功能，同時對系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性給予了足夠的關注。經(jīng)長時間考核，本系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。
