【正文】 1 TMS320LF2407A 的外圍模塊資源4 電源電路: V的內(nèi)核電壓，由于A / D采樣是高精度測量，所以需要一個精密參考電壓， V的參考電壓,IS61C6416芯片使用的是 5 V 電壓，這個電壓可以直接由外部輸入。由于用到 US B 串口，這個串口本身就帶 5V電壓，所以做了個跳線，5 V電壓可以由外部輸入，也可以由USB串口直接提供。5. 撥 碼開關(guān)說明: ( 1 ) VCCP : Off接地( 運行時) ， on接5伏( 硬件仿真時)默認(rèn) off 。 ( 2 ) VCCA() :模擬電壓，必須 on 。 ( 3 ) VISO _ EN:透視度輸出使能，默認(rèn)on 。 ( 4 ) MP/MC : off接高電平，( 微處理器) 用外部程序存儲器。on接低電平，〔 微控制器)使用片內(nèi)flash 。 ( 5 ) EN144 :外部接口信號，調(diào)試過程中off,使用外部擴展 RAM。 ( 6 ) XF :引導(dǎo) ROM使能，默認(rèn) on .6 模擬電路:經(jīng)過濕度傳感器的信號經(jīng)過放大后，直接進入A / D采樣。7. 通用I / O口:結(jié)合濕度開關(guān)扳，使用了6個I / O口來完成3 2路通道的切換，這里是用來了 IOPE的6根口線，配上需要的電壓和模擬地即可，其余 FO直接引出各用。 正弦波產(chǎn)生電路的設(shè)計 選用美信公司的高速同步串行 D/A轉(zhuǎn)換芯片MAX5722 ，它引腳圖及其功能如圖52表51 所示。利用TMS320LF2407A的同步串口SPI 送出正弦波數(shù)據(jù)到MAX5722 ，從而產(chǎn)生正弦波。Max572214365278 PAGND GNDCS SCLKOUTBOUTAVDD REFDIN 圖5 2 MAX 5 7 2 2的引腳圖 MAX5722 ，運行低功耗模式只有0 .3 u A的電流，采用3 總線的簡單接口，運行頻率可達(dá)2 0 M，兩路并行輸出。在一 400 C到 + + 125。C 之間輸出穩(wěn)定，具有很寬的環(huán)境輸出溫度范圍。8 引腳貼片封裝，外圍電路簡單，比較參考電壓范圍在0 VDD 之間，1 2 位數(shù)字量精確輸出轉(zhuǎn)換。它是可編程器件，通過對MAX5722 寄存器的寫入，可將輸出控制為單路輸出和雙路輸出，是一種理想的可以和DSP 等高速芯片相接合的器件。 本文設(shè)計使用了PHILIPS 公司的 PDNSBD12 器件。下面首先介紹一下PDNSBD12芯片特點和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 PDNSBD12是一個性能優(yōu)化的USB 器件，通常用于基于微控制器的系統(tǒng)并與微控制器通過高速通用并行接口進行通信，也支持本地DMA 傳輸。該器件采用模塊化的方法實現(xiàn)一個USB 接口，允許在眾多可用的微控制器中選擇最合適的作為系統(tǒng)微控制器，允許使用現(xiàn)存的體系結(jié)構(gòu)并使固件投資減到最小。這種靈活性減少了開發(fā)時間、風(fēng)險和成本，是開發(fā)低成本且高效的USB 外圍設(shè)備解決方案的一種最快途徑。PDNSBD12完全符合USB 規(guī)范，也能適應(yīng)大多數(shù)設(shè)備類規(guī)范的設(shè)計，如成像類、大容量存儲類、通信類、打印類和人工輸入設(shè)備等，因此PDNSBD12非常適合做很多外圍設(shè)備，如打印機、掃描儀、外部大容量存儲器 ( Zip 驅(qū)動器)和數(shù)碼相機等?，F(xiàn)在用SCSI實現(xiàn)的很多設(shè)備，如果用US B來實現(xiàn)可以直接降低成本。 PDNSBD12的內(nèi)部框圖如圖5 3所示: 圖53PDNSBD12內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 1 模擬收發(fā)器:集成的收發(fā)器直接通過終端電阻與U S B電纜接口。 2 電壓調(diào)整器:片上集成的 1個 3 .3 V電壓調(diào)整器為模擬收發(fā)器供電，也提供連接到外部 1 .5 k上拉電阻的輸出電壓。作為選擇，PDNSBD12提供集成1 .5 k上拉電阻的Soft Connect 技術(shù)。 3 PLL :片上集成 1個 6–48 MHz的倍頻 PLL ( 鎖相環(huán)) ，允許使用 6MHz的晶振，E MI也由于使用低頻晶振而減小。PLL的工作不需要外部器件。 4 位時鐘恢復(fù)位:時鐘恢復(fù)電路用4倍過采樣原理從輸入的USB數(shù)據(jù)流中恢復(fù)時鐘，能跟蹤US B規(guī)范中指出的信號抖動和頻率漂移。 5 PHILIPS串行接口引擎 PSIE: PHILIPS的 SIE完全實現(xiàn) USB協(xié)議層?？紤]到速度，它是全硬件的，不需要固件 ( 微程序)介入。這個模塊的功能包括:同步模式識別、并/串轉(zhuǎn)換、位填充/不填充、CRC校驗、PID確認(rèn)、地址識別以及握手鑒定。 6 SoftConnect高速設(shè)備:USB的連接是靠把D + k的上拉電阻接到高電平來建立的，在PDNSBD12中，這個上拉電阻是集成在芯片內(nèi)的，缺省是沒有連接到 VDD，這個連接是靠外部 MCU發(fā)一個命令來建立的。這使得系統(tǒng)微處理器可以在決定建立 USB連接之前完成初始化。重新初始化USB總線連接也可以不用拔掉電纜來完成。 7 GoodLinkL: GoodLink是靠一個引腳接發(fā)光二極管實現(xiàn)的。在 US B設(shè)備枚舉時L E D指示燈將立即閃亮。當(dāng)被成功枚舉并配置時，PDNSBD12指示燈將會始終亮。經(jīng)過PDNSBD12的USB數(shù)據(jù)傳輸過程中，LED 將一閃一閃，傳輸成功后熄滅 LED。在掛起期間，LED熄滅。這種特性可以使我們知道PDNSBD12的狀態(tài)，方便電路調(diào)試。 8 存儲器管理單元 MMU和集成 RAM :MMU和集成 RAM 能緩沖USB ( 工作在12M 6/s )數(shù)據(jù)傳輸和微控制器之間并行接口之間的速度差異，這允許微控制器以自己的速度讀寫U S B包。 9并行和 D M A接口:并行接口容易使用、速度快并且能直接與主微控制器接口。對于微控制器，PDNSBD12可以看成是一個有 8位數(shù)據(jù)總線和 1位地址線的存儲設(shè)備。PDNSBD12支持多路復(fù)用和非多路復(fù)用的地址和數(shù)據(jù)總線。在主端點 ( 端點2 )和局部共享存儲器之間也可使用 D MA( 直接存儲器存取)傳輸。它支持單周期模式和塊傳送模式兩種D MA傳輸。 在本系統(tǒng)中，采用 USB通訊，其接口設(shè)計圖如圖 5 4歲所示PDNSBD12可以為 DSP提供一個通用的并行接口?？梢詫崿F(xiàn)更快的高達(dá)2Mbi t/sec的訪問速度。端點0和1緩沖區(qū)的大小為16字節(jié)，端點2為雙緩沖 6 4字節(jié) ( 雙向模式) 。端點還可配置工作在僅為 I N或僅為 OUT模式。通過DSP的DOD7引腳與PDNSBD12的數(shù)據(jù)口相連，作為數(shù)據(jù)的輸入輸出通道，所有的數(shù)據(jù)。A O口控制PDNSBD12的輸入是數(shù)據(jù)還是命令。RD, WE口控制PDNSBD12 的讀寫。PDNSBD12 的中斷信號通過 DSP的XINT/IOPA2輸入給DSP，以便DS P對PDNSBD12的中斷處理。 PDNSBD12具有內(nèi)置的上電復(fù)位電路所以RE SETN腳可直接連到Vcc 在本設(shè)計中，由于PDNSBD12的工作電壓為5 V , 則將 5 V接到 Vcc腳而將Vout ( 接去禍電容) 。復(fù)位后等待至少 3 ms再對PDNSBD12寄存。 在本設(shè)計中，當(dāng)主機要求進入掛起狀態(tài)或者當(dāng)主機本身處于掛起狀態(tài)時，系統(tǒng)進入掛起，那么 U S B線處于空閑模式。該模式中 D 十 線為高而 D 一 線為低，在硬件電路的設(shè)計中，要求設(shè)備己通過D + 線的上拉電阻連接到總線。此外當(dāng)設(shè)備沒有連接時如果D 十 線為高而D 一 線為低設(shè)備也會進入空閑模式，在掛起時，VOUT3 。 的值降到 2 .0 V ， 但是他仍然具有 l O mA的驅(qū)動能力。D + 和D 線上的匹配電阻為1892 , D十 處接一個 1M S2 的下拉電阻，D一 處界一個 1MS2 的上拉電阻。這種界發(fā)展要考慮到在自供電系統(tǒng)中，當(dāng)US B電纜斷開與主機的連接時，D 十 和 D 一 分別為懸浮狀態(tài). 在噪聲環(huán)境下，D + 和D 一 的狀態(tài)可能由于感應(yīng)噪聲而發(fā)生變化，S I E有 時會誤 以為是主機產(chǎn)生的恢復(fù)信號，從而使P DI US B D1 2錯誤的退出掛起狀態(tài). 所以，在 D十 和 D一 處分別接一個 1M S2的電阻。 圖 5 4 PDNSBD12接口電路圖 PDNSBD12的CLKOUT頻率來自振蕩器 ( XTALI , XTAL2 腳) 。CLKOUT的啟動時間取決于晶振的啟動時間。經(jīng)過測量，典型值小于2 m s ,所以復(fù)位電路必須設(shè)計成2 m s 有效以確保正確的復(fù)位。從而PDNSBD12晶振電路選擇一個2 2 P F和6 8 P F的電容。除采用上述USB通訊外，還可以采用了RS 232串口傳送，原理圖如5 5示:圖55 max232串口的電路圖 在本系統(tǒng)中要對32路信號進行采集處理，必然涉及到電子開關(guān)的應(yīng)用。在本例中選用多路模擬開關(guān)CD405IBC作為電子開關(guān)，通TMS320LF2407 A對多路模擬開關(guān)C D 4 0 5 1 B C的控制分別選中不同的濕度傳感器，從而進行測量。下面對CD4 05IBC的一些簡單說明，CD4 05IBC為單8路模擬開關(guān)， 其內(nèi)部原理圖如下圖5 –6 圖5 6 CD4 05IBC內(nèi)部的結(jié)構(gòu)原理圖 當(dāng)I NH為高電平時，無論 A,B,C為何值，任何一位的輸出均為高阻狀態(tài)，當(dāng)I NH為低電平時，對應(yīng)不同的A,B,C值，分別選通 8個通道，其選通電阻與具體的CD4 05IBC的生產(chǎn)廠家有關(guān)，為幾十歐到兩百歐左右。 圖 5 9是實現(xiàn)濕度傳感器通道選擇的電路圖，圖中電容代表濕度傳感器，實驗過程中，在電容的位置插上濕度傳感器后，將此電路板放入濕敏槽中。由于總共用了4片CD4 05IBC，所以通道選擇總數(shù)為4 * 8 = 32個，采用該器件作為多路開關(guān)，通過IPOE3 , IPOEIPOE5 , I POE6 來選通四個CD4 05IBC的I N H，從而實現(xiàn)了對CD4 05IBC的選擇，同時通過IPOEO , IPOE1 , IPOE2選通每個CD4 05IBC所控制的八個電容式濕度傳感器中的一個，從而實現(xiàn)了對3 2 個中的任意一個傳感器的選擇。當(dāng)選通了一個具體的濕度傳感器，測試信號通過濕度傳感器后，經(jīng)過運算放大器 OP07將其放大，成為 TMS320LF2407A ，A/D的輸入信號，實現(xiàn)對濕度傳感器的測量。由于濕度傳感器的阻抗大約在3 Mf g 左右，多路模擬開關(guān)CD4 05IBC的導(dǎo)通電阻為100Q左右，既要考慮到在測試中的分流，又要考慮到使?jié)穸葌鞲衅髋c接地電阻之間的有這較大的差值，選用IOKQ或20K的接地電阻。當(dāng)沒有對濕度傳感器測試時，濕度傳感器與接地電阻形成以回路，使?jié)穸葌鞲衅饕恢碧幱诠ぷ鳡顟B(tài)。當(dāng)濕度傳感器處于測試時，濕度傳感器既與接地電阻形成以回路，同時也與積分電路構(gòu)成回路，考慮到多路模擬開關(guān)CD4 05IBC的導(dǎo)通電阻于接地電阻之間差別在 100倍以上，這時可以忽略接地回路的分流作用，減小誤差源。本系統(tǒng)要實現(xiàn)兩個參數(shù)C ,Q的測量，編程思路如下圖5 7所示:主程序系統(tǒng)初始化啟動SCI傳送或USB傳送開放定時器1中斷啟動SPI傳送（MAX5722初始化）SCI串口初始化或USB初始化定時初始化A/D轉(zhuǎn)換初始化從數(shù)據(jù)緩沖區(qū)取出C,Q值傳送定時器1中斷服務(wù)程序通過SPI口發(fā)送正弦波數(shù)據(jù)關(guān)中斷下一通道將采樣后均值結(jié)果送往發(fā)送緩沖區(qū)啟動A/D采樣單通道采樣4次求均值32通道是否切換完成切換完成沒有完成 圖5 一7序編程流程圖 由TMS320LF2407A控制核心固有的特點，在每次進入中斷之后便自動關(guān)閉其它的中斷 ，所以本程序只用了一個定時器中斷，在中斷服務(wù)中完成數(shù)字正弦波數(shù)據(jù)向D / A芯片MAX5722的發(fā)送、數(shù)據(jù)的采樣和通道的切換。 為了增加程序的可讀性，本編程盡量采用了功能模塊化的編程思路。在程序中，完成了各個模塊的初始化，對系統(tǒng)的初始化即是對TMS320LF2407A控制芯片的初始化過程，然后對其外圍的初始化，包括:定時器、A / D轉(zhuǎn)換器、同步串口SPI 和異步串口SCI 。采用中斷完成數(shù)據(jù)的測量，中斷結(jié)束后，回到主程序，將數(shù)據(jù)通過異步串口或 USB串口發(fā)送到上位機顯示，完成測量的 全 過 程USB的初始化在這里就是對PDIUSBDI2的初始化過程，其積木結(jié)構(gòu)如下圖5 8示，圖中箭頭表示數(shù)據(jù)傳輸方向。主循環(huán)：發(fā)送USB請求，處理USB總線事件和用戶功能處理等中斷服務(wù)程序廠商請求處理標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備請求處理CHAP PDIUSBD12命令接口硬件提取層 圖5 8 PDIUSBDI2固件結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)流向各模塊程序的分工如下: 1 硬件提取層:對單片機的UO口、數(shù)據(jù)總線等硬件接口進行操作。是固件中最底層代碼，執(zhí)行對PDIUSBDI2和線路硬件與U O相關(guān)的訪問。 2 PDIUSBDI2命令接口:對PDIUSBDI2器件進行操作的模塊子程序集。這是為了簡化PDIUSBDI2的編程，固件定義的一套壓縮了所有訪問PDIUSBDI2功能的命令接口。 3 中斷服務(wù)程序:當(dāng)PDIUSBDI2向單片機發(fā)出中斷請求時，讀取PDIUSBDI2的中斷傳輸來的數(shù)據(jù)并設(shè)定事件標(biāo)志“ EPPFLAGS 和Setup包數(shù)據(jù)緩沖區(qū)“ CONROLwe XFER7 ’ 傳輸給主循環(huán)程序。主循環(huán)和ISR之間任務(wù)是這樣分配的:I S R從PDIUSBDI2收集數(shù)據(jù)，而主循環(huán)對數(shù)據(jù)進行處理。當(dāng)I S R收集到足夠的數(shù)據(jù)時，她只通知主循環(huán)已經(jīng)準(zhǔn)備好等待處理。它包括總線復(fù)位和掛起改變、控制端點和處理程序、端點1 和端點2 處理程序。4 標(biāo)準(zhǔn)請求處理程序:對USB的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備請求進行處理。其過程如下: ， ， ， ， ，8. 獲取配置信息，。5 廠商請求處理程序:對用