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電力系統中多通道同步采樣ADC（AD7606）與浮點DSP（ADSP-21479）通信的設計與實現

Frank ,Dell

摘要： AD7606是16位，8通道同步采樣模數數據采集系統。AD7606完全滿足電力系統的要求，具有靈活的數字濾波器、2.5V基準電壓源、基準電壓緩沖以及高速串行和并行接口。它采用5V單電源供電，可以處理±10V和±5V真雙極性輸入信號、同時所有通道均能以高達200kSPS的吞吐率采樣。

關鍵詞： 數據轉換 ADSP-21479 DSP 浮點 AD7606

Abstract：

Key words :

1. 簡介

1．1 AD7606簡介
AD7606是16位，8通道同步采樣模數數據采集系統。AD7606完全滿足電力系統的要求，具有靈活的數字濾波器、2.5V基準電壓源、基準電壓緩沖以及高速串行和并行接口。它采用5V單電源供電，可以處理±10V和±5V真雙極性輸入信號、同時所有通道均能以高達200kSPS的吞吐率采樣。

圖1 AD7606的內部原理框圖。

圖2 AD7606的管腳圖。
• AVcc 模擬電源，4.75V~5.25V
• Vdrive 邏輯部分電源
• Vdd 模擬輸入部分正電壓
• Vss 模擬輸入部分負電壓
• DGND 數字地
• AGND 模擬地

1．2 DSP-21479" title="ADSP-21479">ADSP-21479簡介
ADSP-21479是SIMD （單指令多數據）SHARC家族中的一員，它基于65nm的最新工藝，具有低成本，低功耗的的特點，是一顆集成有大容量片上SRAM和ROM的32/40位浮點DSP。ADSP-21479是性能出色，266MHZ/1596MFLOP：

• 266 MHz/1596FLOPS SIMD SHARC內核，支持32-bit浮點、40-bit浮點以及16/32-bit定點數據類型
• 支持多達5 Mb 片內SRAM
• 支持16位寬SDR、SDRAM存儲器接口
• 數字應用接口 DAI，支持多達8個的高速同步串口(SPORT)及SPI串口
• 2個精確時鐘發生器
• 20線數字I/O端口
• 3個定時器、UART、I2C兼容接口
• ROM/JTAG安全模式
• 供應196引腳CSP_BGA封裝與100引腳LQFP封裝產品，適合于工業客戶的要求
• 供應商業級、工業級溫度與汽車級溫度等級產品

圖3 ADSP-21479的內部原理框圖。

2. AD7606和ADSP-21479配置與連接
AD7606芯片的供電采用單5V供電，見圖4所示：

圖4。AD7606供電示意圖。
AD7606采用硬件配置方式，具體配置如下：
1) 設置RANGE=0時，模擬輸入范圍是±5Vref。
2) 設置/PAR /SER/BYTE SEL為高電平，選擇使用串行模式。
3) CONVSTA, CONVSTB ,使用同源激勵。
4) 設置REF SELECT=0 ,使用外部參考電壓

SHARC ADSP-21479 SRU設置：
SPORT0_SCLK ? DAIP 1
SPORT0_FS ? DAIP 4
SPORT0_DA ? DAIP 5
FLAG4 ? DPI_PIN1
FLAG5 ? DPI_PIN2
根據以上配置，ADSP-21479通過SPORT口與AD7606聯系的系統示意圖如圖5所示：

圖5 采用串行方式時，AD7606與ADSP-21479硬件連接示意圖

3. 時序分析
AD7606工作時序如圖6，通過DSP的FLAG信號驅動CONVST A/B信號啟動轉換過程，BUSY標志著工作狀態，連接到DSP的中斷輸入。BUSY為高時表示處于轉換狀態，轉換完畢后高到低的下降沿引起DSP中斷，DSP在響應中斷通過SPORT0讀取8通道ADC轉換好的數據。

圖6 AD7606串行讀取數據時序

ADSP-21479 SPORT口的時序如圖7所示，在FS信號啟動后，數據隨著時鐘節拍被讀取。我們選擇SPORT數據寬度是32位，那么四次FS信號即可讀取八個通道的數據。

圖7 ADSP-21479 SPORT串行數據接收時序

4. 測試結果和結論
DSP軟件設置50K的采樣信號，對8個通道的數據進行同時采樣。各模擬通道輸入信號分別為：通道5連接1KHz正弦波，其余通道接地。
4．1 測試結果
1) 利用VDSP5.0++ 的plot窗口(VDSP->View->Debug Windows->Plot)觀察5通道數據，
1. 通道5提取到1KHz正弦波;

4．2 結論
這種連接方式只使用DSP的一個串行SPORT口即可同時讀取8路ADC的數據。但由于8路數據都通過一路數據輸出給DSP，而AD7606支持的最高串行時鐘頻率有限，模數轉換還要占用一部分采樣周期，因此串行輸出的連接下，AD7606不能工作在最高200KSPS采樣率下。
根據AD7606數據手冊，AD7606的SCLK上限為23.5MHz。FLAG信號驅動CONVST A/B信號，單路串行輸出八通道數據。不考慮轉換時間最高采樣率可達23500000/（16×8）=183.5kHz，由于每個周期數據轉換將消耗一定時間，所以實際無法達到此速度。假設采樣周期用Tconvst表示，根據AD7606數據手冊，模數轉換時間為3.45us，所以 Tconvst-3.45us代表采樣周期中傳輸數據的時間。八通道總數據量為128個時鐘周期，所以(Tconvst-3)/128近似為每bit數據的時鐘周期。由于SCLK最大為23.5MHz，據此可以推算出此模式下最高采樣頻率：
(Tconvst(max)-3.45)/128 = 1/23.5
Tconvst(max)≈8.89us
即最高采樣率為1/ Tconvst(max) = 112KSPS
同理可知,若采用兩口同時輸出轉換數據，即啟動2個SPORT分別讀取8個通道的數據，實際最高采樣率能達到161K SPS。

當AD7606采用并行方式輸出到DSP時，即可得到最高200KSPS采樣率。
5. DSP參考代碼
1. 配置SRU
// This function will setup the SRU Registers
void InitSRU(void)
{
//Generating Code for connecting : SPORT0_CLK to DAI_PIN1
SRU (HIGH, PBEN01_I);
SRU (SPORT0_CLK_O, DAI_PB01_I);

//Generating Code for connecting : SPORT0_FS to DAI_PIN4
SRU (HIGH, PBEN04_I);
SRU (SPORT0_FS_O, DAI_PB04_I);

//Generating Code for connecting : DAI_PIN5 to SPORT0_DA
SRU (LOW, PBEN05_I);
SRU (DAI_PB05_O, SPORT0_DA_I);

//Generating Code for connecting : FLAG4 to DPI_PIN1
SRU (HIGH, DPI_PBEN01_I);
SRU (FLAG4_O, DPI_PB01_I);

//Generating Code for connecting : FLAG5 to DPI_PIN2
SRU (HIGH, DPI_PBEN02_I);
SRU (FLAG5_O, DPI_PB02_I);

}
2. IRQ1 BUSY中斷服務程序
void AD7606_BUSY_IRQs(int sig_int)
{
busy++;
interrupt(SIG_SP0,Count_SPORT0_RX_IRQs);
#ifdef DMA
* (volatile int *)SPCTL0 =( SPEN_A | SLEN32 | ICLK | IFS | LAFS | SDEN_A | FSR | DITFS| LFS );
#endif
#ifdef CORE
* (volatile int *) SPCTL0 =( SLEN16 | ICLK | IFS | FSR | LAFS | LFS | DITFS);
*(volatile int *) SPCTL0 |=SPEN_A ;
#endif
}
3. SPORT初始化程序
void init_sport(){
  * (volatile int *) SPCTL0 = 0;
  * (volatile int *) SPCTL1 = 0;
  * (volatile int *) SPMCTL0 = 0;
  * (volatile int *) SPMCTL1 = 0;
SPORT_DMA_setup:

  * (volatile int *) IISP0A =(int)rx_buf0a ;
  * (volatile int *) IMSP0A = 1;
    * (volatile int *) CSP0A = CHNUM;

  //configure the sport
  /* */
  /* CLKDIV0=[fCCLK(266 MHz)/4xFSCLK(17 MHz)]-1 = 0x0005 */
  /* FSDIV0=[FSCLK(10 MHz)/TFS(2 MHz)]-1 = 31 = 0x001F */
  //13m hz 1m   0x00080003;
   /* Configure SPORT0 as a reciever (Rx) */
  * (volatile int *) DIV0 = 0x001F0005;

}
4. SPORT 中斷程序
void Count_SPORT0_RX_IRQs(int sig_int)
{
SP0I_counter++;
#ifdef CORE
rx_buf0a[(SP0I_counter-1)*CHNUM]=(short)(*pRXSP0A);
#endif
* (volatile int *) SPCTL0 =0;
finished=1;
#ifdef DMA

   if(SP0I_counter==1024){
  * (volatile int *) IISP0A =(int)rx_buf0a ;
  SP0I_counter=0;
  }
else
  * (volatile int *) IISP0A =(int)(rx_buf0a+ (SP0I_counter)*CHNUM);
* (volatile int *) IMSP0A = 1;
    * (volatile int *) CSP0A = CHNUM;

#endif
interrupt(SIG_SP0,SIG_IGN);
}

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