串行數模轉換器TLC5620I與TMS320F2812接口設計

　1 引言

　　近年來，數字信號處理器(DSP)的應用越來越廣泛，其中TMS320F2812作為目前數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，成為數字信號處理系統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為數據接收和發送緩沖寄存器，SP-IDAT用于發送／接收移位寄存器；SPIRXEMU僅用于仿真；SPIPRI控制中斷優先級。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模塊數據傳輸由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時鐘由片內的SPI產生并由SPICLK引腳輸出。TMS320F2812波特率的設置是由系統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是單調變化的。TLC5620I使用4個電阻串(resistor-string)來實現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。由于輸入端是經過緩沖的，所以DAC對于基準源總是呈現為高阻抗負載。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位數據(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是從數據位(D7～D0)計算出的十進制數，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上將數據輸出，與之相對應的是TLC5620I的DATA數據接收引腳：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，以鎖存數據，更新輸出電壓。在數據傳輸時，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，數據在CLK引腳的每一個下降沿與時鐘同步從DATA引腳輸入。當所有的數據傳輸完畢時，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。

　　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字量計算和數據發送等工作。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，實現數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，只有少量的數據線和控制線，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。