第十二课-ADSP处理器和AD-DA的接口设计

ADSP处理器和AD/DA的接口设计,基于ADSP处理器的AD/DA接口设计键盘接口设计红外接口设计触摸屏接口设计CAN接口设计,基于ADSP处理器的AD/DA接口设计,概述自然界中的信号都是以模拟信号的形式出现的，为了实现数字信号处理，必须把模拟信号转换为数字信号，实现模拟信号到数字信号的转换，即模数转换。在另外一些场合下，则需要把数字信号转换为模拟信号，实现数字信号到模拟信号的转换，即数模转换。模数和数模转换电路作为模拟技术和数字技术的接口，广泛应用于工业控制、雷达、通信、消费电子等领域。数字技术、软件无线电技术和微电子技术的高速发展极大地促进了模数和数模转换电路设计技术的发展。,温度传感器ADT7516简介ADI公司的ADT7516，它集成可10位温度温度转换器，通道10位模数转换器，通道12位数摸转换器，内部2.28V参考电压，也可以用外部参考电压，芯片输入电压为2.7V-5.5V，四线串行SPI接口或两线I2C接口方式；具有越线中断功能，当输入电压VDD超过允许最大值时，当输入通道输入电压AIN1-4超过参考电压时，当温度超过允许温度时，会产生中断报警功能；同时当有中断产生时，INT引脚的状态可以由寄存器设置。,ADT7516与ADSP-BF533的接口设计硬件接口设计,ADT7516与ADSP-BF533的连接框图,ADT7516中断脚连CPLD的I/O上，CPLD内部中断控制器统一管理中断源，并将中断信号输出端连接处理器PF管脚，当接转换完成或者是电压检测越线报警产生中断信号，从而触发PF中断。由于ADSP-BF533处理器的I/O资源比较紧张，系统SPI设备很多，处理器的I/O与SPI设备的片选控制线复用，为了节约I/O资源将所有的设备都挂在一个SPI的片选线上，由CPLD内部SPI片选控制器分配给不同的设备。这样达到了实现ADSP-BF533处理器扩展I/O资源的目的。SPI的其他信号线SPI_SCLK，MOSI，MISO等信号线为几个设备共用。,CAN接口设计,概述控制器局域网（ControllerAreaNetwork，CAN总线）是一种支持分布式控制和实时控制的现场总线，具有高性能和高可靠性的特点。随着监控和控制的广泛应用，一个系统通常需要连接更多的传感器，实现复杂的控制，CAN总线满足了这种需求。CAN总线最初由德国Bosch公司提出，1989年Intel公司率先开发出了满足CAN总线协议的控制芯片。CAN总线起初是专门为汽车工业设计的，面向复杂应用环境且需要保证高可靠通信的汽车应用，目的是减少接线的工作量，提高通信可靠性。后来由于自身的优良特点被广泛的应用于各行各业，特别近年来由于CAN总线设备价格不断下降，CAN总线成了炙手可热的技术，并不再限于汽车领域的应用，目前在工业网络、医疗设备、轨道交通信号、楼宇控制及其它众多的控制系统中，CAN总线都得到了广泛的应用。,常见的CAN控制系统方案有以下几种：采用处理器（一般是单片机）+CAN控制器+CAN总线收发器采用带有CAN控制器接口的处理器（DSP或单片机）+CAN总线收发器第一种方案可选择的处理器及CAN控制器有很大的余地，可以进行灵活的设计。处理器的选择很广泛，单片机或DSP都可以实现良好的控制；CAN控制器可以选择PHILIPS公司的CAN通信控制器SJA1000和Microchip公司的带有SPI接口的独立CAN控制器MCP2515，两者都支持CAN2.0B标准，位速率可达1Mb/s。第二种方案系统集成度高，稳定性好。一般带有CAN控制器接口的处理器有基于51内核的AT89C51CC01，AT89C51CC02，AT89C51CC03，Philips公司的P87C591和基于AVR内核的AT90CAN128以及内嵌CAN控制器的DSPTMS320LF2407。,ADSP-BF533处理器内部不带有CAN控制器，所以在进行CAN总线连接时需要外接一个CAN控制芯片，这里以微芯技术公司（MicrochipTechnology）的CAN控制芯片MCP2515为例，同时使用CAN总线收发器SN65HVD230，介绍基本的CAN控制系统设计。系统连接框图如图,CAN节点结构框图,CAN总线协议CAN总线属于共享的广播总线，总线上的信息可以传输到每个节点，可以通过软件设置每个节点的地址信息，使相应的节点对不同的信息进行响应。在进行数据传送前，首先以广播方式传送地址信息，使相应地址的节点做好接收数据的准备，而其它的节点对此后总线上传输的数据不做响应，这样就实现了点对点的数据传输。CAN总线采用非归零（NRZ）编码，所有节点以“线与”方式连接至总线，即如果有一个节点向总线传输逻辑0，那么不管其它多少个节点在发送逻辑1，总线总呈现逻辑0状态。如果CAN网络中有多个节点试图同时发送数据，这种简单的仲裁规则会确保网络中只有一个节点控制总线并发送信息。CAN收发器如同一个漏极开路结构，能够监听自身的输出。逻辑高状态由上拉电阻驱动，因而低有效输出状态（0）起决定性作用。,ADSP-BF533的CAN接口设计MCP2515是微芯技术公司（MicrochipTechnology）的一种支持CAN2.0B规范的独立CAN控制器，具有接收和发送标准数据帧、扩展数据帧和远程帧的能力。MCP2515内部有两个接收屏蔽单元和六个接收滤波单元，主要是用于滤去杂波，以减少主微控制器的额外开支。它通过一个符合工业标准的SPI接口和MCU交换数据。CAN模块负责从CAN总线上接收和发送信息，通过装载相应的信息缓冲器和控制寄存器完成。发送的初始化通过使能控制寄存器位完成，通过SPI接口设置控制寄存器中的相应的寄存器或使用发送使能引脚均可启动发送操作。读取相应寄存器可以检查相应的错误和状态。任何在CAN总线上被检测到的信息首先进行错误检查，然后和用户所定义的滤波器进行比较，看是否要将该数据移入两个接收缓冲器中的一个。,MCP2515的内部结构,CAN控制器应用系统,SN65HVD230是德州仪器公司的3.3VCAN总线收发器，主要是和带有CAN控制器的DSP或单独的CAN控制器配套使用，该收发器具备差分收发能力，最高速率可达1Mb/s。广泛用于汽车、工业自动化、UPS控制等领域。硬件电路设计：本节设计的是基于ADSP-BF533的CAN通信节点，CAN控制器采用MCP2515，通过SPI接口与ADSP-BF533连接，CAN收发器采用SN65HVD230，并设定其工作在高速模式。,硬件连接框图,红外接口设计,概述Blackfin系列处理器以其极高的性价比和卓越的处理能力，在便携式移动电子产品中受到广泛的应用。大多数的便携式移动电子产品之间进行数据交换时是通过蓝牙，红外等无线方式进行的。其中红外无线通信技术因其实现成本低，所以在无线通信市场中中受到了广泛的应用，目前很多消费电子产品都配置了红外通信接口，如笔记本电脑，智能手机等。针对这个特点，Blackfin处理器支持红外通信功能，避免了由于有线电缆带来的不便。Blackfin处理器支持IrDA1.0。,IrDA简介IrDA是红外数据协会（InfraredDataAssociation）制定的红外通信标准。IrDA标准包括硬件规范和通讯协议规范。IrDA1.0是一种半双工串行异步的通信方式，传输速率为2400115200bps，传输的信号码型为RZI（归零反转）码。IrDA1.0的数据格式与UART的数据格式相同，都是起始位在前，数据位在中间，停止位结尾。他们之间的区别是UART的数据脉冲宽度为16个时钟周期（异步串口使用16倍的波特率采样），而IrDA的数据脉冲宽度为3个时钟周期。,IrDA1.0数据波形,UART数据帧格式,IrDA1.0数据帧格式,硬件电路设计Blackfin系列处理器支持IrDA1.0，最高速率能够达到115200bps。通过设置UART_GCTL寄存器中的IREN位，可以把UART使能为IrDA1.0模式。再通过外接的红外发射管与接收管，就可以很方便的实现红外无线通信。红外发射和接收管使用英飞凌公司的红外收发器IRM5000。IRM5000是一个3.3V供电，具有节能模式，并且符合IrDA标准的红外收发器。具体的电路连连关系如下：,IRM5000的电路连接,触摸屏接口设计,概述嵌入式系统的触摸屏应用越来越广泛，诸如手机、PDA为标志的大量数码产品和家电，而工业领域（如煤炭、钢铁、冶金、电力、化工等行业）中大量的仪器仪表和设备，也都逐渐选用液晶触摸屏作为系统的输入设备。触摸屏的控制芯片要完成两件事情：一，完成电极电压的切换；二，采集接触点处的电压值（即A/D）。主流芯片是ADS7843。,ADS7843与ADSP-BF533的接口设计ADS7843是一个内置12位模数转换、低导通电阻模拟开关的串行接口芯片。供电电压2.75V，参考电压VREF为1V+VCC，转换电压的输人范围为0-VREF，最高转换速率为125kHz。利用ADSP-BF533处理器串行SPI总线接口单元与ADS7843无缝连接，通过对转换芯片内部寄存器读操作，来获取触点坐标，并将中断信号输出端连接处理器PF管脚，从而触发PF中断。,触摸屏接口设计系统框图,键盘接口设计,概述键盘接口分为独立式键盘接口和矩阵式键盘接口。独立式按键就是各按键相互独立。每个按键各接一根输入线，一根输入线上的按键工作状态不会影响其他输入线上的工作状态。因此通过检测输入线的电平状态可以很容易判断哪个按键按下。独立式按键电路配置灵活，软件结构简单。但是每个按键需要占用一根输入先，在按键数量较多时，输入口浪费大，电路结构显得很复杂，故此种键盘适用于按键较少或操作速度较高的场合。矩阵式键盘适用于按键数适用于按键较多的场合，它由行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上，例如一个3*3的行、列结构可以构成一个有9个按键的键盘。,矩阵式键盘简介按键设置在行、列线交点上，行、列分别连接到按键开关的两端。行线通过上拉电阻接到+5V上。平时无按键动作时，行线处于高电平状态，而当有按键按下时，行线电平状态将由与此行线相连的列线电平决定。键盘识别方法包括扫描法和线反转法。利用扫描法识别具体按键的方法是逐列置为零电平，检查行线电平的变化，如果某行电平由高电平变为零电平，则可确定此行此列交叉点处的按键被按下。扫描法要逐列扫描查询，当被按下的键处于最后一列时，则要经过多次扫描才能最后获得此按键所处的行列值。利用线反转法对键盘识别比较简单，具体操作分为两步：第1步，将行线编程为输入线，列线编程为输出线，并使输出线输出为全零电平，则行线电平由由高到低所在行为按键所在行；第二步则将行线编程为输出线，列线为输入线，并使输出线输出为全零电平，则列线中电平又高到低所在的列为按键所在列。综合两步的结果，则可确定按键所在的行和列，从而识别出所按的键。,矩阵键盘的工作方式包括编程扫描方式、定时扫描方式、中断工作方式，以下分别介绍。编程扫描方式处理器对键盘的扫描采取程序控制方式，一旦进入键扫描状态，则反复地扫描键盘，等待操作者从键盘上输入命令或数据。而在执行键入命令或处理键入过程中，处理器将不再响应键入要求，直到处理器返回重新扫描键盘为止。定时扫描方式利用定时器产生定时中