1. 引言

    由于DSP芯片具有先进的并行结构，使其在信号处理和数据采集领域得到了越来越广泛的应用。TI公司的DSP芯片TMS320VC5402PGE100最高工作频率是100MHZ,具有2个高速、全双工、多通道缓冲串行接口(McBSP)，其方便的数据流控制可使其与大多数同步串行外围设备接口。MAXIM公司的A/D芯片MAX147具有较高的性能价格比，最高的转换频率可达130kHz，具有高采样率、低功耗、高精度等特性，非常适合于体积小、对功耗要求比较严格的移动应用设备，如便携式工业测量、医疗仪器等。

2. MAX147工作原理

    2.1 MAX147介绍

    MAX147是一种具有8个单端输入通道或4个差动输入通道的12位精度的串行数据转换器。输入电压范围：0～2.5V(或-1.25V～+1.25V)，可软件配置单/双极输入。采样频率可达133kHz。采用单电源供电，工作电压范围+2.7～+5.25V。它的功耗低：在3V/133kps时其电源电流为1.2mA，在3V/133kps时其电源电流为54μA，而在掉电模式时仅为1μA。它的通信接口与SPI/QSPI/Microwire/TMS320兼容。

    2.2 MAX147工作时序

    MAX147要启动一次转换，就需要向DIN送入一个8位控制字。当片选信号CS为低时，控制字的每一位在SCLK的上升沿送入MAX147内部寄存器。当CS拉低时，第一个到达的逻辑“1”表示控制字的第最高位。当MAX147工作在SPI模式且选择外部时钟时，保证CPU串行口工作在主机模式下，CPU产生适当的时钟频率（100KHz-2MHz）。

    MAX147的控制字由八位组成。

    bit7 控制字节起始位，“1”有效，在此之间有，DIN上的“0”位均无效。

    bit6～bit4 通道选择位，设置采样输入脚。

    bit3 单极/双极选择位，bit3=1时，为单极转换模式，采样信号输入电压范围0～VREF；bit3=0时，双极转换模式，输入电压-VREF/2～+VREF/2。

    bit2 单端/差动选择位，bit2=1时，输入电压CMOS端作比较，bit2=0时，输入电压为所测两电压之差。

    bit1 bit0 bit1=0、bit0=0时，为全掉电模式，bit1=0、bit0=1时，速掉电模式（仅适合于MAX146），bit1=1、bit0=0时，为内部时钟模式，bit1=1、bit0=1为外部时钟模式。

    MAX147具体软件步骤如下：

    (1) 送控制命令字：1XXX1111，输入信号为单极性且单端输入，选择外部始终模式，XXX为通道选择。

    (2) CPU将片选信号CS拉低。

    (3) 发送控制字，同时接收一个字节，但将接收的字节忽略。

    (4) 发送0x00，同时接收第二个字节。

    (5) 发送0x00，同时接收第三个字节。

    (6) CPU将CS拉高。

    第二和第三个接收字节包含了MAX147的转换结果。为避免T/H的过多衰减，应保证其全部转换时间不超过120μs。

3. TMS320VC5402的McBSP

    3.1 McBSP的特点

    TMS320VC5402有两个多通道缓冲串口(MCBSP0和MCBSP1)，通过帧信号来控制数据流。独立的接收、发送帧和时钟信号；双倍的发送缓冲和三倍的接收缓冲数据存储器；可直接与工业标准的编码器、模拟界面芯片、其它串行A/D、D/A器件连接；具有外部移位时钟 发生器及内部频率可编程移位时钟；可直接利用多种串行协议接口通信，如SPI、T1/E1，MVIP，AC97等；发送和接收通道数最多可以到达128路；宽范围的数据格式选择，包括8、12、16、20、24、32位字长；利用μ律和A律的压缩扩展通信；8位数据发送的高位、低位先发送可选；帧同步和时钟信号的极性可编程；可编程内部时钟和帧同步信号发生器。

    3.2 MCBSP的工作方式

    McBSP的工作方式有以下几种：多通道缓冲模式、SPI工作模式，A-bit模式、数字回路模式、GPIO模式和省电模式。McBSP的外部管脚为：串行数据接收管脚DR、接收时钟管脚CLKR、接收帧同步信号管脚FSR、发送时钟管脚CLKX、串行数据发送管脚DX、发送帧同步信号管脚FSX。MCBSP的工作原理是：发送时，先写数据于数据发送寄存器DXR[1,2]，再在发送时钟CLKX和帧同步发送信号FSX控制下，通过发送移位寄存器XSR[1,2]将数据经发送引脚DX移出发送；接收数据时，在接收时钟CLKR和帧同步发送信号FSR控制下，将通过接受引脚DR接收的数据移入接收移位寄存器RSR[1,2],并复制这些数据到接收缓冲寄存器RBR[1,2]，再复制到DRR[1,2],最后由CPU或DMA控制器读出。这个过程允许内部和外部数据通信同时进行。如果接收或发送字长R/XWDLEN被指定为8，12或16模式时，DRR2、RBR2、RSR2、DXR2、XSR2等寄存器不能进行写、读、移位操作。

4. MAX147与TMS320VC5402的接口电路

    MAX147芯片兼容SPI数据通信协议。SPI协议具有主从模式，使用4 条信号线：1) 串行时钟信号线(SCK)；2) 主机输入/从机输出串口数据线(MISO)；3) 主机输出/从机输入串口数据线(MOSI)；4) 低电平有效的使能信号线(SS) 。

    TMS320C54XX提供的时钟停止模式可用于SPI 协议通信，当McBSP 被配置为时钟停止模式时，发送器和接收器在内部是同步的，因此可以将McBSP 作为SPI 主设备或从设备。当设置McBSP为SPI 主设备时，发送端输出信号(BDX) 就作为SPI 协议中MOSI 信号。接收端输入信号(BDR) 则被用作MISO 信号。发送数据帧同步脉冲信号(BFSX) 用作设备片选信号(即SS)，而发送数据位时钟信号(BCLKX) 用作SPI 协议中SCK。由于收数据位时钟(BCLKR) 和接收数据帧时钟(BFSR) 在内部与BFSX 和BCLKX是相连的，因此，这些信号不用于SPI 模式。

5. 接口程序设计

    DSP的McBSP工作在SPI模式下，需要进行以下初始化步骤：

    1）将SPCR寄存器中的XRST和RRST清零，复位发送器和接收器；

    2）McBSP保持复位状态，设置相关寄存器，CLKSTP=0X，禁止时钟停止模式；

    3）置SPCR寄存器中的GRST=1，采用率发生器退出复位，开始工作；

    4）等待两个时钟周期，确保初始化过程中McBSP内部正确同步；

    5）设置所需的CLKSTP值；

    6）若CPU访问McBSP，则XRST=RRST=1，使能发送器和接收器，SPCR寄存器中其它位不变，若DMAC访问McBSP，先进行DMA初始化，启动DMA，使之等待同步事件，然后XRST=RRST=1，McBSP退出复位状态；

    7）等待两个时钟周期以确保McBSP内部逻辑稳定。

    将McBSP配置成SPI模式主机模式的程序如下所示：

结束语

    本文详细介绍了ADC芯片MAX147与TI公司的数字处理器TMS320C5402之间的串行接口电路设计及程序设计，实现了多路数据采集系统。该系统设计方案，接口电路简单方便，程序采用汇编语言编程，运行稳定，速度快，适用于语音处理，声波振动信号采集，具有较高的实用价值及广泛的应用前景。