專利名稱：一種具有門電路控制功能的多通道波形采集模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種多通道波形采集模塊，尤其是既使用了簡單的SPI連接來實(shí)現(xiàn)AD采集，同時(shí)也利用了主控板SPI接口的DMA功能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟杉K，具體地說是一種具有門電路控制功能的多通道波形采集模塊。
背景技術(shù)：
目前，我們利用飛思卡爾公司的iMX257做了一塊wice6. 0嵌入式主控板，想利用其SPI接口連接一個(gè)SPI接口 AD芯片，實(shí)現(xiàn)一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
1MX257提供了 3個(gè)高速的SPI接口，每個(gè)SPI接口都可設(shè)置工作在主/從模式，最高波特率均可達(dá)到16Mbps，并支持DMA數(shù)據(jù)傳輸。利用這些SPI接口，可以方便、快速的連接各種SPI設(shè)備。為了降低系統(tǒng)成本和使連接簡單，很多模擬公司推出了 SPI接口的AD芯片，這些AD芯片也提供了高速的SPI接口，如TI公司的ADS8201。ADS8201是8通道12bit的AD轉(zhuǎn)換芯片，支持IOOksps的采樣率，并支持高達(dá)25MHz的SPI通訊。我們將利用iMX257的SPI接口與ADS8201連接，以構(gòu)成一個(gè)低成本高性能的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。對ADS8201的常規(guī)操作流程是I、啟動(dòng)AD采集(為了達(dá)到精度時(shí)間間隔的采樣，必須通過外部時(shí)鐘啟動(dòng)AD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。)2、AD轉(zhuǎn)換完成后，ADS8201向主CPU (1MX257 )發(fā)出中斷請求。3、iMX257響應(yīng)中斷，首先設(shè)置下一次需要采集的AD通道(為了能靈活的設(shè)置AD采集通道，不能使用ADS8201的自動(dòng)通道選擇功能，只能在每次AD轉(zhuǎn)換前手動(dòng)設(shè)置需要采集的通道。)4、通過SPI接口讀取ADS8201的數(shù)據(jù)。5、等待下次中斷。如果按上面的操作流程，當(dāng)ADS8201以lOOKsps的速度進(jìn)行AD采集時(shí)，它將每隔IOiI S向iMX257發(fā)出中斷請求。CPU響應(yīng)中斷后，需要完成一系列軟件操作，如上述流程的第3、4步，這將消耗大量CPU資源。重要的是IOii S的中斷時(shí)間間隔，對WINCE系統(tǒng)來講，基本上是不能處理的，因?yàn)閃INCE是多任務(wù)操作系統(tǒng)，其響應(yīng)中斷的延時(shí)一般在50 ii S以上。要解決這個(gè)問題，唯一的辦法是用上iMX257的SPI接口的DMA傳送功能。以使整個(gè)數(shù)據(jù)采集過程，在不需要CPU的干預(yù)的情況下就能完成。iMX257 SPI接口 DMA方式數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧鞒淌鞘紫仁鼓躍PI接口，然后使能DMA，再置SPI對應(yīng)寄存器的XCH位開始一次SPI傳輸。iMX257的SPI模塊有一個(gè)8X32bit的FIFO，在將XCH位置位后，只要SPI發(fā)送FIFO中有數(shù)據(jù)，傳輸就將一直進(jìn)行下去。在傳輸過程中，當(dāng)SPI的發(fā)送FIFO半空時(shí)，將自動(dòng)產(chǎn)生DMA請求，DMA控制器會(huì)用事先準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)再次將SPI的發(fā)送FIFO填滿，以繼續(xù)SPI傳輸。當(dāng)DMA控制器完成指定長度的數(shù)據(jù)傳送后，DMA將停止工作，不會(huì)再向SPI發(fā)送FIFO填充數(shù)據(jù)，而等SPI發(fā)送FIFO中的數(shù)據(jù)全部發(fā)出去后，SPI模塊將產(chǎn)生TC中斷，并自動(dòng)停止發(fā)送數(shù)據(jù)。[0012]上面的工作流程，只要事先準(zhǔn)備好要發(fā)送的數(shù)據(jù)，在SPI啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸之后，控制權(quán)就完全交給了 DMA控制器，不需要CPU的干預(yù)，就能完成大量的數(shù)據(jù)傳輸，但將上面的流程直接套用到現(xiàn)在的數(shù)據(jù)采集方案上來，卻行不通。圖I是ADS8201操作時(shí)序圖，如圖所示，當(dāng)CPU發(fā)出轉(zhuǎn)換信號后((
CONVST))后，ADS8201將啟動(dòng)一次AD轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換結(jié)束后它將發(fā)出中斷i青求,如圖I所
示的INT信號將輸出一個(gè)低電平，主機(jī)響應(yīng)中斷后，需要發(fā)出下個(gè)通道的地址和讀取這次的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。簡單的來講，圖I的時(shí)序要求，每當(dāng)ADS8201完成一次AD轉(zhuǎn)換，主機(jī)都要發(fā)送2個(gè)SPI數(shù)據(jù)(一個(gè)用于設(shè)置通道地址，ー個(gè)用于讀取轉(zhuǎn)換的AD數(shù)據(jù))。為了利用iMX257的DMA功能，我們可以事先準(zhǔn)備好這些數(shù)據(jù)，放在ー個(gè)buffer中，但問題是DMA功能ー但啟動(dòng)，它將會(huì)一次性將buffer中的數(shù)據(jù)全部發(fā)出，這顯然與ADS8201 —次只傳輸兩個(gè)SPI數(shù)據(jù)的時(shí)序要求有沖突。為此，我們需要ー個(gè)方法來控制SPI的傳輸，實(shí)現(xiàn)能控制SPI在什么時(shí)刻啟動(dòng)傳輸，能控制一次傳輸多少個(gè)字節(jié)。
ΜΧ257的SPI接ロ提供了一條RDY (ready)信號線，它的作用是，如果軟件使能了 SPI接ロ的RDY信號功能，當(dāng)置位XCH后，SPI不會(huì)直接發(fā)出數(shù)據(jù)，而是在發(fā)送前檢查SPI的RDY腳的狀態(tài)，當(dāng)RDY信號有效后，再發(fā)送數(shù)據(jù)。我們可以將ADS8201的INT引腳接到 ΜΧ257 SPI接ロ的RDY引腳，這樣只有當(dāng)ADS8201發(fā)出INT信號后，SPI才會(huì)發(fā)送設(shè)置通道和讀取數(shù)據(jù)的命令。但遺憾的是，當(dāng)通過RDY引腳啟動(dòng)一次數(shù)據(jù)發(fā)送流程后，接下來SPI仍然會(huì)連續(xù)的將事先準(zhǔn)備的數(shù)據(jù)全部發(fā)出。目前來看，通過iMX257 SPI接ロ連接AD芯片，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，將無法利用iMX257SPI接ロ的DMA功能，只能按流程I的方法，實(shí)現(xiàn)ー些低速的，要求不高的，對系統(tǒng)性能有明顯影響的數(shù)據(jù)采集，因?yàn)樯鲜龇桨笩o法控制何時(shí)啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸，也無法控制一次傳輸多少個(gè)SPI數(shù)據(jù)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是針對上述的問題，提出ー種具有門電路控制功能的多通道波形采集模塊。既使用了簡單的SPI連接來實(shí)現(xiàn)AD采集，同時(shí)也利用了主控板SPI接ロ的DMA功能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)高速，高性能和高效率的AD數(shù)據(jù)采集。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是ー種具有門電路控制功能的多通道波形采集模塊，它包括AD數(shù)據(jù)采集模塊和門電路控制模塊CPLD，所述的AD數(shù)據(jù)采集模塊通過門電路控制模塊CPLD與主控板的SPI接
ロ相連。本實(shí)用新型的門電路控制模塊CPLD為主控板和AD轉(zhuǎn)換模塊提供時(shí)鐘和片選信號。本實(shí)用新型的主控板和AD轉(zhuǎn)換模塊均工作于SPI從模式，門電路控制模塊CPLD為它們提供SPI時(shí)鐘和片選。本實(shí)用新型的門電路控制模塊CPLD包括整形電路、時(shí)鐘片選信號發(fā)生器和多路轉(zhuǎn)換開關(guān)，所述的整形電路的信號輸入端與主控板的對應(yīng)調(diào)制信號輸出端相連，整形電路的輸出與AD數(shù)據(jù)采集模塊的對應(yīng)信號輸入端相連；所述的時(shí)鐘片選信號發(fā)生器的各信號輸出端分別與AD數(shù)據(jù)采集模塊、主控板的對應(yīng)SPI接口相連。本實(shí)用新型的主控板的型號為iMX257 ；AD數(shù)據(jù)采集模塊的型號為ADS8201。本實(shí)用新型的有益效果本實(shí)用新型的具有門電路控制功能 的多通道波形采集模塊，既使用了簡單的SPI連接來實(shí)現(xiàn)AD采集，同時(shí)也利用了主控板iMX257的SPI接口的DMA功能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，以實(shí)現(xiàn)高速，高性能，高效率的AD數(shù)據(jù)采集。本實(shí)用新型的門電路控制模塊CPLD可以讓主控板iMX257和AD數(shù)據(jù)采集模塊ADS8201同時(shí)工作在SPI從模式，由它來提供SPI時(shí)鐘和片選。在這樣的情況下，就可以利用iMX257 SPI接口的DMA功能。同時(shí)，由于數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間和傳輸?shù)膫€(gè)數(shù)是由外部控制的，不會(huì)出現(xiàn)啟動(dòng)一次iMX257 SPI的DMA傳輸，將數(shù)據(jù)全部發(fā)出的情況，提高了數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間和個(gè)數(shù)的可控性。

圖I是ADS8201模式2時(shí)序圖。圖2是本實(shí)用新型應(yīng)用的原理框圖。圖3是本實(shí)用新型的原理框圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。如圖2、3所示，SPI通訊要求為主從模式，主機(jī)提供時(shí)鐘，片選信號，控制整個(gè)通訊過程，在前述的方案中，主控板(型號為iMX257) SPI接口作為SPI Master，為AD數(shù)據(jù)采集模塊(型號為ADS8201)提供SPI時(shí)鐘和片選，讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)和設(shè)置通道的命令，從iMX257發(fā)向ADS8201，ADS8201只能工作在SPI Slave模式。而本方案中，我們將加入特殊的門電路(CPLD)，使iMX257 SPI和ADS8201都工作在SPI從模式，由CPLD為它們同時(shí)提供時(shí)鐘和片選，而讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)和設(shè)置通道的命令仍然從iMX257發(fā)向ADS8201。主控板iMX257的4條SPI總線經(jīng)過門電路控制模塊(以下簡稱CPLD)連接到AD數(shù)據(jù)采集模塊ADS8201，在ADS8201初始化時(shí)，iMX257作為SPI Master向ADS8201發(fā)送寄存器配置等命令。此時(shí)CPLD內(nèi)部只是簡單的將iMX257和ADS8201的SPI線對應(yīng)的連在一起；而當(dāng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，1MX257和ADS8201都工作在SPI從模式即Slave模式，1MX257提供PWM信號作為ADS8201的AD轉(zhuǎn)換時(shí)鐘(因?yàn)镻WM信號可以做到精度的時(shí)間間隔)，轉(zhuǎn)換完成后，ADS8201發(fā)出中斷信號，這個(gè)中斷信號將觸發(fā)CPLD內(nèi)部的時(shí)鐘片選發(fā)生器，它將產(chǎn)生用于傳輸2個(gè)SPI數(shù)據(jù)所需要的片選和時(shí)鐘信號(一個(gè)SPI數(shù)據(jù)用于設(shè)置通道，另一個(gè)用于讀出AD數(shù)據(jù))。片選和時(shí)鐘信同時(shí)被送到iMX257和ADS8201，1MX257的驅(qū)動(dòng)程序中，已將其SPI接口設(shè)置到Slave模式，所以當(dāng)它檢測到片選和時(shí)鐘信號時(shí)，將會(huì)從其MOSI引腳接收數(shù)據(jù)，從其MISO引腳發(fā)送數(shù)據(jù)。加入CPLD的好處在于，它可以讓iMX257和ADS8201同時(shí)工作在SPI Slave模式，由它來提供SPI時(shí)鐘和片選。在這樣的情況下，利用iMX257 SPI接口的DMA功能就成為可能，因?yàn)閿?shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間和傳輸?shù)膫€(gè)數(shù)是由外部控制的，不會(huì)出現(xiàn)啟動(dòng)一次iMX257 SPI的DMA傳輸，將數(shù)據(jù)全部發(fā)出的情況，提高了數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間和個(gè)數(shù)的可控性。[0033]本實(shí)用新型未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有 技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求1.ー種具有門電路控制功能的多通道波形采集模塊，其特征是它包括AD數(shù)據(jù)采集模塊和門電路控制模塊CPLD，所述的AD數(shù)據(jù)采集模塊通過門電路控制模塊CPLD與主控板的SPI接ロ相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有門電路控制功能的多通道波形采集模塊，其特征是所述的門電路控制模塊CPLD為主控板和AD轉(zhuǎn)換模塊提供時(shí)鐘和片選信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有門電路控制功能的多通道波形采集模塊，其特征是所述的主控板和AD轉(zhuǎn)換模塊均工作于SPI從模式，門電路控制模塊CPLD為它們同時(shí)提供工作時(shí)鐘和片選信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有門電路控制功能的多通道波形采集模塊，其特征是所述的門電路控制模塊CPLD包括整形電路、時(shí)鐘片選信號發(fā)生器和多路轉(zhuǎn)換開關(guān)，所述的整形電路的信號輸入端與主控板的對應(yīng)調(diào)制信號輸出端相連，整形電路的輸出與AD數(shù)據(jù)采集模塊的對應(yīng)信號輸入端相連；所述的時(shí)鐘片選信號發(fā)生器的各信號輸出端分別與AD數(shù)據(jù)采集模塊、主控板的對應(yīng)SPI接ロ相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的具有門電路控制功能的多通道波形采集模塊，其特征是所述的主控板的型號為iMX257 ；AD數(shù)據(jù)采集模塊的型號為ADS8201。
專利摘要一種具有門電路控制功能的多通道波形采集模塊，它包括AD數(shù)據(jù)采集模塊和門電路控制模塊CPLD，所述的AD數(shù)據(jù)采集模塊通過門電路控制模塊CPLD與主控板的SPI接口相連。本實(shí)用新型的具有門電路控制功能的多通道波形采集模塊，既使用了簡單的SPI連接來實(shí)現(xiàn)AD采集，同時(shí)也利用了主控板iMX257的SPI接口的DMA功能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，以實(shí)現(xiàn)高速，高性能，高效率的AD數(shù)據(jù)采集。
文檔編號H03M1/54GK202475399SQ201220049310
公開日2012年10月3日 申請日期2012年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月16日
發(fā)明者張紅琳, 程實(shí) 申請人:成都英創(chuàng)信息技術(shù)有限公司