隨著技術(shù)的進(jìn)步和大量外設(shè)的增加，不僅要求計算機(jī)并行口可以連接打印機(jī)，而且可以連接到其他外設(shè)，并要求能夠雙向傳輸數(shù)據(jù)，對高速外設(shè)還要求高速數(shù)據(jù)傳輸，如DPS。在科技飛速發(fā)展的今天，DSP的處理能力和速度也快速提高，廣泛用戶在科學(xué)研究、軍事及通信等電子領(lǐng)域。在這些應(yīng)用中免不了要和PC機(jī)進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸。計算機(jī)并口傳統(tǒng)的傳輸模式為SPP（標(biāo)準(zhǔn)并口），數(shù)據(jù)傳輸方向是從計算機(jī)到外圍設(shè)備，只能輸出數(shù)據(jù)，不能輸入數(shù)據(jù)。這就限制了并行口高速數(shù)據(jù)通信的應(yīng)用。于是我們在基于FIFO的DDC與DSP高速數(shù)據(jù)傳輸實(shí)現(xiàn)的方案。

　　1 系統(tǒng)器件的選用

　　DSP（digital signal processor）是一種獨(dú)特的微處理器，是以數(shù)字信號來處理大量信息的器件。其工作原理是接收模擬信號，轉(zhuǎn)換為0或1的數(shù)字信號。再對數(shù)字信號進(jìn)行修改、刪除、強(qiáng)化，并在其他系統(tǒng)芯片中把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)解譯回模擬數(shù)據(jù)或?qū)嶋H環(huán)境格式。它不僅具有可編程性，而且其實(shí)時運(yùn)行速度可達(dá)每秒數(shù)以千萬條復(fù)雜指令程序，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過通用微處理器，是數(shù)字化電子世界中日益重要的電腦芯片。它的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力和高運(yùn)行速度，是值得稱道的兩大特色。本設(shè)計選用TI公司的TMS320C6201 DSP，其時鐘頻率200MHz、1 600MIPS的數(shù)據(jù)處理能力，可以滿足軟件無線電的零中頻信號處理要求。

　　由于ADC的高數(shù)據(jù)率輸出，用DSP進(jìn)行實(shí)時處理會有很大壓力。在DSP進(jìn)行運(yùn)算之前，需要進(jìn)行數(shù)字下變頻以降低數(shù)據(jù)率。設(shè)計選用Harris公司的HSP50214B數(shù)字下變頻器件， HSP50214B輸入數(shù)據(jù)為14位，輸入速率為65MS/s，支持偏移碼和2的補(bǔ)碼兩種輸入格式。抽取因子為2，具備多種輸出格式，包括I/Q通道數(shù)據(jù)、幅度、相位和頻率輸出等，能夠直接解調(diào)AM、FM和QASK等信號，內(nèi)部有256個控制字，用戶可以由此設(shè)置載波中心頻率、抽取因子、輸出格式與方式等參數(shù)。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　HSP50214B的輸出方式有三種模式：直接并行輸出、緩沖模式輸出和串行輸出。本設(shè)計HSP50214B采用并行直接輸出模式，此模式下，HSP50214B輸出兩組16位的實(shí)時數(shù)據(jù)：AOUT(15:0)和BOUT(15:0)，AOUT端口可以輸出數(shù)據(jù)I、幅度和頻率。BOUT端口可以輸出數(shù)據(jù)Q、相位和幅度。

　　2 FIFO雙向接口設(shè)計

　　FIFO是英文First In First Out 的縮寫，是一種先進(jìn)先出的數(shù)據(jù)緩存器，他與普通存儲器的區(qū)別是沒有外部讀寫地址線，這樣使用起來非常簡單，但缺點(diǎn)就是只能順序?qū)懭霐?shù)據(jù)，順序的讀出數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)地址由內(nèi)部讀寫指針自動加1完成，不能像普通存儲器那樣可以由地址線決定讀取或?qū)懭肽硞€指定的地址。

　　工作過程：ADC輸出的14bit中頻信號經(jīng)鎖存器輸入到HSP50214B，在HSP50214B中經(jīng)程控的NCO驅(qū)動混頻器后，混頻得到更低的中頻信號或零中頻信號，該信號經(jīng)積分梳狀濾波器(CIC)和有限沖激響應(yīng)濾波器(FIR)抽取濾波，將得到的信號以所需格式輸出送DSP處理。

　　如果DDC直接與DSP的外部存儲器接口（EMIF）連接傳輸數(shù)據(jù)，由于DSP需擴(kuò)展外部存儲器，與采樣數(shù)據(jù)輸入共用僅有的一條外部總線，CPU要進(jìn)行外部存儲器的訪問，不允許數(shù)據(jù)采集始終占用外部總線。另外，如果存儲控制系統(tǒng)不能及時接收數(shù)據(jù)，上次采樣的數(shù)據(jù)會馬上被下次的數(shù)據(jù)更新，造成數(shù)據(jù)丟失。因此DDC與DSP之間需采用高速緩存。

　　目前常用的緩存有FIFO、SRAM及雙口RAM等。雙口RAM和SRAM存儲量較大，但必須配以復(fù)雜的地址發(fā)生器。本設(shè)計只需要單向的數(shù)據(jù)傳輸，對于FIFO芯片，數(shù)據(jù)順序進(jìn)出，且允許數(shù)據(jù)以不同的速率寫入和讀出，外圍電路簡單，所以選用TI公司SN74ACT7804 FIFO作為數(shù)據(jù)緩存，在HSP50214B與DSP之間將兩片F(xiàn)IFO并列，分別緩存HSP50214B輸出的AOUT和BOUT兩路16bit的數(shù)據(jù)。

　　TI公司的SN74ACT7804是512×18bit的觸發(fā)式FIOF存儲器，單向數(shù)據(jù)傳輸，有空(/EMPTY)、滿(/FULL)、半滿(Half-Full)狀態(tài)標(biāo)志引腳，還有可編程的近滿/近空(Almost-FulL/Almost-Empty)狀態(tài)標(biāo)志，處理數(shù)據(jù)的速度可達(dá)到50MHz。

　　2.1 FIFO與DDC接口設(shè)計

　　DDC控制器是整個控制系統(tǒng)的。是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制功能的關(guān)鍵部件。它的工作過程是控制器通過模擬量輸入通道（AI）和開關(guān)量輸入通道（DI）采集實(shí)時數(shù)據(jù)，并將模擬量信號轉(zhuǎn)變成計算機(jī)可接受的數(shù)字信號（A/D轉(zhuǎn)換），然后按照一定的控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算，發(fā)出控制信號，并將數(shù)字量信號轉(zhuǎn)變成模擬量信號（D/A轉(zhuǎn)換），并通過模擬量輸出通道（AO）和開關(guān)量輸出通道（DO）直接控制設(shè)備的運(yùn)行。

　　在設(shè)計DDC與FIFO接口時，應(yīng)仔細(xì)考慮DDC及所選中間邏輯器件的時序和延時特性，以保證數(shù)據(jù)的有效傳輸。HSP50214B采用并行直接輸出模式，HSP50214B輸出兩組16位的數(shù)據(jù)：AOUT(15:0)和BOUT(15:0)，信號直接與兩FIFO低16位輸入數(shù)據(jù)線連接，F(xiàn)IFO輸入時鐘信號LDCK由HSP50214B的/DATARDY信號提供。當(dāng)HSP-50214B中的數(shù)據(jù)在并行數(shù)據(jù)總線上準(zhǔn)備輸出時，/DATARDY引腳會在PROCCLK時鐘的個下降沿產(chǎn)生一個下降沿的電平跳變，并會持續(xù)一個PROCCLK時鐘周期的低電平。同時，可用此低電平來控制并行輸出使能/OEAL、/OEAH、/OEBL和/OEBH。由于FIFO的信號輸入時鐘LDCK在上升沿時有效，所以需要將/DATARDY信號反向后供給。

　　2.2 FIFO與DSP EMIF接口

　　TMS320C6201的外部存儲器接口（EMIF）是32位接口，HSP50214B的AOUT和BOUT兩路16位分別經(jīng)兩FIFO的低16位與EMIF的 32位接口連接，DSP同時讀取AOUT和BOUT兩路數(shù)據(jù)存放于內(nèi)部存儲器，數(shù)據(jù)在存儲器中奇偶分離，可以采用32位或16位的訪問方式存取數(shù)據(jù)，這樣充分利用DSP的硬件資源，保證了數(shù)據(jù)的高速傳輸。由于TMS320C6201只有一個外部總線接口，F(xiàn)IFO與DSP通過EMIF相連接，所以必須注意數(shù)據(jù)采集與連接到外部總線上的其他外部設(shè)備或存儲器對使用總線的沖突，要保證沒有其他外圍設(shè)備長時間占用外部總線，否則發(fā)生總線使用沖突時將導(dǎo)致采集數(shù)據(jù)丟失。

　　對于讀FIFO的讀操作，這里用到EMIF異步存儲器控制信號:輸出使能（/AOE）和讀使能（/ARE）以及外部空間選擇信號(/CE0)。DDC、FIFO、DSP間的接口電路如圖2所示。從圖2中邏輯關(guān)系可看出，當(dāng)/AOE與/CEn都有效時，OE有效，片選使能兩個FIFO。當(dāng)/CEn和/ARE同時低電平有效時，UNCK無效，待讀出的數(shù)據(jù)在此時進(jìn)行初始化，隨后ARE會跳變?yōu)檎娖?，使UNCK產(chǎn)生上升沿，F(xiàn)IFO中數(shù)據(jù)被讀出。圖2中兩個FIFO的半滿信號HF經(jīng)過一個“與”門連接至DSP外部中斷引腳EXT-INT5。當(dāng)兩個FIFO皆達(dá)到半滿時“與”門輸出由低變高，上升沿觸發(fā)DSP外部中斷EXT-INT5，DSP啟動DMA（直接存儲器存?。┮酝话l(fā)的方式讀取FIFO數(shù)據(jù)。FIFO1中數(shù)據(jù)作為低16位，F(xiàn)IFO2中數(shù)據(jù)作為高16位，合并為32位數(shù)據(jù)讀入DSP內(nèi)部存儲空間。

　　3 接口時序

　　設(shè)計中，F(xiàn)IFO采用半滿信號。若FIFO使用滿(/FULL)狀態(tài)信號，則滿(/FULL)狀態(tài)位有效時，觸發(fā)DMA開始數(shù)據(jù)傳輸；如在滿信號和DMA傳輸之間仍有數(shù)據(jù)出現(xiàn)在數(shù)據(jù)線上，則因?yàn)榇藭rLDCK對FIFO無效，待DMA開始數(shù)據(jù)傳輸時才允許數(shù)據(jù)寫入,所以可能丟失采集數(shù)據(jù)。本設(shè)計中采用半滿(HF)信號作為標(biāo)志位，在半滿時，開始DMA傳輸，不中斷數(shù)據(jù)寫入FIFO。由于ADC數(shù)據(jù)寫入FIFO速度小于EMIF讀出速度，所以后續(xù)數(shù)據(jù)不會覆蓋原來的有效數(shù)據(jù)，采樣數(shù)據(jù)不會丟失。

　　EMIF讀FIFO邏輯關(guān)系如下：UNCK=/CE+/ARE，LDCK=/CE+/AWE，OE=/CE+/AOE，讀FIFO時序如圖3所示。

　　本文設(shè)計的基于FIFO和DSP的多路高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對兩路PFN電流波形的自動、實(shí)時、高速、采樣，波形在PC機(jī)上快速顯示，并能對PFN運(yùn)行狀況快速監(jiān)測。系統(tǒng)實(shí)際采樣頻率為400kHz。如果更換采樣率更高的A/D轉(zhuǎn)換芯片，只需修改DSP中與A/D轉(zhuǎn)換相關(guān)的程序，系統(tǒng)采樣頻率可大幅度提高，采樣波形將更真實(shí)地反映實(shí)際波形，就能更好地監(jiān)測DDC運(yùn)行狀況。相信這種多路數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)將得到越來越多的應(yīng)用。