基于CPLD的OMA-L137与ADS1178数据通信设计

　　引 言

　　串行外围设备接口(Serial Peripheral InteRFace，SPI)总线技术是Motorola公司推出的一种高速同步串行输入／输出接口，近年来广泛应用于外部移位寄存器、D／A转换器、 A／D转换器、串行EEPROM、LED显示器等外部设备的拓展。SPI总线是一种三线同步总线(CLK、SI-MO、SOMI)，可以共享，便于组成带多个SPI接口的控制系统。其传输速率可编程，连接线少，具有良好的拓展性。

　　ADS1178是一款典型的具有SPI接口的A／D转换器，它可以方便地与带有SPI接口的处理器或控制器相连接。OMAP-L137是一款处理能力强、外接存储空间大、集成度高、外设管理方便的新型工控芯片。

　　目前，ADS1178与OMAP-L137的数据通信主要通过SPI接口直接连接实现。通过配置，使OMAP-L137工作在主模式，ADS1178工作在从模式，由OMAP-L137提供用来进行数据传输的时钟。但是，采用此模式结合EDMA进行数据接收时，每接收一组采样数据都需要通过中断来改变接收数据的存放地址，即完成N组数据的接收需要N个中断来完成，这会给系统的资源管理带来很大的麻烦。

　　本设计使OMAP-L137、ADS1178的SPI接口工作在从模式，由CPLD作主片来提供进行数据传输的时钟。在准确、快速完成数据传输的同时，节省了处理器资源，方便了系统资源的管理。

　　1 硬件设计

　　1．1 芯片概述

　　ADS1178是TI公司于2008年9月推出的一款A／D控制芯片，它采用△-∑模／数转换器结构，可以达到16位的数据采集精度，并且拥有良好的交流特性。其带宽达25 kHz，具有97 dB的信噪比和-105 dB的总谐波失真。在正常工作时每通道的功耗只有31 mW，支持8路通道同时采样，并将数据依次连续地送上数据总线；在满足实时同步采样的同时，还具有52 ksps的转换速率。该芯片主要应用于三相交流电的实时监测、心电图监视器、质量流量计、振动系统的模态分析实验设计，同时还支持SPI和帧同步两种数据传输格式，并支持A／D间的级联。

　　OMAP-L137是TI司推出的针对工业控制领域的双核处理器，它综合了ARM和DSP两个处理器各自在实时性和计算精度上的优势。两个处理器的主频均达到300MFHz(DSP的处理速度高达2 400MIPS／1 800MFLOPS)。可以外接2个存储空间EMIFA和EMIFB，并且在片上有着非常丰富的外设资源，主要针对工业应用环境的控制提供了EHRPWM、ECAP、EQEP、 EMAC等模块，并在各控制模块和各接口之间采用EDMA3模块进行数据传递。这大大减轻了双核处理器的负担，占用很少的处理器资源，同时在两个处理器之间开辟了一块128 KB的共享存储空间，可以使数据在双核之间快速地进行交换。

　　1．2 硬件原理

　　在SPI从模式下，设计使OMAP-L137、ADS1178作从片，CPLD作主片来提供进行数据传输的时钟。OMAP-L137的SPI接口支持3针、4针、5针三种传输模式，这里采用3针模式(即CLK、SIMO、SOMI)。OMAP- L137引出一个GPIO口作同步信号线SYCN，ADS1178的READY信号线送给CPLD用来产生采样时钟，硬件连接如图1所示。CLK用来传递接收和发送数据时的同步时钟信号，SIMO在OMAP-L137作主片时为输出数据线，在OMAP-L137作从片时为输人数据线。SOMI在此模式下不被采用。

　　OMAP-L137的SPI接口工作在从模式的配置如下：SPIGCR1寄存器的低2位配置为00，选择SPI工作在从模式；通过配置SPIPC0和 SPIPC1寄存器来选择采用的针模式和引脚的信号方向，这里选择使能CLK、SIMO、SOMI三根信号线，并分别配置为输入、输入和输出；配置 SPIFMT0寄存器先输出每组数据的“大端MSB”，根据ADS1178手册中对数据输出时序的要求，配置数据在CLK信号的下降沿输出，使CLK信号工作在13MHz，同时配置现在的数据总线为16位。SPI的参考配置如表1所列。

　　在采样数据送到OMAP-L137的SPI接口时，可以启动EDMA模块来对采样数据进行搬移。EDMA的触发事件为SPI的每一通道数据(16位)的接收中断，相当于完成一组(8通道)数据的传输需要8个触发事件。EDMA的参数相关配置如图2所示。其中，OPT、DSTCINT、SRCCIND和 CCNT都需要根据应用情况来进行参数配置。