徐瑞亞　李　玲

摘 要：首先介紹了多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總體設(shè)計、 FIFO芯片IDT7202。然后分別分析了FIFO與CPLD、AD接口的設(shè)計方法。由16位模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD976完成模擬量至位數(shù)字量的轉(zhuǎn)換,由ATERA公司的可編程邏輯器件EPM7256A完成對數(shù)據(jù)的緩存和傳輸?shù)母鞣N時序控制以及開關(guān)量采樣時序、路數(shù)判別。采用FIFO器件作為高速A/D與DSP處理器間的數(shù)據(jù)緩沖,有效地提高了處理器的工作效率。

關(guān)鍵詞：IDT7202;CPLD;FIFO;電路設(shè)計

中圖分類號：TP23文獻標識碼：B

文章編號：1004-373X(2009)05-096-02

Design of FIFO in Multi-channel Data Acquisition System

XU Ruiya,LI Ling

(Nanjing College of Information Technology,Nanjing,210046,China)

Abstract：The design of multi-channel data acquisition system and FIFO chip IDT7202 are introduced.Then the design method of FIFO with the CPLD,A/D interface are analysed.16 bit analog-digital conversion chip AD976 is applied to complete the analog-to digital conversion,ATERA Company′s programmable logic device EPM7256A is adopted to complete the data cache and transfer time sequence control,and the switching of sampling time sequence and approach discriminant.Using FIFO devices as high-speed A/D time sequence and DSP processor′s data buffer,the efficiency of processor is improved effectively.

Keywords：IDT7202;CPLD;FIFO;circuit design

隨著數(shù)字信號處理芯片DSP技術(shù)的發(fā)展,信號處理的速度越來越快,容量越來越大,為了配合不同時鐘域之間的數(shù)據(jù)傳輸,必須使用FIFO來達到數(shù)據(jù)匹配的目的,從而提高系統(tǒng)性能。

1 系統(tǒng)的總體設(shè)計

系統(tǒng)主要由信號采集電路AD,FIFO,CPLD和TI公司數(shù)字信號處理芯片TMS320C5409組成?？梢圆杉?2路模擬量,64路開關(guān)量。接收到的模擬信號首先要通過運放放大、采樣、然后通過模擬電子開關(guān)、再實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)經(jīng)FIFO送至DSP處理,CPLD負責控制數(shù)據(jù)采集、A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)讀寫的時序。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

系統(tǒng)中使用了2片高速A/D轉(zhuǎn)換芯片AD976,AD976是AD公司生產(chǎn)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器,它是采用電荷重分布技術(shù)的逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器,FIFO選用了IDT公司的IDT7202。它具有輸入和輸出兩套數(shù)據(jù)線,獨立的讀/寫地址指針,在讀/寫脈沖的控制下順序地從雙口FIFO讀/寫數(shù)據(jù),讀/寫地址指針均從第一個存儲單元開始,直到最后一個存儲單元,然后又回到第一個存儲單元。系統(tǒng)采用了2片IDT7202將數(shù)據(jù)寬度擴展為16位,D0～D1為64路開關(guān)量數(shù)據(jù)；D2～D15為32路模擬量數(shù)據(jù)。在系統(tǒng)工作時,IDT7202內(nèi)部的仲裁電路通過對讀指針和寫指針的比較,相應(yīng)給出FIFO的空(EF)和滿(FF)狀態(tài)指示；CPLD可以根據(jù)所獲得的FIFO狀態(tài)標志控制FIFO的讀/寫時序,實現(xiàn)對FIFO的讀/寫操作。

2 FIFO 芯片IDT7202的介紹

FIFO(First In First Out)簡單說就是指先進先出。作為一種新型大規(guī)模集成電路,FIFO芯片以其靈活、方便、高效的特性,逐漸在高速數(shù)據(jù)采集、高速數(shù)據(jù)處理、高速數(shù)據(jù)傳輸以及多機處理系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。IDT7202是一種高速、低功耗、雙端口存儲器,輸入、輸出有9位數(shù)據(jù),芯片容量為1K×9 b,輸入/輸出端口由單獨的時鐘和使能信號控制,具有“空”、“滿”、“半滿”和 “幾乎空、幾乎滿”標志。IDT7202的9位輸入/輸出端口由單獨的時鐘和使能信號控制。輸入端口由寫使能信號(W)控制,當寫使能W為低時,數(shù)據(jù)被連續(xù)寫入FIFO存儲器中。同樣,輸出端口由讀使能信號(R)控制,而且有一個輸出使能引腳(OE)。IDT7202還有一個復(fù)位端(RS),當RS為低時,IDT7202的各個標志位全部回到原始狀態(tài)。

3 FIFO與CPLD的接口設(shè)計

ATERA公司的可編程邏輯器件支持多種I/O電平標準,包括3.3 V,2.5 V和1.8 V的LVTTL和LVCMOS電平。由于FIFO必須是5 V供電,所以CPLD將數(shù)據(jù)從FIFO讀入內(nèi)部存儲器時,需要經(jīng)過一個電平轉(zhuǎn)換芯片。系統(tǒng)選用了SN74LVC16245A具有三態(tài)輸出的 16 位總線收發(fā)器,它支持8/16位數(shù)據(jù)的雙向傳輸。

在FIFO與CPLD數(shù)據(jù)通信接口設(shè)計中,CPLD主要輸出控制時序到IDT7202的復(fù)位、寫和讀端口,實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)到FIFO的存儲,并將數(shù)據(jù)從FIFO讀入CPLD的內(nèi)部存儲器。一旦CPLD檢測到兩個AD976的“BUSY”信號都為高電平,且延時滿足,CPLD就使FIFO的寫信號“W”輸出為低電平,允許向FIFO中寫入數(shù)據(jù)。同時檢測FIFO的滿標志信號FF。若該信號為低,則說明FIFO已經(jīng)寫滿,此時,CPLD輸出讀時序給該FIFO,向FIFO中讀數(shù)據(jù),同時檢測FIFO的空標志信號EF,若該信號為低,則說明FIFO中數(shù)據(jù)已經(jīng)讀空,不允許讀數(shù)據(jù),除非再有數(shù)據(jù)寫入后。本系統(tǒng)中采用兩片IDT7202,它們的復(fù)位、寫和讀端口分別聯(lián)在一起,數(shù)據(jù)同時讀寫。數(shù)據(jù)D0～D8 從第一片輸出,D9～D15從第二片輸出,D16，D17空的兩位數(shù)據(jù)接地。D0～D1為64路開關(guān)量數(shù)據(jù),64路開關(guān)量數(shù)據(jù)由8片8D鎖存器74LS373鎖存直接送至CPLD,開關(guān)量采樣時序、路數(shù)判別由CPLD來實現(xiàn)。

IDT7202的異步讀寫操作時序如圖2所示,各參數(shù)說明見表1。

4 FIFO與AD976接口設(shè)計

本系統(tǒng)最多可接32路模擬量,需使用兩片AD976芯片,轉(zhuǎn)換后的16位數(shù)據(jù)分別送入兩個FIFO中。當兩片AD976中的任意一片中的“BUSY”信號為低電平時,進行模數(shù)轉(zhuǎn)換,只有當“BUSY”為高時,數(shù)據(jù)才有可能寫入至FIFO中,但數(shù)據(jù)是否寫入到FIFO中,由FIFO的寫使能信號來決定,當CPLD發(fā)出寫使能信號有效時,轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)才能存儲到FIFO中。A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的輸出和轉(zhuǎn)換時鐘有一定的相位差,在CPLD內(nèi)部可

通過延時或時鐘管理器來滿足建立時間和保持時間,保證數(shù)據(jù)不失碼地傳輸?shù)紽IFO中。FIFO與AD976均采用5 V電源,故數(shù)據(jù)線直接相連即可,為了減小外界對數(shù)據(jù)線的干擾,在數(shù)據(jù)線之間串接一個100~200 Ω的小電阻。

5 結(jié) 語

系統(tǒng)地介紹了一種多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中FIFO的設(shè)計方法。系統(tǒng)可以采集32路模擬量,64路開關(guān)量。系統(tǒng)具有抗干擾強、可靠性高、失碼率低等優(yōu)點。該系統(tǒng)可用于采集量比較多的設(shè)備中，已在電力故障監(jiān)測裝置中得到廣泛的應(yīng)用。

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作者簡介 徐瑞亞 女,1966年出生,高級工程師。研究方向為電子工程與自動化。