专利名称：一种具有门电路控制功能的多通道波形采集模块的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种多通道波形采集模块，尤其是既使用了简单的SPI连接来实现AD采集，同时也利用了主控板SPI接口的DMA功能实现数据传输的采集模块，具体地说是一种具有门电路控制功能的多通道波形采集模块。
背景技术：
目前，我们利用飞思卡尔公司的iMX257做了一块wice6. 0嵌入式主控板，想利用其SPI接口连接一个SPI接口 AD芯片，实现一个数据采集系统。
1MX257提供了 3个高速的SPI接口，每个SPI接口都可设置工作在主/从模式，最高波特率均可达到16Mbps，并支持DMA数据传输。利用这些SPI接口，可以方便、快速的连接各种SPI设备。为了降低系统成本和使连接简单，很多模拟公司推出了 SPI接口的AD芯片，这些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转换芯片，支持IOOksps的采样率，并支持高达25MHz的SPI通讯。我们将利用iMX257的SPI接口与ADS8201连接，以构成一个低成本高性能的数据采集系统。对ADS8201的常规操作流程是I、启动AD采集(为了达到精度时间间隔的采样，必须通过外部时钟启动AD数据转换。)2、AD转换完成后，ADS8201向主CPU (1MX257 )发出中断请求。3、iMX257响应中断，首先设置下一次需要采集的AD通道(为了能灵活的设置AD采集通道，不能使用ADS8201的自动通道选择功能，只能在每次AD转换前手动设置需要采集的通道。)4、通过SPI接口读取ADS8201的数据。5、等待下次中断。如果按上面的操作流程，当ADS8201以lOOKsps的速度进行AD采集时，它将每隔IOiI S向iMX257发出中断请求。CPU响应中断后，需要完成一系列软件操作，如上述流程的第3、4步，这将消耗大量CPU资源。重要的是IOii S的中断时间间隔，对WINCE系统来讲，基本上是不能处理的，因为WINCE是多任务操作系统，其响应中断的延时一般在50 ii S以上。要解决这个问题，唯一的办法是用上iMX257的SPI接口的DMA传送功能。以使整个数据采集过程，在不需要CPU的干预的情况下就能完成。iMX257 SPI接口 DMA方式数据传输的流程是首先使能SPI接口，然后使能DMA，再置SPI对应寄存器的XCH位开始一次SPI传输。iMX257的SPI模块有一个8X32bit的FIFO，在将XCH位置位后，只要SPI发送FIFO中有数据，传输就将一直进行下去。在传输过程中，当SPI的发送FIFO半空时，将自动产生DMA请求，DMA控制器会用事先准备好的数据再次将SPI的发送FIFO填满，以继续SPI传输。当DMA控制器完成指定长度的数据传送后，DMA将停止工作，不会再向SPI发送FIFO填充数据，而等SPI发送FIFO中的数据全部发出去后，SPI模块将产生TC中断，并自动停止发送数据。[0012]上面的工作流程，只要事先准备好要发送的数据，在SPI启动数据传输之后，控制权就完全交给了 DMA控制器，不需要CPU的干预，就能完成大量的数据传输，但将上面的流程直接套用到现在的数据采集方案上来，却行不通。图I是ADS8201操作时序图，如图所示，当CPU发出转换信号后((
CONVST))后，ADS8201将启动一次AD转换,转换结束后它将发出中断i青求,如图I所
示的INT信号将输出一个低电平，主机响应中断后，需要发出下个通道的地址和读取这次的转换数据。简单的来讲，图I的时序要求，每当ADS8201完成一次AD转换，主机都要发送2个SPI数据(一个用于设置通道地址，ー个用于读取转换的AD数据)。为了利用iMX257的DMA功能，我们可以事先准备好这些数据，放在ー个buffer中，但问题是DMA功能ー但启动，它将会一次性将buffer中的数据全部发出，这显然与ADS8201 —次只传输两个SPI数据的时序要求有冲突。为此，我们需要ー个方法来控制SPI的传输，实现能控制SPI在什么时刻启动传输，能控制一次传输多少个字节。
ΜΧ257的SPI接ロ提供了一条RDY (ready)信号线，它的作用是，如果软件使能了 SPI接ロ的RDY信号功能，当置位XCH后，SPI不会直接发出数据，而是在发送前检查SPI的RDY脚的状态，当RDY信号有效后，再发送数据。我们可以将ADS8201的INT引脚接到 ΜΧ257 SPI接ロ的RDY引脚，这样只有当ADS8201发出INT信号后，SPI才会发送设置通道和读取数据的命令。但遗憾的是，当通过RDY引脚启动一次数据发送流程后，接下来SPI仍然会连续的将事先准备的数据全部发出。目前来看，通过iMX257 SPI接ロ连接AD芯片，进行数据采集，将无法利用iMX257SPI接ロ的DMA功能，只能按流程I的方法，实现ー些低速的，要求不高的，对系统性能有明显影响的数据采集，因为上述方案无法控制何时启动数据传输，也无法控制一次传输多少个SPI数据。
发明内容本实用新型的目的是针对上述的问题，提出ー种具有门电路控制功能的多通道波形采集模块。既使用了简单的SPI连接来实现AD采集，同时也利用了主控板SPI接ロ的DMA功能实现数据传输，实现高速，高性能和高效率的AD数据采集。本实用新型的技术方案是ー种具有门电路控制功能的多通道波形采集模块，它包括AD数据采集模块和门电路控制模块CPLD，所述的AD数据采集模块通过门电路控制模块CPLD与主控板的SPI接
ロ相连。本实用新型的门电路控制模块CPLD为主控板和AD转换模块提供时钟和片选信号。本实用新型的主控板和AD转换模块均工作于SPI从模式，门电路控制模块CPLD为它们提供SPI时钟和片选。本实用新型的门电路控制模块CPLD包括整形电路、时钟片选信号发生器和多路转换开关，所述的整形电路的信号输入端与主控板的对应调制信号输出端相连，整形电路的输出与AD数据采集模块的对应信号输入端相连；所述的时钟片选信号发生器的各信号输出端分别与AD数据采集模块、主控板的对应SPI接口相连。本实用新型的主控板的型号为iMX257 ；AD数据采集模块的型号为ADS8201。本实用新型的有益效果本实用新型的具有门电路控制功能 的多通道波形采集模块，既使用了简单的SPI连接来实现AD采集，同时也利用了主控板iMX257的SPI接口的DMA功能实现数据传输，以实现高速，高性能，高效率的AD数据采集。本实用新型的门电路控制模块CPLD可以让主控板iMX257和AD数据采集模块ADS8201同时工作在SPI从模式，由它来提供SPI时钟和片选。在这样的情况下，就可以利用iMX257 SPI接口的DMA功能。同时，由于数据传输的时间和传输的个数是由外部控制的，不会出现启动一次iMX257 SPI的DMA传输，将数据全部发出的情况，提高了数据传输时间和个数的可控性。
图I是ADS8201模式2时序图。图2是本实用新型应用的原理框图。图3是本实用新型的原理框图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。如图2、3所示，SPI通讯要求为主从模式，主机提供时钟，片选信号，控制整个通讯过程，在前述的方案中，主控板(型号为iMX257) SPI接口作为SPI Master，为AD数据采集模块(型号为ADS8201)提供SPI时钟和片选，读取转换数据和设置通道的命令，从iMX257发向ADS8201，ADS8201只能工作在SPI Slave模式。而本方案中，我们将加入特殊的门电路(CPLD)，使iMX257 SPI和ADS8201都工作在SPI从模式，由CPLD为它们同时提供时钟和片选，而读取转换数据和设置通道的命令仍然从iMX257发向ADS8201。主控板iMX257的4条SPI总线经过门电路控制模块(以下简称CPLD)连接到AD数据采集模块ADS8201，在ADS8201初始化时，iMX257作为SPI Master向ADS8201发送寄存器配置等命令。此时CPLD内部只是简单的将iMX257和ADS8201的SPI线对应的连在一起；而当进行数据采集时，1MX257和ADS8201都工作在SPI从模式即Slave模式，1MX257提供PWM信号作为ADS8201的AD转换时钟(因为PWM信号可以做到精度的时间间隔)，转换完成后，ADS8201发出中断信号，这个中断信号将触发CPLD内部的时钟片选发生器，它将产生用于传输2个SPI数据所需要的片选和时钟信号(一个SPI数据用于设置通道，另一个用于读出AD数据)。片选和时钟信同时被送到iMX257和ADS8201，1MX257的驱动程序中，已将其SPI接口设置到Slave模式，所以当它检测到片选和时钟信号时，将会从其MOSI引脚接收数据，从其MISO引脚发送数据。加入CPLD的好处在于，它可以让iMX257和ADS8201同时工作在SPI Slave模式，由它来提供SPI时钟和片选。在这样的情况下，利用iMX257 SPI接口的DMA功能就成为可能，因为数据传输的时间和传输的个数是由外部控制的，不会出现启动一次iMX257 SPI的DMA传输，将数据全部发出的情况，提高了数据传输时间和个数的可控性。[0033]本实用新型未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有 技术加以实现。
权利要求1.ー种具有门电路控制功能的多通道波形采集模块，其特征是它包括AD数据采集模块和门电路控制模块CPLD，所述的AD数据采集模块通过门电路控制模块CPLD与主控板的SPI接ロ相连。
2.根据权利要求I所述的具有门电路控制功能的多通道波形采集模块，其特征是所述的门电路控制模块CPLD为主控板和AD转换模块提供时钟和片选信号。
3.根据权利要求I所述的具有门电路控制功能的多通道波形采集模块，其特征是所述的主控板和AD转换模块均工作于SPI从模式，门电路控制模块CPLD为它们同时提供工作时钟和片选信号。
4.根据权利要求I所述的具有门电路控制功能的多通道波形采集模块，其特征是所述的门电路控制模块CPLD包括整形电路、时钟片选信号发生器和多路转换开关，所述的整形电路的信号输入端与主控板的对应调制信号输出端相连，整形电路的输出与AD数据采集模块的对应信号输入端相连；所述的时钟片选信号发生器的各信号输出端分别与AD数据采集模块、主控板的对应SPI接ロ相连。
5.根据权利要求I所述的具有门电路控制功能的多通道波形采集模块，其特征是所述的主控板的型号为iMX257 ；AD数据采集模块的型号为ADS8201。
专利摘要一种具有门电路控制功能的多通道波形采集模块，它包括AD数据采集模块和门电路控制模块CPLD，所述的AD数据采集模块通过门电路控制模块CPLD与主控板的SPI接口相连。本实用新型的具有门电路控制功能的多通道波形采集模块，既使用了简单的SPI连接来实现AD采集，同时也利用了主控板iMX257的SPI接口的DMA功能实现数据传输，以实现高速，高性能，高效率的AD数据采集。
文档编号H03M1/54GK202475399SQ201220049310
公开日2012年10月3日 申请日期2012年2月16日 优先权日2012年2月16日
发明者张红琳, 程实 申请人:成都英创信息技术有限公司