摘要：介绍了MAXIM公司的串行模数转换芯片MAX186及TI公司TMS320C6711 DSP的多通道缓冲串口（McBSP）的工作原理。采用McBSP的SPI（Series Protocol Interface）工作模式，将McBSP与MAX186直接相连，从而基于DSP多功能缓冲串口的数据采集及信号处理系统。给出了MIX186与TMS320C6711 McBSP的接口电路及软件编程实现。
关键词：数据采集；MAX186；DSP；多通道缓冲串口（McBSP）
1. 序言
本文以TI公司的DSP芯片TMS320C6711和串行数据采集芯片MAX186 为例，介绍了基于DSP的McBSP接口的嵌入式数据采集系统的设计方法。
TMS320C6711是一款32bit浮点信号处理器，核心电压1.8V，工作频率100-150MHz。其多功能串口（Multi-channel Buffered Serial Port，McBSP）不仅可以完成标准串口的全双工串行通信，还具有支持SPI设备、多达128个通道的数据收发能力等功能。将McBSP直接与MAX186的串行数据输出接口相连接，可以为系统提供高性能的数据采集能力。
MAX186是一个12位8通道单端/4通道差分模拟输入ADC，其最高采样频率可达130kHz，具有高通过率、低功耗、高精度等特性，非常适合于体积小、对功耗要求比较严格的移动应用设备，如便携式工业测量、医疗仪器等。
2．MAX186工作原理
MAX186的引脚布置、功能及定义分别如图1、图2及表1所示。
表1 MAX186的引脚功能
根据McBSP 对SPI接口的要求，MAX186连接DSP的McBSP必须使用外部时钟模式。在外部时钟模式下，MAX186所转换的12位数据中的最高位（MSB）完成之前的一个时钟时，MAX186的SSTRB端输出一个高电平的脉冲。SSTRB和DOUT的输出均发生在时钟SCLK的下降沿。启动MAX186开始转换，是靠向DIN端写一个字节的控制指令完成的。当CS*为低时，每一个时钟周期都向MAX186的移位寄存器写一位数据。在CS*变为“低”后，最先到达的那个逻辑“1”，就是这个控制字节的最高（MSB），在此之前到达移位寄存器的所有的逻辑“0”都没有意义。控制字节的定义如表2所示。
表2 控制字节的定义
表中：
START：转换开始位。逻辑“1”有效。
SEL0-2：通道选择位。选择所需转换信号所连接的通道。.
UNI/BIP*：单/双极性信号转换模式选择位。1 = 单极性信号，0 = 差分信号。 对于单极性信号，模拟输入中0V - VREF的电压被转换；对于差分信号，-VREF/2 to +VREF/2的信号被转换。
SGL/DIF*：输入信号形式选择位。“1”为单端信号输入，“0”为差分信号输入。
PD0~ PD1：时钟模式及省电模式选择位。PD0=1，PD1=1时为外部时钟模式。
外部时钟模式下，MAX186进行A/D转换的时序如图3所示。
图3 MAX186基本转换时序
需要注意的是，考虑到T/H对输入的模拟信号保持时间的限制，每个转换过程不得超过120&mICro;s。转换完成后的12位数据在移位寄存器中存放时，在数据的首部添加了一位“0”，再尾部添加了三位“0”，如图4所示。
图4 MAX186输出移位寄存器中的数据格式
3. DSP McBSP
3.1 McBSP的特点
TMS320C6711 DSP的McBSP的基本功能包括：支持全双工串行通讯；具有双缓冲数据寄存器，允许连续的数据流；收发独立的帧同步和时钟信号；可以与工业标准的编/解码器，模拟接口芯片以及其他串行A/D，D/A接口；支持与IOM-2兼容器件、AC97兼容器件、IIS兼容器件、SPI器件的直接相连；支持多种数据格式：8/12/16/20/24/32bit；支持A律和μ律压扩；可设置帧同步信号和数据时钟信号的极性；内部传输时钟和帧同步信号的可编程程度高；可以设置为通用I/O口。TMS320C6711芯片具有2组多通道缓冲串口：McBSP0和McBSP1。
3.2 McBSP的工作原理
McBSP口进行串行通信时，使用的外部接口管脚有：DR、DX、CLKX、CLKR、FSX、FSR和CLKS。DR和DX分别用来进行数据的收发。CLKX，FSX为发送的数据时钟和帧同步时钟，CLKR，FSR为接收的数据时钟和帧同步时钟，CLKS提供系统时钟。在收发时钟的控制下，DSP进行数据的接收和发送。McBSP在数据收发上采用了多级缓冲结构，使得片内的数据搬移能够与外部的数据通信同时进行，因此可以采用DMA方式从DRR寄存器读出所接收的数据，或是向DXR寄存器写入需要发送的数据，另外再通过、、、、等8个寄存器，对McBSP的操作模式（如同步时钟参数、帧同步信号及通道选择与使能等）进行设置。
为使DSP按照一定的方式进行通信，要对McBSP的各个控制寄存器进行相应的配置。其中，SPCR0/SPCR1用于设置工作模式、检测工作状态、进行收发的复位和启动。RCR0 /RCR1，用于控制接收数据的帧格式、数据延迟。XCR0/XCR1用于控制发送数据的帧格式、数据延迟。SRGR 0/SRGR1用于控制收发数据时钟和帧同步时钟的模式（如大小、极性等）。PCR用于控制相应管脚的工作模式。
4. MAX186与TMS320C6711 McBSP的接口设计
MAX186符合SPI（Series Protocol Interface）数据通讯协议。SPI是一个4-线（Four-wire）的串行接口协议，包括主/从两种模式。四个接口信号是串行数据输入（MISO，主设备输入，从设备输出），串行数据输出（MOSI，主设备输出，从设备输入），移位时钟（SCK）和从设备使能（SS）。SPI接口的最大特点是靠主设备时钟信号的出现与否来控制主/从设备间的通讯。一旦检测到主设备时钟信号，就开始传输数据，时钟信号无效后，传输结束。在这期间，从设备必须被使能（SS信号保持有效）。
TMS320C6711芯片的McBSP的数据同步时钟具有停止控制选项，因此可以与SPI协议兼容。McBSP支持2种SPI传输格式，可以在SPCR寄存器的CLKSTP位中设置。
MAX186与DSP McBSP的数据传输采用SPI从模式进行连接。McBSP作为SPI从设备时的数据传输时序如图3。MAX186与McBSP的接口设计如图5。
图5 SPI传输时序
图6 MAX186与McBSP的接口
设计中，将MAX186的CS片选信号与DSP的一个I/O口相连，当需要开始一次转换时，由DSP通过I/O口控制MAX186的选通；DSP通过CLKX端向MAX186提供时钟信号，作为ADC的外部时钟；DSP通过DX端口向MAX186的DIN端口发送模/数转换的控制命令；MAX186的数据输出端DOUT与DSP的数据输入DR端口相连，向DSP传送转换后的串行数据。具体的步骤为：
1） DSP向I/O端口写入一位0，是CS*有效；
2） DSP向端口DX写出一个字节的控制指令；
3） 在DSP作为SPI主设备的方式下，它需要向MAX186发出时钟信号来控制MAX186的转换，为此，DSP向端口DX写出16位全为0的二字节数，以获得16个时钟脉冲，然后从DR端口读回一个二字节的数据；
4） DSP向I/O端口写入一位1，是CS*置高位；
至此，一次A/D转换、数据传输及读取过程完毕。在这种工作方式下，TMS320C6711为SPI的主设备，MAX186为SPI的从设备。转换完毕后，需要将所读取的数据进行处理，去掉首位的0，和最后三位的0，留下的12位数据就是真实的A/D转换后的数据。
5. 结束语
本文详细介绍了MAX186ADC与TI公司的高性能浮点数字处理器TMS320C6711之间的串行接口设计及程序设计。该设计方案，电路简洁，程序采用C语言编程，可读性和移植性强，具有较高的实用价值。
本文关键字：接口 接口电路，单元电路 - 接口电路
