基于DSP28335的飛控計(jì)算機(jī)DAC擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)

　　摘要：為了實(shí)現(xiàn)UAV的舵機(jī)和油門調(diào)節(jié)控制的需要，飛控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用BURR—BROWM公司的D/A芯片DAC7725N來設(shè)計(jì)D/A擴(kuò)展模塊。使用CPLD實(shí)現(xiàn)接口邏輯，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，后續(xù)的系統(tǒng)調(diào)試驗(yàn)證表明，D/A轉(zhuǎn)換通道在1 000 Hz的刷新頻率下，精度能夠達(dá)到5.8 mV，完全能夠滿足UAV飛行控制系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用的要求，具有較高的實(shí)用性。

　　關(guān)鍵詞：數(shù)模轉(zhuǎn)換;DAC7725N;DSP28335;復(fù)雜可編程邏輯器件

　　模擬量控制和PWM控制是當(dāng)前無人機(jī)舵機(jī)控制系統(tǒng)最常用的兩種控制方式。其中模擬量控制作為一種傳統(tǒng)控制方式，至今仍被廣泛應(yīng)用，絕大多數(shù)的飛行控制計(jì)算機(jī)都提供模擬量輸出通道，因此，D/A轉(zhuǎn)換模塊是飛行控制計(jì)算機(jī)中必備的功能模塊之一。DSP28335片上沒有DAC模塊，所以必須使用片外擴(kuò)展。

　　DAC模塊設(shè)計(jì)涉及D/A轉(zhuǎn)換芯片的選擇、參考電壓源的配置、數(shù)字輸入碼與模擬輸出電壓的極性等問題，而其中最核心的問題是D/A轉(zhuǎn)換芯片的選擇與應(yīng)用問題，主要需要考慮的技術(shù)指標(biāo)有分辨率和建立時(shí)間等。本文選用BURR—BROWM公司的D/A轉(zhuǎn)換芯片DAC7725N實(shí)現(xiàn)此功能。

　　DAC7725是一款高輸出電壓和低功耗的D/A轉(zhuǎn)換器件，產(chǎn)品功耗低(最多250 mW)、建立時(shí)間快(10μs)、線性度和單調(diào)性為12 bit，接收12位并行輸入數(shù)據(jù)，采用雙緩沖輸入邏輯，提供數(shù)據(jù)回讀模式。DAC的低功耗，小體積使DAC7725特別適合于閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)。

　　1 總體設(shè)計(jì)方案

　　本系統(tǒng)采用TI公司的高性能數(shù)字信號(hào)處理器(DSP28335)作為中央處理單元。該款DSP芯片提供高性能并行外設(shè)擴(kuò)展接口XINTF，對(duì)外提供具有標(biāo)準(zhǔn)時(shí)序的片選、讀/寫控制信號(hào);同時(shí)提供32位數(shù)據(jù)總線、20位地址總線，并且提供3個(gè)獨(dú)立的片選信號(hào)，擴(kuò)展能力強(qiáng)，使用方便。

　　因?yàn)閱纹珼AC7725N提供4通道模擬量輸出，本系統(tǒng)使用兩片DAC7725N擴(kuò)展得到8路模擬量輸出通道。DSP將代表舵面位置的數(shù)字量通過并行數(shù)據(jù)接口送至DAC7725N，DAC7725N將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬電平信號(hào)后送至舵控電路，從而完成本次舵面刷新操作。結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

　　2 DAC轉(zhuǎn)換精密基準(zhǔn)電路設(shè)計(jì)

　　基準(zhǔn)電路具有穩(wěn)定性好，對(duì)系統(tǒng)的操作環(huán)境(如電源電壓、工作溫度、輸出負(fù)載)變化不敏感的特點(diǎn)，可以為其它電路模塊提供較為精確的參考點(diǎn)，因此它是模擬集成電路和數(shù)模混合電路中不可缺少的基本單元電路。DAC7725N精密基準(zhǔn)電路如圖2所示。

　　3 DSP與DAC7725N接口電路的設(shè)計(jì)

　　比較DSP的XINTF接口與DAC7725N的并行端口可知，兩接口具有良好的兼容性，只需少量接口邏輯電路的配合即可建立起DSP與DAC7725N之間的通信連接。為提高邏輯電路設(shè)計(jì)的靈活性和可靠性，所有的邏輯電路全部使用1片CPLD實(shí)現(xiàn)。DSP與DAC7725N接口電路如圖3所示。

　　圖3給出了1片DAC7725N與DSP實(shí)現(xiàn)通信連接的電路原理圖。本系統(tǒng)共使用2片DAC7725N，另一片使用相同的接口電路，這里不再重復(fù)給出。

　　3.1 DAC7725N片選譯碼邏輯設(shè)計(jì)

　　1#DAC7725N芯片提供第1#～4#模擬量輸出通道，2#DAC7725N芯片提供第5#～8#模擬量輸出通道，DSP要選通某一通道，首先要通過CPLD的片選譯碼邏輯選通提供該通道的DAC7725N芯片。本系統(tǒng)中采用部分譯碼的方式提供每個(gè)DAC7725N芯片的片選信號(hào)。邏輯電路如圖4所示。

　　地址分配情況如表1所示。

　　3.2 DAC7725N寫使能信號(hào)R/W的邏輯設(shè)計(jì)

　　DAC7725N使用R/W信號(hào)使能本次寫操作。寫操作是D/A轉(zhuǎn)換芯片的基本操作，DSP將待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量寫入DAC7725N，在DAC7725N的模擬量輸出端即可得到相應(yīng)幅值的模擬信號(hào)。讀操作是DAC7725N的特色之一，DAC7725N支持?jǐn)?shù)字量回讀功能，使得DSP能夠方便地獲取當(dāng)前正在參與轉(zhuǎn)換的數(shù)字量的值。下面以D/A轉(zhuǎn)換芯片的寫操作為例，詳細(xì)分析芯片DAC7725N寫操作時(shí)序設(shè)計(jì)，由于讀操作與寫操作時(shí)序設(shè)計(jì)類似，這里不再累述。

　　DAC7725N執(zhí)行寫操作時(shí)對(duì)R/W信號(hào)和CS信號(hào)的時(shí)序關(guān)系有一定的要求，如圖5所示。

　　只要DSP在對(duì)DAC7725N執(zhí)行寫操作時(shí)，以CPLD為核心的接口電路能夠提供符合上述標(biāo)準(zhǔn)的邏輯時(shí)序，就能確保DSP對(duì)DAC7725N的寫操作正確執(zhí)行。

　　XINTF在執(zhí)行寫操作時(shí)XR/W信號(hào)時(shí)序圖示如下：

　　通過對(duì)DAC7725N與XINTF的接口時(shí)序作定性對(duì)比可知，令

　　保持一致，總體上可滿足DAC7725N的接口時(shí)序要求。

　　4 D/A轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)

　　4.1 轉(zhuǎn)換通道刷新的程序設(shè)計(jì)

　　刷新操作是指該D/A轉(zhuǎn)換通道能夠及時(shí)鎖存來自CPU的數(shù)字量輸入，并輸出相應(yīng)幅值的模擬信號(hào)。刷新操作是D/A轉(zhuǎn)換通道的基本操作。對(duì)于本系統(tǒng)來講，DSP想要刷新某一D/A轉(zhuǎn)換通道的模擬量輸出，只需向相應(yīng)的端口地址寫入數(shù)據(jù)即可。以DAOUT1通道為例，給出示例代碼如下：