基于DSP的低功耗高速数据采集系统设计

系统工作流程大致如下：系统上电之后，程序初始化部分对同步串口1进行设置，使四片A/D芯片同时开始工作；利用其中一片A/D芯片的BUSY输出信号触发DSP的外部中断0；设置数据缓冲区；在主程序中对采集到的数据进行必要的处理；在中断服务程序中依次从并口读入四片A/D芯片的数据。

VC5509内部没有FLASH，其程序加载需要外部存储器。VC5509支持比较多的引导加载方式，这里采用的是SPI接口的EEPROM加载，如图4所示。芯片选用的是ATMEL公司的SPI接口的低电压串行EEPROM AT25256。AT25256主要适用于低功耗场合，内部按照32k×8位组织，可以工作在3.3V电压下，最大串行时钟频率为2.1MHz。支持64字节的页写方式以及字节写方式。另外，AT25256还可以通过设置写保护引脚/WP的电平来设置芯片的只读或可写状态。

VC5509采用SPI接口EEPROM模式加载时，默认同步串口0的信号引脚来模拟SPI接口，GPIO4作为EEPROM片选输入。
VC5509具有128K字节内RAM，为扩展数据存储备份，外部扩展了两片铁电存储器作为数据存储器，如图5所示。这里选用的是RAMTRON公司的FM18L08。铁电存储器具有非易失性存储器的特征，同时具有类似RAM的读写操作（非常方便），近两年应用越来越广泛。FM18L08内部按照32K×8位组织，访问周期为70ns，读写操作周期相同，易于使用。同时它也是一款支持低电压工作的芯片，3.3V时典型工作电流为5mA，典型静态电流为7μA。

2．2 高效率电源的设计

VC5509工作在双电源电压下，其核心电压为1.6V，I/O电压为3.3V。对双电压电源系统，常用的是有线性稳压电源以及开关稳压电源，根据两者对电压转换的原理的不同，电压的转换效率也有很大区别。对于线性稳压电源，多用在较大的负载电流场合，其整体系统功耗分为两部分，一部分为所有低功耗器件消耗，另一部分为线性稳压器件本身所消耗。以输入5V直流电压转换到3.3V电压为例，理论电压转换效率约为66%。假设系统电流为50mA，则整个系统功耗实际上为50×5=250mW，而并非50×3.3=165mW。而对于开关稳压器件，选用合适的器件，电压转换效率可以达到95%以上，电源器件本身消息功率可以极少，对相同的系统电流，整体系统功耗极大降低。因此，在低功耗小电流场合，选用开关稳压电源器件更为适合。

这里选用的是TI公司的TPS62000系列开关稳压器件TPS62000（可调输出）和TPS62007（固定输出3.3V）。TPS62000系列是专为低功耗CPU而设计的一系列电源器件，在输出电流为10mA时，效率可达90%。同时，TPS62000系列工作在低功耗模式时，可根据负载电流的大小自动在PWM和PFM模式之间切换，以节省功耗。在双电源系统中，核心电压必须先于I/O电压上电，后于I/O电压断电，这里利用TPS62000的PG信号作为TPS62007的EN信号来实现。

2．3 系统的工作模式及接口设计

由于VC5509不具备异步串口，因此利用并/串转换芯片TL16C750将其并口扩展为异步串口对外接口。

对整个系统而言，选择工作在较低电压下的低功耗芯片可以降低系统功耗；同时，设置适合的工作方式也可以降低系统功耗。对系统中大多数芯片而言，都带有关断控制或者自动工作模式切换功能，因此不需人为干预，系统的功耗最终很大程度上落在DSP上。在不影响系统工作性能的前提下，适当降低DSP工作主频可以降低系统功耗。

利用以上方案搭建的VC5509低功耗高速采集系统，在保证达到50kHz对四通道数据进行同步采集的要求下，适当降低DSP工作主频可以降低系统功耗，满足实际要求，并且已经得到验证。