摘要：介绍了自行研制的基于dsp的低功耗数据采集系统。该系统以tms320c5509为核心，实现了低功耗四通道同步高速数据采集。从同步adc采集、存储器设计、dsp时钟设计以及电源设计等方面，详细阐述了基于低功耗的设计思想和实现方法。

关键词：dsp低功耗数据采集

随着电子技术的发展及新器件的不断涌现，电子系统在手持设备、便携医疗仪器以及野外测试仪器等领域得到了广泛的应用。在这些领域的应用中，由于客观条件的限制，通常采用电池或蓄电池为仪器设备提供电源。在这种情况下，如要实现系统长时间工作，必然对仪器设备系统功耗的要求较高，因此低功耗系统的设计在这些应用领域中得到广泛重视。

1tms320vc5509简介

tms320vc5509（以下简称vc5509）是德州仪器（ti）公司针对低功耗应用领域推出的一款低功耗高性能dsp，采用1.6v的核心电压以及3.3v的外围接口电压，最低可支持0.9v的核心电压以0.05mw/mip的低功耗运行。vc5509支持丰富的外设接口，最高支持144mhz的时钟频率，片内具有双乘累加器，每周期可执行一条指令或两条并行指令，具有高达288mips的处理能力。vc5509内部存储器采用统一编址，带有128k字ram，其中包括32k字双存取ram（daram）以及96k字单存取ram（saram），另外还有64kb片内只读rom，并可以实现高达4mb的外部存储空间扩展，是一款具有较高性价比的低功耗dsp芯片。vc5509的结构框图如图1所示。

2系统设计与实现

本系统要求实现四通道同步采样，每通道采样频率为50khz，系统供电为+5v，全速运行时整体功耗低于250mw。针对这些技术指标，本系统以低功耗dsp芯片tms320vc5509为核心，采用串行eeprom作为程序存储器，选用四片微功耗12位adc实现四个通道模拟信号的同步采集。系统中设计铁电存储器（fram）作为掉电保护数据存储器，并设计一个异步串口实现与外部系统的通讯。系统原理框图如图2所示。

在保证实现系统功能的前提下，本系统从以下几个方面进行低功耗的设计：低功耗器件的选择；高效率的电源设计；系统工作模式以及接口设计。
2．1低功耗器件的选择以及接口设计

模拟通道信号输入a/d转换芯片之前，需要对信号进行一定的调整。可以利用运放构成同相放大电路。这里使用的是ti公司的tlv2761。tlv2761是一款带关断功能的微功耗运放，工作电流仅为20μa，关断时电流可低至10na，tlv2761采用cmos轨对轨输入输出，是专为电池供电等低功耗系统而设计的。

a/d转换芯片采用的是analogdevice的ad7854l。ad7854l是一款高速、低功耗的12位并行adc，采样频率可以达到100ksps，采用3v～5v单电源供电，静态工作电流最大为1.8ma，关断模式下电流仅1μa。ad7854l支持单极性输入及准差分输入，单极性输入的精度略高于差分输入。该芯片采用cmos工艺，正常工作时典型功耗为5.4mw，关断模式下功耗仅为3.6μw。

本系统利用外部译码器对四片a/d芯片进行片选。a/d芯片正常工作时，需要系统提供一个工作时钟输入（clkin）以及一个启动转换信号输入（/convst），对应其转换速率以及采样速率。vc5409内部具有两个定时器，但只有一个定时器输出，因此不适合利用。然而vc5509内部具有三个同步串口，可对外输出可编程串行时钟信号（clkx）以及帧同步信号（fsx），因此可直接利用一同步串口信号输出作为a/d芯片所需要的时钟信号输入以及启动转换信号，这里使用的是同步串口1。adc接口电路如图3所示。

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eepromat25256。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