流水燈的實現(xiàn)的課程設計--基于DSP2407的流水燈的實現(xiàn)

1、目 錄一.概述11.1 dsp介紹11.2 dsp芯片的應用1二dsp240732.1 dsp2407簡介32.2 dsp2407事件管理器模塊42.2.1事件管理器的引腳說明42.2.2 ev中斷42.2.3定時器52.2.4比較單元5三、基本理論53.1數(shù)字i/o端口53.2數(shù)字i/o端口寄存器6四、硬件電路說明84.1供電電路84.2復位電路84.3時鐘電路94.4 led和按鍵電路94.5dsp引腳擴展接口94.6 sci串口通訊電路104.7 can通訊接口電路114.8 數(shù)碼管控制電路114.9 ad電路114.10 步進電機接口124.11 da電路134.12pwm電機控制電路

2、13五、流水燈程序設計要求14六、實驗程序14七、實驗結果17八、總結18九、參考文獻19基于dsp2407的流水燈的實現(xiàn)一.概述1.1 dsp介紹數(shù)字信號處理(digital signal processing，簡稱dsp)是一門涉及許多學科而又廣泛應用于許多領域的新興學科。20世紀60年代以來，隨著計算機和信息技術的飛速發(fā)展，數(shù)字信號處理技術應運而生并得到迅速的發(fā)展。數(shù)字信號處理是一種通過使用數(shù)學技巧執(zhí)行轉(zhuǎn)換或提取信息，來處理現(xiàn)實信號的方法，這些信號由數(shù)字序列表示。在過去的二十多年時間里，數(shù)字信號處理已經(jīng)在通信等領域得到極為廣泛的應用。德州儀器、freescale等半導體廠商在這一領域擁有

3、很強的實力。 dsp (digital signal processor)是一種獨特的微處理器，是以數(shù)字信號來處理大量信息的器件。其工作原理是接收模擬信號，轉(zhuǎn)換為0或l的數(shù)字信號。再對數(shù)字信號進行修改、刪除、強化，并在其他系統(tǒng)芯片中把數(shù)字數(shù)據(jù)解譯回模擬數(shù)據(jù)或?qū)嶋H環(huán)境格式。它不僅具有可編程性，而且其實時運行速度可達每秒數(shù)以千萬條復雜指令程序，遠遠超過通用微處理器，是數(shù)字化電子世界中日益重要的電腦芯片。它的強大數(shù)據(jù)處理能力和高運行速度，是最值得稱道的兩大特色。根據(jù)數(shù)字信號處理的要求，dsp芯片一般具有如下的一些主要特點：在一個指令周期內(nèi)可完成一次乘法和一次加法。 程序和數(shù)據(jù)空間分開，可以同時訪問指

4、令和數(shù)據(jù)。 片內(nèi)具有快速ram，通?？赏ㄟ^獨立的數(shù)據(jù)總線在兩塊中同時訪問。 具有低開銷或無開銷循環(huán)及跳轉(zhuǎn)的硬件支持。 快速的中斷處理和硬件i/o支持。 具有在單周期內(nèi)操作的多個硬件地址產(chǎn)生器。 可以并行執(zhí)行多個操作。 支持流水線操作，使取指、譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊執(zhí)行。 與通用微處理器相比，dsp芯片的其他通用功能相對較弱些。 1.2 dsp芯片的應用數(shù)字信號處理(dsp)芯片是一種特別適合于進行數(shù)字信號處理運算的微處理器可實時快速地實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。自20世紀80年代初誕生以來已廣泛應用于通信、電子、航空航天、軍事及家電產(chǎn)品成為一種十分重要的電子產(chǎn)品的核心部件。dsp芯片得到了飛速

5、的發(fā)展。dsp芯片的高速發(fā)展，一方面得益于集成電路技術的發(fā)展，另一方面也得益于巨大的市場。在近20年時間里，dsp芯片已經(jīng)在信號處理、通信、雷達等許多領域得到廣泛的應用。目前，dsp芯片的價格越來越低，性能價格比日益提高，具有巨大的應用潛力。dsp芯片的應用主要有：(1) 信號處理如數(shù)字濾波、自適應濾波、快速傅立葉變換、相關運算、譜分析、卷積、模式匹配、加窗、波形產(chǎn)生等；(2) 通信如調(diào)制解調(diào)器、自適應均衡、數(shù)據(jù)加密、數(shù)據(jù)壓縮、回波抵消、多路復用、傳真、擴頻通信、糾錯編碼、可視電話等；(3) 語音如語音編碼、語音合成、語音識別、語音增強、說話人辨認、說話人確認、語音郵件、語音存儲等；(4) 圖

6、形/圖像如二維和三維圖形處理、圖像壓縮與傳輸、圖像增強、動畫、機器人視覺等；(5) 軍事如保密通信、雷達處理、聲納處理、導航、導彈制導等；(6) 儀器儀表如頻譜分析、函數(shù)發(fā)生、鎖相環(huán)、地震處理等；(7) 自動控制如引擎控制、聲控、自動駕駛、機器人控制、磁盤控制等；(8) 醫(yī)療如助聽、超聲設備、診斷工具、病人監(jiān)護等；(9) 家用電器如高保真音響、音樂合成、音調(diào)控制、玩具與游戲、數(shù)字電話/電視等。隨著dsp芯片性能價格比的不斷提高，可以預見dsp芯片將會在更多的領域內(nèi)得到更為廣泛的應用。數(shù)字信號處理的目的是對真實世界的連續(xù)模擬信號進行測量或濾波。因此在進行數(shù)字信號處理之前需要將信號從模擬域轉(zhuǎn)換到數(shù)

7、字域，這通常通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)。而數(shù)字信號處理的輸出經(jīng)常也要變換到模擬域，這是通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)的。數(shù)字信號處理的算法需要利用計算機或?qū)Ｓ锰幚碓O備如dsp和專用集成電路（asic）等。數(shù)字信號處理的研究方向應該更加廣泛、更加深入特別是對于譜分析的本質(zhì)研究，對于非平穩(wěn)和非高斯隨機信號的研究，對于多維信號處理的研究等，都具有廣闊前景。數(shù)字信號處理技術發(fā)展很快、應用很廣、成果很多。多數(shù)科學和工程中遇到的是模擬信號。以前都是研究模擬信號處理的理論和實現(xiàn)。模擬信號處理缺點：難以做到高精度，受環(huán)境影響較大，可靠性差，且不靈活等。數(shù)字系統(tǒng)的優(yōu)點：體積小、功耗低、精度高、可靠性高、靈活性大、易于大規(guī)模集成、可

8、進行二維與多維處理。隨著大規(guī)模集成電路以及數(shù)字計算機的飛速發(fā)展，加之從60年代末以來數(shù)字信號處理理論和技術的成熟和完善，用數(shù)字方法來處理信號，即數(shù)字信號處理，已逐漸取代模擬信號處理。數(shù)字信號處理是利用計算機或?qū)Ｓ锰幚碓O備，以數(shù)字形式對信號進行采集、變換、濾波、估值、增強、壓縮、識別等處理，以得到符合人們所需要的信號形式。數(shù)字信號處理是將信號以數(shù)字方式表示并處理的理論和技術。數(shù)字信號處理與模擬信號處理是信號處理的子集。數(shù)字信號處理技術及設備具有靈活、精確、抗干擾強、設備尺寸小、造價低、速度快等突出優(yōu)點，這些都是模擬信號處理技術與設備所無法比擬的。數(shù)字信號處理是20世紀60年代，隨著信息學科和計算

9、機學科的高速發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一門新興學科。它的重要性日益在各個領域的應用中表現(xiàn)出來。其主要標志是兩項重大進展，即快速傅里葉變換(fft)算法的提出和數(shù)字濾波器設計方法的完善。數(shù)字信號處理是把信號用數(shù)字或符號表示成序列，通過計算機或通用（專用）信號處理設備，用數(shù)值計算方法進行各種處理，達到提取有用信息便于應用的目的。例如：濾波、檢測、變換、增強、估計、識別、參數(shù)提取、頻譜分析等。二dsp24072.1 dsp2407簡介2407開發(fā)板分為ti 2000-011 dsp2407增強型、dsp2407+cpld開發(fā)板、shx-dsp2407a開發(fā)板。引dsp2407+cpld開發(fā)板套件是一套基t

10、ms320lf2407a+epm240的dsp+cpld的學習開發(fā)平臺，充分發(fā)揮dsp2407和altera max ii的靈活性和功能強大，用戶手冊詳實易懂，大量源碼輕松上手（分dsp和cpld兩部分），我們?yōu)橛脩籼峁┮粋€完整的ip核通過cpld進行系統(tǒng)資源分配，用戶可以根據(jù)需要進行裁剪或追加功能。由于我們的外設都是通過cpld連接與dsp連接進行電平轉(zhuǎn)換、隔離和總線。 仲裁等先進技術，所以使用極為方便靈活、簡潔、并且運行及其穩(wěn)定。這種結構可以充分利用了cpld的靈活性和功能強大的ip核進行功能更強的系統(tǒng)應用。是初學者和從事開發(fā)的科研工作者學習2407和cpld的首選之品。 本開發(fā)板供初學者

11、學習使用，也可作為系統(tǒng)板嵌入到用戶的產(chǎn)品供用戶進行二次開發(fā)以便縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。shx-dsp2407a開發(fā)板是dsp 2407系列產(chǎn)品中的重要一員。它的最大優(yōu)點是直觀簡單明了，極為適于初學者。此棋板采用統(tǒng)一的系統(tǒng)結構、模塊結構和機械結構，以多種典型dsp處理器構成的dsp基本系統(tǒng)、標準總線和相同物理尺寸的dsp嵌入式控制模板，將2407的功能發(fā)揮的淋漓盡致，為學習者提供了強大、有效的學習平臺。用戶手冊詳實易懂，大量源碼輕松上手（分dsp和cpld兩部分），我們?yōu)橛脩籼峁┮粋€完整的ip核通過cpld進行系統(tǒng)資源分配，用戶可以根據(jù)需要進行裁剪或追加功能。2.2 dsp2407事件管理器模塊2.2

12、.1事件管理器的引腳說明2.2.2 ev中斷事件管理器中斷總共分三組，每組均分別配一個cpu申斷(int2，3和4)。因為每組中斷均有多個中斷源，所以cpu中斷請求通過外設中斷擴展控制器(pie)模塊來處理。 中斷請求有以下幾個響應階段： (1) 中斷源。如果外設中斷發(fā)生，evxifra、evxifrb、或evxifrc(x=a或 b)相應標志位被置l。 (2) 中斷使能。事件管理器中斷可以分別由寄存器evximra、evximrb或 evximrc (x=a或b)來使能或禁止。 (3) pie請求。如果中斷標志位和中斷屏蔽位被置l，那么外設會向pie模塊 發(fā)送一個外設中斷請求。 (4) cp

13、u響應。cpu接收到中斷后，ifr響應的位被置l，并相應中斷。cpu響 應中斷后，中斷響應被軟件控制。 (5) pie響應。pie使用中斷向量更新pivr寄存器。 中斷軟件。中斷軟件有兩級響應，包括gisr和sisr。2.2.3定時器每個時間管理模塊有兩個通用定時器(gp)，每個定時器有四種可選操作模式： (1) 停止保持模式 此模式操作停止并保持其當前狀態(tài)，定時器的計數(shù)器，比較輸出和預定計數(shù)器多保持不變 (2) 連續(xù)遞增計數(shù)模式 此模式gp將按照已定標的輸入時鐘計數(shù)，直到定時器計數(shù)器的值和周期存 儲器的值匹配為止。 (3) 定向增減技術模式 此模式，定時器將根據(jù)tdira/b引腳的輸入，對定

14、時器的時鐘進行遞增和遞減計數(shù)。 (4) 連續(xù)增減技術模式 此模式與定向的增減模式一樣，但是在本模式下，引腳tdira/b的狀態(tài)對計數(shù)的方向沒有影響。2.2.4比較單元三、基本理論指導實驗的基本理論是dsp的數(shù)字i/o端口以及其寄存器的配置。通過對這些理論的掌握和運用，達到了解和熟悉一般dsp數(shù)字i/o的知識。3.1數(shù)字i/o端口tms320lf2407系列有多達41個通用、雙向的數(shù)字i/o（gpio）引腳，其中大多數(shù)是基本功能和一般i/o復用引腳，tms320lf2407系列的大多數(shù)都可以用來實現(xiàn)其他功能。數(shù)字i/o端口模塊采用了一種靈活的方法，以控制專用i/o和復用i/o引腳的功能，所有i/

15、o和復用引腳的功能可以通過9個16位控制寄存器來設置，這些寄存器可以分為兩類：i/o口復用控制寄存器（mcrx）：用來控制選擇i/o引腳作為基本功能或一般i/o引腳功能。數(shù)據(jù)和方向控制寄存器（pxdatdir）：當i/o引腳作為一般i/o引腳功能時，用數(shù)據(jù)和方向控制寄存器可控制數(shù)據(jù)和i/o引腳的數(shù)據(jù)方向，這些寄存器直接和i/o引腳相連。3.2數(shù)字i/o端口寄存器圖1給出了tms320lf2407系列i/o端口復用引腳配置簡圖，從圖上可以看出一些寄存器單元的配置對應于實際i/o引腳的內(nèi)部結構之間的聯(lián)系。圖1 復用引腳配置圖表1中所列的是數(shù)字i/o模塊可用的寄存器單元，和其他240xa外設一樣，這

16、些寄存器被存儲器映射到數(shù)據(jù)空間，地址從7090h到709fh。寄存器單元中保留的位所是無效的，讀時為0，寫對它無影響。表1 數(shù)字數(shù)字i/o模塊控制寄存器地址地址存儲寄存器說明7090hmcrai/o復用控制寄存器a7092hmcrbi/o復用控制寄存器b7094hmcrci/o復用控制寄存器c7098hpadatdiri/o端口a數(shù)據(jù)和方向寄存器709ahpbdatdiri/o端口b數(shù)據(jù)和方向寄存器709chpcdatdiri/o端口c數(shù)據(jù)和方向寄存器709ehpddatairi/o端口d數(shù)據(jù)和方向寄存器7095hpedatairi/o端口e數(shù)據(jù)和方向寄存器7096hpedatdiri/o端口

17、f數(shù)據(jù)和方向寄存器下面介紹i/o口復用輸出控制寄存器。下面描述了i/o口復用控制寄存器a（mcra）i/o口復用控制寄存器b（mcrb），i/o口復用控制寄存器c（mcrc），其中表2是i/o口復用控制寄存器a(mcra)的配置，對寄存器的每個位的值做了詳細的描述。 l i/o口復用控制寄存器a（mcra）地址7090h注：r=可讀，w=可寫，_0=復位后的值表2 i/o口復用控制寄存器a(mcra)的配置四、硬件電路說明4.1供電電路2407開發(fā)板既可使用獨立的5v/1a 開關電源供電，也可使用usb 線直接供電，使用方便。電路部分的1117 輸出所接的100uf/16v 的電容不能省略，這

18、樣更好的保證電壓穩(wěn)定。4.2復位電路2407開發(fā)板上使用專門的復位芯片sp708r，保證dsp 芯片可靠復位，并提供手動復位按鈕，方便用戶調(diào)試4.3時鐘電路00ic2407 用20m 外部晶體給dsp 提供時鐘，并使能2407a 片上pll 電路。由pll 控制寄存器控制，可由軟件動態(tài)的修改。tms320lf2407 的cpu 最高可工作在40m 的主頻下，也即是對20m 輸入頻率進行2 倍頻。4.4 led和按鍵電路開發(fā)板上有4個led發(fā)光管和一個自由按鍵4.5dsp引腳擴展接口4.6 sci串口通訊電路dsp內(nèi)置sci通訊模塊，采用接口芯片是max232，可以使用一根直連串口線直接和pc通

19、訊。4.7 can通訊接口電路開發(fā)板中can總線收發(fā)器采用的是pca82c250。它將cantx和canrx轉(zhuǎn)化成canh和canl在can總線上傳輸。4.8 數(shù)碼管控制電路使用dsp的spi接口（io方式）控制數(shù)碼管。4.9 ad電路dsp 內(nèi)置16 通道10 位adc 。在00ic2407 板上通過運放隔離只擴展了2 通道，分別位于通道0 和通道8，dsp 能接收的adc 輸入電壓為03.3v,在2407 板上沒有單獨采用基準源。直接使用系統(tǒng)的3.3v 。板上所引的2 路ad 輸入電壓范圍為03 .3v, 在輸入dsp 之前，已經(jīng)采用電壓跟隨器增加了阻抗。4.10 步進電機接口開發(fā)板上提供

20、的5v 的步進電機接口，標準6 芯，兼容市場上的5 芯接口。4.11 da電路板上外擴的da 轉(zhuǎn)換器為ti 公司的tlc5620，該芯片為串行接口的4 路8 位da 轉(zhuǎn)換器，2407 通過spi 口與其接口，由于tlc5620 的工作頻率是1m，所有spi 的工作頻率也設定在1m，由于tlc5620 的4 路da 輸出已經(jīng)加了跟隨器，所以本開發(fā)板上沒有另外加。4.12pwm電機控制電路pwm 電機控制實驗針對微型直流電機。兩路帶死區(qū)的pwm 信號從dsp 引腳上直接產(chǎn)生。電機驅(qū)動采用的是4 個npn 的三極管，可控制正反轉(zhuǎn)。五、流水燈程序設計要求1. 熟悉dsp2407 dsk開發(fā)板結構和使用

21、。 掌握dsp開發(fā)環(huán)境ccs的使用和一般編程技巧。掌握dsp開發(fā)板系統(tǒng)調(diào)試的一般步驟及方法。2. dsp2407具有42個i/o端口，這些端口可以作為輸入，也可作為輸出，同時dsp2407具有4個定時器分別位于eva和evb中，掌握定時器和中斷的使用。六、實驗程序6.1程序主要文件：(1) .vectors.asm:包含了lf2407中斷向量表文件(2) .ledc:這是實驗的主程序，包含了系統(tǒng)的初始化及對片外擴展的高32k數(shù)據(jù) 控件的操作(3) .2407cmd.cmd:聲明了系統(tǒng)的存貯器配置與程序各段的連接關系6.2向量表程序： .ref .ref .sectrsvectint1int2i

22、nt3int4int5int66.3 源程序編輯源程序輸完之后（如圖1.5所示），應該用菜單命令“filesave”（文件保存）及時保存到d:tic2xxmyprojectsworksy1 asm路徑及文件名下。對于較長的源程序，如果一次不能輸入完畢而需要中途退出，也應該及時保存，以便在下一次能繼續(xù)前次的工作。在長程序文件的輸入過程中，不時地進行存儲是一種好習慣，也可避免因電源意外掉電而造成前功盡棄。6.4 編譯6.5源程序：nothing;直接返回的中斷服務程序符號_t int0；復位向量符號.vectorsb c int0 ；pm 0復位向量 lbnothing ；pm 2 中斷優(yōu)先級1

23、4bnothing ；pm 4 中斷優(yōu)先級2 5bnothing ；pm 6 中斷優(yōu)先級3 6 b nothing ；pm 8 中斷優(yōu)先級4 7 b_nothing ；pma 中斷優(yōu)先級5 8bnothing ；pm c 中斷優(yōu)先級6 96.4man.c程序#include 2407c.h#include#define uint unsigned intunsigned char data4=0x01,0x02,0x04,0x08 ;uint index;void disable() asm( setc intm);void enable() asm( clrc intm); void ini

24、tial() asm( setcsxm);/ 抑制符號位擴展asm( clrcovm);/ 累加器中結果正常溢出asm( clrccnf);/ b0被配置為數(shù)據(jù)存儲空間asm( setcintm);/ 禁止所有中斷*scsr1=0x0e04;/ clkin=15m,clkout=2*clkin=30m*wdcr=0x00e8;/ 不使能看門狗，因為scsr2中的 /wdoverride/ 即wd保護位復位后的缺省值為1，故可以用軟件禁止看門狗*imr=0x0002;/ int2中斷*ifr=0x0ffff;/ 清除全部中斷標志,寫1清0*mcra=0x0000;index=0; void ti

25、merlint() *evaimra=*evaimra|0x0780; /允許定時器1周期中斷 *evaifra=*evaifra&0x0780; /清除定時器1周期中斷標志 *t1con=0x1602; /timer為連續(xù)增記數(shù)模式， *t1pr=0x0f00e; / *t1cmpr=0x00ff; *t1cnt=0x00; void interrupt t1int() int flag; flag=*evaifra&0x0080; /讀取中斷標志if(flag!=0)outport(3,dataindex); *t1cnt=0x00; *evaifra=*evaifra&0x0080; i

26、ndex+=1; if(index=4) index=0; enable(); return; void interrupt nothing() enable(); return; main() disable(); initial(); timerlint(); enable(); *t1con=*t1con|0x0040; while(1); 七、實驗結果實驗實現(xiàn)了程序控制dsp2407的中斷和計數(shù)器功能，四個燈實現(xiàn)了從d5循環(huán)閃亮。八、總結dsp作為嵌入式處理器家族的一大類，其結構特點決定了它尤其適合做數(shù)字信號處理的應用，而學好數(shù)字信號處理對日后的信息處理的深入學習和應用有著重要意義，因而學好dsp技術也就有著深遠的意義。通過此次課程設計我學習了一個實際的電子系統(tǒng)的完整的設計流程，掌握了pcb設計軟件altium designer的使用方法，并熟悉了ccs工程的建立和