DSP課程設(shè)計(jì)報(bào)告-基于TMS320VC5402的DSP最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、信息工程系DSP課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)題目: 基于TMS320VC5402的DSP最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 2010年6月24 日信息工程系課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)學(xué) 號(hào)學(xué)生姓名專業(yè)（班級(jí)）電氣工程及其自動(dòng)化設(shè)計(jì)題目 基于TMS320VC5402的DSP最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)FIR濾波器；CCS開(kāi)發(fā)環(huán)境；MATLAB設(shè)計(jì)；DSP實(shí)現(xiàn)；定點(diǎn)數(shù)的定標(biāo)；誤差問(wèn)題；循環(huán)尋址；源程序匯編代碼；鏈接命令文件；系統(tǒng)仿真。設(shè)計(jì)要求（1）繪制系統(tǒng)框圖(VISIO)；（2）包括電源設(shè)計(jì)、復(fù)位電路設(shè)計(jì)、時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)、存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)、A/D轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)、JTAG接口設(shè)計(jì)等，用Pro

2、tel軟件繪制原理圖和PCB圖；（3）給出所設(shè)計(jì)的FIR低通濾波器的技術(shù)指標(biāo)，用MATLAB求解濾波器的參數(shù)并仿真；（4）給出程序流程圖，編寫(xiě)程序，在CCS中完成仿真；工作量字?jǐn)?shù):4392；圖紙:9；工作計(jì)劃參考資料1戴明楨 周建江. TMS32054xDSP .結(jié)構(gòu)、原理及應(yīng)用. 北京:：北京航空航天大學(xué)出版社 , 20012蘇 濤 ,等. DSP實(shí)用技術(shù). 西安:西安電子科技大學(xué)出版社 , 20023張雄偉 , 陳 亮 , 徐光輝. DSP集成開(kāi)發(fā)與應(yīng)用實(shí)例. 北京:電子工業(yè)出版社 ,20024尹 勇 ,歐 輝 ,關(guān)榮鋒. DSP集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 CCS開(kāi)發(fā)指南. 北京:北京航空航天大學(xué)出版社

3、 ,20035楊全勝 , 胡友彬. 現(xiàn)代微機(jī)原理與接口技術(shù). 北京:電子工業(yè)出版社 ,2003指導(dǎo)教師簽字 年 月 日 學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 專業(yè)（班級(jí)）：課程設(shè)計(jì)題目： 基于TMS320VC5402的DSP最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)： 成績(jī)： 指導(dǎo)教師： 年 月 日摘 要介紹了基于 DSP (數(shù)字信號(hào)處理 )的最小應(yīng)用系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)過(guò)程。系統(tǒng)采用TMS320VC5402作為主控芯片;ADC0809完成數(shù)據(jù)的采樣及 A/D轉(zhuǎn)換 ,通過(guò) TMS320VC5402處理后 ,由 DAC0832完成 D/A轉(zhuǎn)換并輸出;外部存儲(chǔ)器采用通用 EPROM, TMS320VC5402采用 8位并行EPROM引導(dǎo)

4、方式;并加入了標(biāo)準(zhǔn)的 14針 JTAG接口 ,便于系統(tǒng)的調(diào)試與仿真。關(guān)鍵詞:DSP(數(shù)字信號(hào)處理 ) , JTAG, 并行引導(dǎo) , 引導(dǎo)表AbstractThis paper introduces the overall design of minimum application system for digital signal processing. The system employs TMS320VC5402 asmain control chip, ADC0809 samples the analog signals and converts them to digital sign

5、als, then after processing of TMS320VC5402, DAC0832 converts the digital signals to analog ones and finallyoutputs. The system uses general EPROM for the external storage. Besides, the system incorporates a standard 14 pin JTAG interface to debug and simulate.Keywords: DSP, JTAG, parallel boot, boot

6、 table目 錄0引 言.81TMS320VC5402簡(jiǎn)介.92系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì).102. 1電平轉(zhuǎn)換.102. 2電源控制電路.102. 3復(fù)位電路.112. 4時(shí)鐘電路.112. 5譯碼電路.122. 6輸入接口電路122. 7輸出接口電路122. 8存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路122. 9JTAG仿真接口電路.133系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).143. 1引導(dǎo)程序. 143. 2用戶程序.154總結(jié) .17參考文獻(xiàn).180引 言在儀器儀表迅速發(fā)展的同時(shí)，計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也在迅速發(fā)展，PC機(jī)已經(jīng)從高速增長(zhǎng)進(jìn)入到平穩(wěn)發(fā)展時(shí)期，單純由PC機(jī)帶領(lǐng)電子產(chǎn)業(yè)蒸蒸日上的時(shí)代己經(jīng)成為歷史，嵌入式系統(tǒng)的出現(xiàn)和廣泛應(yīng)用，使計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)進(jìn)

7、入了后PC時(shí)代。基于嵌入式智能儀表遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)作為網(wǎng)絡(luò)重要發(fā)展方向之一，是工業(yè)數(shù)據(jù)通訊與控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等多種技術(shù)共同發(fā)展的結(jié)果。該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展與成熟將會(huì)給人們的生產(chǎn)生活帶來(lái)深遠(yuǎn)的影響。本文采用 C5000系列 TMS320VC5402 DSP(數(shù)字信號(hào)處理 )芯片 ,能滿足通信、語(yǔ)音、圖像以及其他電子領(lǐng)域高速、低成本、小體積、低功耗的要求。DSP系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包含硬件電路和軟件程序兩部分。1TMS320VC5402簡(jiǎn)介T(mén)MS320VC5402(以下簡(jiǎn)稱 5402)是美國(guó) TI公司的性價(jià)比極高的 16 bit定點(diǎn) DSP芯片 ,操作速度可以達(dá)到 100MIPS,其內(nèi)部資源配置為用戶構(gòu)造

8、系統(tǒng)提供了很大便利。其主要特點(diǎn)如下：a) 多總線結(jié)構(gòu) ,片內(nèi) 3套 16 bit數(shù)據(jù)總線 CB、DB、EB和 1套程序總線 PB以及對(duì)應(yīng)的 4套地址總線CBA、DBA、EBA、PBA (4套總線可以同時(shí)操作 )。b) 40 bitALU (算術(shù)邏輯單元 ) ,包含 1個(gè) 40 bit桶形移位器和 2個(gè) 40 bit累加器; 1個(gè) 17 17 bit乘法器和一個(gè) 40 bit專用加法器; 2個(gè)地址產(chǎn)生器 , 8個(gè)輔助寄存器 ,一個(gè)比較 /選擇 /存儲(chǔ) (CSSU)單元。c) 片內(nèi) 4 k 16 bitROM,16 k 16 bitDARAM。d)程序空間擴(kuò)展到 1MB ,數(shù)據(jù)和 I/O空間各64

9、 kB,20條地址線 ,16條數(shù)據(jù)線。e) 6級(jí)流水線完成一條指令:預(yù)取指、取指、譯碼、訪問(wèn)、讀數(shù)、執(zhí)行。f) 片上 JTAG仿真接口。2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)的硬件電路主要包含電源控制電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、譯碼電路、輸入接口電路、輸出接口電路、存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路和 JTAG仿真接口電路 8部分。另外 ,由于 DSP的低電壓工作狀況 ,必須要考慮到電平轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖 1所示。圖 1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2. 1電平轉(zhuǎn)換5402采用低壓工作 ,其內(nèi)核電壓為 1. 8 V, I/O引腳電壓為 3. 3 V,而大多數(shù)常用的電子元器件的工作電壓一般為 5 V,如本系統(tǒng)中用到的 A/D 轉(zhuǎn)換器ADC08

10、09和 D/A轉(zhuǎn)換器 DAC0832,以及擴(kuò)展的存儲(chǔ)器芯片 EPROM 27C512等 ,都是采用 5 V TTL電平供電 ,因此必須在電路中增加電平轉(zhuǎn)換模塊。TI公司的 74LVC245是 8路電平轉(zhuǎn)換芯片 ,其工作電壓為 3. 3 V,可耐 5 V輸入 ,輸出為 3. 3 V。在本系統(tǒng)采用了 3片 ,分別用在 ADC0809和 DAC0832的數(shù)據(jù)線、EPROM的數(shù)據(jù)線、幾個(gè)控制信號(hào)上 ,這些數(shù)據(jù)線和控制信號(hào)線都通過(guò) 74LVC245連接到 5402上 ,實(shí)現(xiàn) 5 V到 3. 3 V和 3. 3 V到 5 V的電平轉(zhuǎn)換。2. 2電源控制電路系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)。TMS320VC5402芯片采用雙電

11、源供電，DSP的核內(nèi)電壓和I/O接口電壓分別為1.8V和3.3V， 本系統(tǒng)需要三種電源，電壓為5V、3.3V和1.8V。其中，RTL8019AS網(wǎng)卡芯片和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路均采用5V電源供電。DSP的雙電源解決方案采用TPS73HD318實(shí)現(xiàn)，輸入的電源電壓為5V，輸出電壓分別為3.3V和1.8V，每路電源的最大輸出電流為750mA。 圖2 電源控制電路2. 3復(fù)位電路系統(tǒng)上電時(shí)可自動(dòng)復(fù)位 ,但為了防止系統(tǒng)受到外界干擾或電源波動(dòng)時(shí)出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象 ,還專門(mén)加了外部RESET,主要使用了兩個(gè)施密特觸發(fā)器 74LS14。圖 3 復(fù)位電路圖2. 4時(shí)鐘電路系統(tǒng)中采用外部時(shí)鐘 ,根據(jù)使用的晶振不同,采用的晶體振

12、蕩起振電容也不同 ,這里采用 10 MHz晶振 ,起振電容選用 22 pF。系統(tǒng)中讓 DSP工作在 20 MHz的頻率 ,因此根據(jù) 5402的主時(shí)鐘配置規(guī)則 ,只要將5402的 CLKMD1、CLKMD2、CLKMD3這 3個(gè)引腳分別選擇為高電平、低電平、低電平即可。圖 4 時(shí)鐘電路圖2. 5譯碼電路5402對(duì)外部接口的控制信號(hào)有限 ,又要同時(shí)完成對(duì) A/D、D/A、EPROM的控制 ,最有效的辦法是加入譯碼電路。本系統(tǒng)采用通用的 328譯碼器 74LS138,使用5402的高位地址線 A13、A14、A15作為譯碼輸入 , IS和 IOSTRB作為譯碼使能端輸入 ,譯碼地址見(jiàn)表 1。2. 6

13、輸入接口電路輸入接口電路主要完成數(shù)據(jù)采樣及其 A/D轉(zhuǎn)換 ,包含分頻和 A/D轉(zhuǎn)換電路。分頻電路主要用做 ADC0809的轉(zhuǎn)換時(shí)鐘。5402本身也產(chǎn)生時(shí)鐘輸出 ,可以借助于它的時(shí)鐘輸出作為輸入模擬信號(hào)的輸入時(shí)鐘。將輸入模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換速率定為 640 kHz,而 5402的時(shí)鐘輸出為 20 MHz(當(dāng)然可以使用更高的時(shí)鐘 ) ,采用 32分頻即可 ,可以用兩個(gè)同步二 -十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 74F160來(lái)實(shí)現(xiàn)。A/D轉(zhuǎn)換電路采用 ADC0809。這里只對(duì)一路數(shù)據(jù)采樣 ,使用通道 0,數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換速率為 640 kHz。通過(guò)5402的高位地址 A13、A14、A15和 IS、IOSTRB譯碼 ,CS2控制 A

14、DC0809芯片的輸出使能信號(hào) ENABLE,CS3控制轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào) START,地址使能信號(hào) ALE與轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)接在一起。ADC0809采用中斷方式讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量 ,即將 ADC0809的 EOC引腳連接到 5402的外部中斷引腳 INT0上 ,這樣 ,一旦數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完畢 ,將會(huì)觸發(fā) 5402的外部中斷 0,在中斷服務(wù)程序中完成數(shù)據(jù)從 ADC0809到 5402的傳輸。它的輸入時(shí)鐘由分頻電路的輸出時(shí)鐘來(lái)提供。2. 7輸出接口電路輸出接口電路完成 D/A轉(zhuǎn)換以及模擬信號(hào)輸出。D/A轉(zhuǎn)換電路主要采用 DAC0832芯片。由于只有一路數(shù)據(jù)需要轉(zhuǎn)換 ,故讓它工作在單緩沖方式 ,即輸入鎖存器處于受

15、控 (通過(guò)譯碼輸出 CS1控制 WR1,片選信號(hào)引腳 CS接地使其始終有效 ) ,而 DAC0832寄存器處于直通狀態(tài) (直接將 WR2與 XEFR接地使其始終有效 )。在這種工作方式下 , 數(shù)據(jù)只要一經(jīng)寫(xiě)入DAC0832芯片 ,就立即進(jìn)行 D/A轉(zhuǎn)換 ,省去了一條輸出指令。模擬輸出采用雙極性模擬電壓輸出 ,加了兩級(jí)運(yùn)算放大電路,當(dāng)數(shù)字量 N 從 00HFFH變化時(shí) ,對(duì)應(yīng)的模擬電壓 OUT的輸出范圍是 - 5 V5 V。2. 8存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路5 402片內(nèi)提供了 16k 16bit的 RAM和 4k 16 bit的 ROM,片內(nèi) ROM不可用。本系統(tǒng)程序容量比較小 ,一般不超過(guò) 16 kB,

16、考慮充分利用芯片的內(nèi)部資源 ,采用引導(dǎo)裝載的方式,以降低系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度和設(shè)計(jì)成本 ,縮短產(chǎn)品研制周期。這里使用一片通用的 64k 8 bit的 EPROM 27C512。當(dāng)程序編制好后轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制文件 ,通過(guò)通用編程器燒到 27C512中即可。存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路如圖 2所示。 圖 5存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路2. 9JTAG仿真接口電路由于 5402提供了片上的 JTAG接口 ,方便了仿真調(diào)試。只需將 5402的 TMS、TDI、TDO、TRST、TCKEMU0、EMU1共 7個(gè)引腳接出 ,做成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 14針插座 ,就可以供仿真器調(diào)試目標(biāo)板。JTAG仿真接口電路如圖 3所示。圖 6JTAG仿真接口電路3系

17、統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件主要包含引導(dǎo)程序和核心程序代碼即用戶程序代碼兩個(gè)方面。3. 1引導(dǎo)程序TMS320VC5402的引導(dǎo)程序 Bootloader用于在芯片通電復(fù)位時(shí)將存儲(chǔ)于外部的用戶代碼傳輸?shù)絻?nèi)部或外部程序存儲(chǔ)器中 ,用戶代碼可存儲(chǔ)在外部速度較慢的非易失性存儲(chǔ)器內(nèi) ,使 5402能外擴(kuò)普通低速的EPROM。經(jīng)引導(dǎo)后 ,用戶代碼可裝載到高速的片內(nèi)RAM或片外 RAM中執(zhí)行 ,以充分發(fā)揮 5402指令高速運(yùn)行的特點(diǎn)。由本系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)可知 ,易采用 8 位并行EPROM引導(dǎo)方式。把引導(dǎo)表的起始地址 4000h放在數(shù)據(jù)空間的最高位地址 FFFEH和 FFFFH中 ,這樣根據(jù)流程圖可知 ,將會(huì)從數(shù)據(jù)空

18、間 FFFFH和 FFFFEH讀取引導(dǎo)表起始地址的低 8 位和高 8 位 ,發(fā)現(xiàn)是08AAH,于是便進(jìn)入了數(shù)據(jù)空間的 8位并行引導(dǎo)模式 ,將 EPROM中的程序裝載到片內(nèi) RAM中 ,裝載完畢后便開(kāi)始執(zhí)行用戶程序。5402的并行引導(dǎo)流程見(jiàn)圖 4。圖 7TMS320VC5402并行引導(dǎo)方式流程為使 5402能有效地把外擴(kuò) EPROM中的程序引導(dǎo)到芯片內(nèi) RAM,需要編制一個(gè)引導(dǎo)表。引導(dǎo)表定位于數(shù)據(jù)空間的 4000HFFFFH段。引導(dǎo)表的內(nèi)容包括:引導(dǎo)方式的標(biāo)識(shí);程序存放的目標(biāo)首地址;程序執(zhí)行的入口地址;用戶程序代碼;用戶程序塊長(zhǎng)度。根據(jù) 8位并行 EPROM引導(dǎo)方式的特點(diǎn) ,編制如下的命令文件程

19、序。1) 鏈接命令程序文件 (MiniSys_lj. cmd)MiniSys. obj/輸入?yún)R編后的文件名- oMiniSys. out/設(shè)定輸出文件名- m MiniSys. map/內(nèi)部存儲(chǔ)器分配MEMORY:PAGE 0: ROM: origin =0x0080, length =0x3780VECT:origin =0x3F80, length =0x0080/程序引導(dǎo)后首地址和塊長(zhǎng)度PAGE 1: RAM: origin = 0x3800, length = 0x0780/定義數(shù)據(jù)塊首地址和塊長(zhǎng)度SECTIONS:. text: ROM PAGE0/將 text段定義的程序放入程序頁(yè). bss: RAM PAGE1/將 bss段定義的數(shù)據(jù)塊放在數(shù)據(jù)頁(yè) 中斷向量. vectors: VECT PAGE0 /2) 二進(jìn)制轉(zhuǎn)換命令程序 (MiniSys_h. cmd)MiniSys. out/輸入鏈接后的文件名- oMiniSys. hex/設(shè)定輸出文件名- i/轉(zhuǎn)換為 intel格式的二進(jìn)制文件- memwidth 8/定義 8位 EPROM- romwidth 8/輸出文件是字節(jié)- boot/所有塊 /區(qū) (SECTIONS)都引導(dǎo)- bootorg 0x4000/外擴(kuò) EPROM存放代碼的首地址- e0x0100/定義引導(dǎo)后程序的入口地址