硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 考慮電平兼容問題考慮電平兼容問題 240 x DSP的工作電壓的工作電壓3.3V，但很多外圍芯片的工作電壓是，但很多外圍芯片的工作電壓是5V。因此要考慮。因此要考慮3.3V和和5V電平兼容問題。電平兼容問題。 設(shè)計(jì)電原理圖設(shè)計(jì)電原理圖 可采用可采用Protel99 SE等軟件進(jìn)行電原理圖設(shè)計(jì)，如有必要應(yīng)對(duì)原理圖進(jìn)行仿真。等軟件進(jìn)行電原理圖設(shè)計(jì)，如有必要應(yīng)對(duì)原理圖進(jìn)行仿真。 設(shè)計(jì)印制電路板圖（設(shè)計(jì)印制電路板圖（PCB） 在完成在完成PCB的設(shè)計(jì)進(jìn)行制板以前，如有必要還要對(duì)的設(shè)計(jì)進(jìn)行制板以前，如有必要還要對(duì)PCB設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真，用以完成對(duì)信號(hào)完整性、電磁干擾、

2、熱仿真等的功能檢驗(yàn)。設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真，用以完成對(duì)信號(hào)完整性、電磁干擾、熱仿真等的功能檢驗(yàn)。 第1頁/共33頁 3 14.2 3.3V和和5V混合邏輯系統(tǒng)設(shè)計(jì)混合邏輯系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1各種電平轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)各種電平轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn) 5V CMOS、5V TTL和和3.3V TTL 電平標(biāo)準(zhǔn)電平標(biāo)準(zhǔn) 第2頁/共33頁 4 2 3.3V 器件與器件與5V器件接口器件接口 3.3V 器件與器件與5V器件接口的兩類情況：器件接口的兩類情況： （1）由于）由于3.3V TTL器件與器件與5V TTL器件邏輯電平是相同的，因此器件邏輯電平是相同的，因此3.3V TTL器件可以直接驅(qū)動(dòng)器件可以直接驅(qū)動(dòng)5V TTL器件。器件。 （2）

3、其它情況建議使用電平轉(zhuǎn)換芯片，如）其它情況建議使用電平轉(zhuǎn)換芯片，如74LVTH245 、74LVTH16245、SN74LVC164245 、SN74LVC4245等。等。 對(duì)于對(duì)于3.3V TTL器件驅(qū)動(dòng)器件驅(qū)動(dòng)5V CMOS器件器件,由于前者輸出的高電平最低電壓是由于前者輸出的高電平最低電壓是2.4V,而后者要求輸入高電平最低電壓是而后者要求輸入高電平最低電壓是3.5V，因此二者不能直接相連，必需進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。，因此二者不能直接相連，必需進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。 第3頁/共33頁 5 14.3 電源轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)電源轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 常用電源芯片常用電源芯片 第4頁/共33頁 6 以以TPS7333為例的

4、電源轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)電路，如下圖所示。其輸入電壓為例的電源轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)電路，如下圖所示。其輸入電壓5V，輸出，輸出3.3V，輸出最大電流，輸出最大電流500mA。 5V-3.3V轉(zhuǎn)換電路實(shí)例轉(zhuǎn)換電路實(shí)例 第5頁/共33頁 7 14.4 時(shí)鐘及復(fù)位電路設(shè)計(jì)時(shí)鐘及復(fù)位電路設(shè)計(jì) 1時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)需要考慮以下問題：時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)需要考慮以下問題： （1）頻率。即系統(tǒng)工作的時(shí)鐘頻率。）頻率。即系統(tǒng)工作的時(shí)鐘頻率。 （2）信號(hào)電平。是）信號(hào)電平。是5V還是還是3.3V，是，是TTL電平還是電平還是CMOS電平等。電平等。 （3）時(shí)鐘的邊沿特性。上升沿和下降沿的時(shí)間。）時(shí)鐘的邊沿特性。上升沿和下降

5、沿的時(shí)間。 （4）驅(qū)動(dòng)能力?？紤]整個(gè)系統(tǒng)中需要時(shí)鐘的器件數(shù)目。）驅(qū)動(dòng)能力。考慮整個(gè)系統(tǒng)中需要時(shí)鐘的器件數(shù)目。 （5）采用有源晶振還是無源晶體。有源晶振驅(qū)動(dòng)能力比較強(qiáng)，頻率范圍也很寬，在）采用有源晶振還是無源晶體。有源晶振驅(qū)動(dòng)能力比較強(qiáng)，頻率范圍也很寬，在1Hz-400MHz之間。無源晶體的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜，但是驅(qū)動(dòng)能力比較差，而且頻率范圍也比較?。ㄒ话阍谥g。無源晶體的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜，但是驅(qū)動(dòng)能力比較差，而且頻率范圍也比較小（一般在20kHz-60MHz）。）。 第6頁/共33頁 8 外部振蕩器時(shí)鐘輸入電路實(shí)例（有源晶振）外部振蕩器時(shí)鐘輸入電路實(shí)例（有源晶振） 第7頁/共33頁 9 2復(fù)位電路設(shè)

6、計(jì)復(fù)位電路設(shè)計(jì) TMS320LF240 x/240 xA系列系列DSP為低電平復(fù)位。為低電平復(fù)位。 一般有兩種設(shè)計(jì)方法：專用芯片和一般有兩種設(shè)計(jì)方法：專用芯片和RC電路法。電路法。 專用芯片復(fù)位電路實(shí)例專用芯片復(fù)位電路實(shí)例 第8頁/共33頁 10 RC電路設(shè)計(jì)的復(fù)位電路圖實(shí)例電路設(shè)計(jì)的復(fù)位電路圖實(shí)例 第9頁/共33頁 11 14.5 外擴(kuò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器外擴(kuò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器 下圖給出了下圖給出了240 x與與外部程序存儲(chǔ)器外部程序存儲(chǔ)器的接口電路圖。的接口電路圖。 DSP的地址線、數(shù)據(jù)線與程序存儲(chǔ)器的地址線、數(shù)據(jù)線直接相連，利用的地址線、數(shù)據(jù)線與程序存儲(chǔ)器的地址線、數(shù)據(jù)線直接相連，

7、利用PS*信號(hào)選通外部程序存儲(chǔ)器，并用信號(hào)選通外部程序存儲(chǔ)器，并用RD*信號(hào)請(qǐng)求從外部程序存儲(chǔ)器讀數(shù)據(jù)。信號(hào)請(qǐng)求從外部程序存儲(chǔ)器讀數(shù)據(jù)。 第10頁/共33頁 12 240 x與外部程序存儲(chǔ)器的接口電路與外部程序存儲(chǔ)器的接口電路 第11頁/共33頁 13 下圖給出了下圖給出了240 x與與外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的接口電路圖。的接口電路圖。 DSP的地址線、數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址線、數(shù)據(jù)線直接相連，利用的地址線、數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址線、數(shù)據(jù)線直接相連，利用DS*信號(hào)選通外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，用信號(hào)選通外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，用RD*信號(hào)請(qǐng)求從外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀數(shù)據(jù)，用信號(hào)請(qǐng)求從外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀數(shù)據(jù)，用

8、WE*信號(hào)向外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫數(shù)據(jù)。信號(hào)向外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫數(shù)據(jù)。 第12頁/共33頁 14 240 x與外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的接口電路圖與外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的接口電路圖 第13頁/共33頁 15 仿真調(diào)試階段需用一片仿真仿真調(diào)試階段需用一片仿真RAM作為臨時(shí)的程序存儲(chǔ)器，仿真前將程序載入仿真作為臨時(shí)的程序存儲(chǔ)器，仿真前將程序載入仿真RAM中，然后就可以進(jìn)行單步執(zhí)行、設(shè)置斷點(diǎn)、全速執(zhí)行等調(diào)試操作。仿真中，然后就可以進(jìn)行單步執(zhí)行、設(shè)置斷點(diǎn)、全速執(zhí)行等調(diào)試操作。仿真RAM電路見下圖。電路見下圖。 第14頁/共33頁 16 仿真仿真RAM電路圖電路圖 第15頁/共33頁 17 14.6 實(shí)現(xiàn)片選的基本方法實(shí)現(xiàn)片選

9、的基本方法 DSP對(duì)外部功能器件的片選方法有兩種：線選法和譯碼選通法。對(duì)外部功能器件的片選方法有兩種：線選法和譯碼選通法。 一般使用通用譯碼器一般使用通用譯碼器74LSl38、74LSl39和和74LS154等對(duì)等對(duì)DSP的低位地址線進(jìn)行譯碼。的低位地址線進(jìn)行譯碼。 第16頁/共33頁 18 I/O口空間的譯碼電路圖口空間的譯碼電路圖 第17頁/共33頁 19 14.7 JTAG仿真接口設(shè)計(jì)仿真接口設(shè)計(jì) 對(duì)對(duì)DSP的仿真調(diào)試和程序燒寫均通過的仿真調(diào)試和程序燒寫均通過JTAG接口進(jìn)行。接口進(jìn)行。 JTAG仿真接口設(shè)計(jì)仿真接口設(shè)計(jì) 注注1：腳：腳6沒有連接，而且應(yīng)該把雙排針連接器的該針腳去掉，仿真

10、器的沒有連接，而且應(yīng)該把雙排針連接器的該針腳去掉，仿真器的DSP連接器通常用此腳進(jìn)行定位。連接器通常用此腳進(jìn)行定位。 注注2：TDI、TCK、TMS、 EMU0、EMU1引腳最好接上拉電阻，引腳最好接上拉電阻，TRST*引腳最好接下拉電阻。引腳最好接下拉電阻。 第18頁/共33頁 20 14.8 總線驅(qū)動(dòng)及總線驅(qū)動(dòng)及I/O接口電路擴(kuò)充設(shè)計(jì)接口電路擴(kuò)充設(shè)計(jì) 14.8.1 總線驅(qū)動(dòng)電路總線驅(qū)動(dòng)電路 在總線負(fù)載較重的情況，應(yīng)使用總線緩沖器增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力，如下圖在總線負(fù)載較重的情況，應(yīng)使用總線緩沖器增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力，如下圖 所示。圖中的所示。圖中的74LVTH245還具有電平轉(zhuǎn)換的功能。還具有電平轉(zhuǎn)換的功能

11、。 第19頁/共33頁 21 總線驅(qū)動(dòng)電路總線驅(qū)動(dòng)電路 第20頁/共33頁 22 14.8.2 I/O接口電路擴(kuò)充設(shè)計(jì)接口電路擴(kuò)充設(shè)計(jì) I/O口（輸入口（輸入/輸出口）是輸出口）是DSP應(yīng)用系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。應(yīng)用系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。 外擴(kuò)外擴(kuò)I/O口的方法主要有兩種：口的方法主要有兩種： 一種是采用一種是采用TTL電路或電路或CMOS電路的三態(tài)緩沖器、觸發(fā)器和鎖存器等構(gòu)成簡(jiǎn)單電路的三態(tài)緩沖器、觸發(fā)器和鎖存器等構(gòu)成簡(jiǎn)單I/O口?？凇?另一種是采用通用另一種是采用通用I/O集成芯片或可編程邏輯器件構(gòu)成外部集成芯片或可編程邏輯器件構(gòu)成外部I/O口。在進(jìn)行簡(jiǎn)單口。在進(jìn)行簡(jiǎn)單I/O接口電路

12、的設(shè)計(jì)時(shí)，一般應(yīng)遵循接口電路的設(shè)計(jì)時(shí)，一般應(yīng)遵循“輸入三態(tài)、輸出鎖存輸入三態(tài)、輸出鎖存”與總線相連的設(shè)計(jì)原則，即輸入口可使用三態(tài)緩沖器或帶有三態(tài)輸出的鎖存器，而輸出口只能使用鎖存器，否則將無法保留所送信號(hào)。與總線相連的設(shè)計(jì)原則，即輸入口可使用三態(tài)緩沖器或帶有三態(tài)輸出的鎖存器，而輸出口只能使用鎖存器，否則將無法保留所送信號(hào)。 第21頁/共33頁 23 14.9 DSP的串行通信接口技術(shù)的串行通信接口技術(shù) 14.9.1 各種標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口各種標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口 各種串行接口性能比較各種串行接口性能比較 第22頁/共33頁 24 14.9.2 PC機(jī)與機(jī)與DSP的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的串行通信接口的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的串行通

13、信接口 使用使用MAX3232實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)TTL/RS-232C之間的電平轉(zhuǎn)換電路。之間的電平轉(zhuǎn)換電路。 TTL/RS-232C電平轉(zhuǎn)換電路電平轉(zhuǎn)換電路 第23頁/共33頁 25 基于基于RS-422A的串行通信連接框圖的串行通信連接框圖 為了提高串行通訊的可靠性，增大串行通訊的距離，可采用為了提高串行通訊的可靠性，增大串行通訊的距離，可采用RS-422A、RS-485等標(biāo)準(zhǔn)來實(shí)現(xiàn)等標(biāo)準(zhǔn)來實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與機(jī)與DSP之間的串行通訊。之間的串行通訊。 基于基于RS-485的串行通信連接框圖的串行通信連接框圖 第24頁/共33頁 26 14.10 DSP與與A/D、D/A的接口的接口 將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的

14、器件稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器（將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的器件稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。）。 將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的器件稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換器（將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的器件稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）。）。 ADC的主要性能指標(biāo)是：的主要性能指標(biāo)是： 分辨率；分辨率； 轉(zhuǎn)換時(shí)間；轉(zhuǎn)換時(shí)間； 精度；精度； 輸入電壓范圍；輸入電壓范圍； 輸入電阻；輸入電阻； 供電電源；供電電源； 第25頁/共33頁 27 數(shù)字輸出特性；數(shù)字輸出特性； 工作環(huán)境；工作環(huán)境； 保存環(huán)境等。保存環(huán)境等。 DAC的主要性能指標(biāo)是：的主要性能指標(biāo)是： 分辨率；分辨率； 建立時(shí)間；建立時(shí)間； 精度；精度； 輸出范圍；輸出范圍； 供電電源；供電電源； 數(shù)字

15、輸入特性；數(shù)字輸入特性； 工作環(huán)境；工作環(huán)境； 保存環(huán)境保存環(huán)境 第26頁/共33頁 28 LF240 x/240 xA DSP內(nèi)部具有內(nèi)部具有10位位A/D轉(zhuǎn)換模塊，其輸入范圍為轉(zhuǎn)換模塊，其輸入范圍為03.3V，轉(zhuǎn)換速度為，轉(zhuǎn)換速度為375ns。這對(duì)于一般的應(yīng)用場(chǎng)合已經(jīng)可以滿足要求，但對(duì)于需要高精度或高速模數(shù)轉(zhuǎn)換的場(chǎng)合，就需要外擴(kuò)。這對(duì)于一般的應(yīng)用場(chǎng)合已經(jīng)可以滿足要求，但對(duì)于需要高精度或高速模數(shù)轉(zhuǎn)換的場(chǎng)合，就需要外擴(kuò)A/D。DSP與與AD7864的接口框圖如下圖所示。的接口框圖如下圖所示。 14.10.1 DSP與與A/D的接口的接口 第27頁/共33頁 29 240 x DSP與與AD7864的接口框圖的接口框圖 第28頁/共33頁 30 14.10.2 DSP與與D/A的