DSP最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)(精)

1、摘要第1章緒論第2章總體設(shè)計(jì)22.1系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能22.系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程21.2原理框圖3第3章DSP最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì).43.1電源電路設(shè)計(jì)43.復(fù)位電路設(shè)計(jì)53時(shí)鐘電路設(shè)計(jì).53.4 JTA接口電路設(shè)計(jì).63.5 DS的串行接口電路設(shè)計(jì)63.存儲器 FLASH擴(kuò)展設(shè)計(jì)7第4章軟件設(shè)計(jì)84.1仿真工作原理及測試步驟94.測試程序94測試的注意事項(xiàng).10總結(jié)致謝參考文獻(xiàn)13第1章緒論DSP有兩種涵義，一種是 Digital Sig nal Processi ng，指的是數(shù)字信號處理技術(shù)；一種是Digital Signal Processor,指的是數(shù)字信號處理器。兩者是不可分割的，前者是理論上的

2、技術(shù)，要通過后者變成實(shí)際產(chǎn)品，兩者結(jié)合起來才成為解決 某一實(shí)際問題和實(shí)現(xiàn)某一方案的手段。數(shù)字信號處理器是目前IT領(lǐng)域中發(fā)展極為迅速的一類微處理器，其功能強(qiáng)大，應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛，能夠完成實(shí)時(shí)的數(shù)字信號 處理任務(wù)。DSP的性能幾乎決定了電子產(chǎn)品的性能。在人們生活當(dāng)中，DSP可謂無處不在，例如手機(jī)，電視機(jī)，數(shù)碼相機(jī)，MP3等等都有DSP的存在。DSP已經(jīng) 成為通信、計(jì)算機(jī)和消費(fèi)類電子產(chǎn)品等領(lǐng)域的基礎(chǔ)器件。因此，只有理論的學(xué)習(xí)是 不夠的，設(shè)計(jì)一個(gè)DSP最小系統(tǒng)，掌握這門重要技術(shù)，才能更深刻地理解和掌握 DSP，為今后進(jìn)行高精度、高性能的電子設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。DSP芯片是模擬信號變換成數(shù)字信號以后進(jìn)行高速實(shí)

3、時(shí)處理的專用微處理器，其處理速度比最快的CPU還快10-50倍，具有處理速度高、功能強(qiáng)、性能價(jià) 格比好以及速度功耗比高等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于具有實(shí)時(shí)處理要求的場合。DSP系統(tǒng)以DSP芯片為基礎(chǔ)，具有以下優(yōu)點(diǎn)。1 高速性DSP系統(tǒng)的運(yùn)行速度較高，最新的 DSP運(yùn)行速度高達(dá)1000MIPS以上。2 編程方便可編程DSP可使設(shè)計(jì)人員在開發(fā)過程中靈活方便的對軟件進(jìn)行修改和升級。3 穩(wěn)定性好DSP系統(tǒng)以數(shù)字處理為基礎(chǔ)，受環(huán)境溫度及噪聲的影響比較小，可靠性高。4.可重復(fù)性好數(shù)字系統(tǒng)的性能基本上不受元器件參數(shù)性能的影響，便于測試、調(diào)試和大規(guī)模 生產(chǎn)。5.集成方便DSP系統(tǒng)中的數(shù)字部件有高度的規(guī)范性，便于大規(guī)模

4、集成。6.性價(jià)比高常用的DSP價(jià)格在5美元以下。第2章總體設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能DSP最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是本次設(shè)計(jì)的主要任務(wù)，課題以 TMS320C5402為核心器件，并利用外存儲器對最小系統(tǒng)電路進(jìn)行擴(kuò)展。在介紹 TMS320C5402基本 特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，借鑒國內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)成果的，研究 DSP相關(guān)技術(shù)，開發(fā)出DSP最 小系統(tǒng)板。系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)以下功能。1 .最小系統(tǒng)部分的設(shè)計(jì)能夠用于基本的數(shù)字信號處理，運(yùn)行一些簡單的程序。此部分主要包括電源電 路、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、JTAG接口的設(shè)計(jì)等。2.擴(kuò)展電路的設(shè)計(jì)對于DSD最小系統(tǒng)，DSP芯片等在芯片出廠時(shí)不可能讓片內(nèi)存儲器的大小滿 足所有功能的要求，如

5、果將片內(nèi)存儲器做太大，必然造成芯片成本的提高，而太 大的片內(nèi)存儲器對很多用戶來說是浪費(fèi)。2.2系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程一個(gè)DSP應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程大致分為以下幾個(gè)部分，各部分的相互關(guān)系如 圖2-1系統(tǒng)噸求的描述圖2-1 DSP應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程1.2原理框圖基于TMS320C5402最小系統(tǒng)系統(tǒng)框圖。此最小系統(tǒng)主要由時(shí)鐘及復(fù)位電路、JTAG仿真調(diào)試接口電路以及供電系統(tǒng)，外加 Watchdog電路等模塊構(gòu)成。系統(tǒng)框圖2-2所示。圖2-2原理框圖第3章DSP最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)3.1電源電路設(shè)計(jì)包括TMS320C5402在內(nèi)的TMS320C54X系列DSP大部分采用低電壓供電方 式，可以大大降低DSP芯片的功耗

6、。TMS320C5402的電源分兩種，即內(nèi)核電源（CVdd和I/O電源（DVdd。其中I/O電源一般采用3.3V電壓而內(nèi)核電源分為2.5V或更低，降低內(nèi)核電壓的主要目的是降低功耗。TMS320C5402的內(nèi)核電壓為1.8V。下面介紹TMS320C5402的電源設(shè)計(jì)。1 電源電壓結(jié)構(gòu)及要求TMS320C5402采用了雙電源供電機(jī)制，以獲得更好的電源性能，其工作電壓為3.3V和1.8V。其中，1.8V主要為該器件的內(nèi)部邏輯提供電壓，包括 CPU 和其他所有的外設(shè)邏輯。與3.3V供電相比，1.8V供電大大降低功耗。外部接口引 腳仍然采用3.3V電壓，便于直接與外部低壓器件接口，而無需額外的電平變換電

7、 路。TMS320C5402的電流消耗主要取決于器件的激活度，CVdd消耗的電流主要決定于CPU的激活度。外設(shè)消耗的電流決定于正在工作的外設(shè)及其速度。與CPU相比，外設(shè)消耗的電流是比較小的。時(shí)鐘電路也需要消耗一小部分電流，且這部分 電流是恒定的，與CPU和外設(shè)的激活程度無關(guān)。CVdd為器件的所有內(nèi)部邏輯提 供電流，包括CPU、時(shí)鐘電路和所有外設(shè)。DVdd只為外部接口引腳提供電壓， 消耗電流取決于外部輸出的速度和數(shù)量，及在這些輸出口上的負(fù)載電容。如圖3-1所示，電源芯片選用TPS73HD325,該電源芯片可以由5V產(chǎn)生3.3V 和1.8V的電壓輸出，最大輸出電流為 750mA，可以滿足TMS32

8、0C5402最小系統(tǒng) 的需要。電源控制電路如圖3-1所示。圖3-1電源控制電路5 3.2復(fù)位電路設(shè)計(jì)對于實(shí)際的DSP應(yīng)用系統(tǒng)，特別是產(chǎn)品化的DSP系統(tǒng)，其可靠性是一個(gè)不容 忽視的問題。由于DSP系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率較高，在運(yùn)行時(shí)極有可能發(fā)生干擾和被干 擾的現(xiàn)象，嚴(yán)重的系統(tǒng)問題可能出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象。為了克服這些情況，除了在軟件上 做一些保護(hù)措施外硬件上必須做相應(yīng)的處理。硬件上最有效的保護(hù)措施是采用具有 看門狗(Watchdog功能的自動(dòng)復(fù)位電路相結(jié)合的方式。自動(dòng)復(fù)位電路除了具有上電復(fù)位功能外，還具有監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行并在系統(tǒng)發(fā)生故 障或死機(jī)時(shí)再次進(jìn)行復(fù)位的能力?；镜脑砭褪峭ㄟ^電路提供一個(gè)用于監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行的監(jiān)

9、視線當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，應(yīng)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)給監(jiān)視線提供一個(gè)高低電平變 化的信號，如果在規(guī)定時(shí)間內(nèi)這個(gè)信號不發(fā)生變化，自動(dòng)復(fù)位電路就認(rèn)為系統(tǒng)運(yùn)行 部正常并對系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位。自動(dòng)復(fù)位功能可以通過看門狗”芯片實(shí)現(xiàn)，如圖3-3就是用MAX706芯片搭建的看門狗”電路。兩模塊的連接方式分別如圖 3-2和圖3-3 所示。圖3-2簡單的復(fù)位電路 圖3-3具有Watchdog功能的復(fù)位電路3.3時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)DSP的時(shí)鐘可以有兩種連接方式，即外部振蕩器方式和諧振器方式。如果使 用內(nèi)部振蕩器，則必須在X1/XCLKIN和X2兩個(gè)引腳之間連接一個(gè)石英晶體。 如果采用外部時(shí)鐘，可將輸入時(shí)鐘信號直接連到X1/CI。 KIN引

10、腳上，X2懸空。本文采用的足外部有源時(shí)鐘方式，直接選擇一個(gè)3.3V供電的30MHz有源晶振實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)工作是通過編程選擇 5倍頻的PLL功能，可實(shí)現(xiàn)F2812的最高工作頻率(150MHz。晶振電路如圖3-4所示3.4 JTAG接口電路設(shè)計(jì)DSP仿真器通過DSP芯片上提供的掃描仿真引腳實(shí)現(xiàn)仿真功能，掃描仿真消 除了傳統(tǒng)電路仿真存在的電纜過長會(huì)引起的信號失真及仿真插頭的可靠性差等問 題。采用掃描仿真，使得在線仿真成為可能，給調(diào)試帶來極大方便。JTAG接口電路如圖3-5所示。圖3-5 JTAG接口電路3.5 DSP的串行接口電路設(shè)計(jì)由于TMS320C54X中SCI接口的TTL電平和PC機(jī)的RS-232

11、C電平不兼容， 所以連接時(shí)必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。本設(shè)計(jì)選用符合 RS-232C標(biāo)準(zhǔn)的MAX3232驅(qū)動(dòng) 芯片進(jìn)行串行通信。串行接口電路如圖 3-6所示。圖3-4晶振電路7圖3-6串行接口電路3.6存儲器FLASH接口設(shè)計(jì)對于基于DSP平臺的Flash接口設(shè)計(jì)，經(jīng)過綜合考慮了幾種方案之后決定， 采用一再加上簡單的外圍電路和時(shí)序調(diào)整電路。這種芯片僅僅完成Flash底層的數(shù)據(jù)鏈路級交換，并提供給本地微控制器一個(gè)并行的接口，但是它并不完成協(xié)議層的 工作。協(xié)議個(gè)帶 TMS320C54X的DSP內(nèi)核的Flash接口芯片28F400B3 （成本非常 低），層的工作需要對微控制器編程，控制Flash接口芯片來實(shí)現(xiàn)

12、接口協(xié)議。所以，開發(fā)難度相對來說大一些，要做的編程工作也多一點(diǎn)。DSP與Flash的接口如圖3-7所示。8 圖 3-7 DSP與 Flash 的接口第4章軟件設(shè)計(jì)TMS320系列DSP芯片的開發(fā)環(huán)境應(yīng)包括硬件和軟件兩個(gè)方面，常用的軟件開發(fā)環(huán)境為CCS2,硬件環(huán)境包括JTAG仿真器和DSP硬件平臺。如沒有硬件 開發(fā)環(huán)境時(shí)，也可以在 CCS2軟件環(huán)境中進(jìn)行算法仿真。CCS2代碼調(diào)試器是一種針對標(biāo)準(zhǔn) TMS320設(shè)計(jì)接口的集成開發(fā)環(huán)境IDE,它包含源代碼編輯工具、代碼調(diào)試工具、可執(zhí)行代碼生成工具和實(shí)時(shí)分析工具， 并支持設(shè)計(jì)和開發(fā)的整個(gè)流程，如圖 4-1所示。圖4-1 CCS2的開發(fā)流程圖4.1仿真工

13、作原理及測試步驟DSP通過JTAG接口與仿真器相連，仿真器則通過 USB與電腦連接。電腦上的編譯軟件CCS2是通過仿真器將程序下載到DSP內(nèi)運(yùn)行的。在使用JTAG 協(xié)議調(diào)試程序時(shí)，CCS2亦通過仿真器與DSP交流信息，如CCS2將控制信號通過JTAG接口送到DSP以控制程序的運(yùn)行，而 DSP亦通過該接口將采樣信號、運(yùn)算結(jié)果或運(yùn)行狀態(tài)送到CCS2進(jìn)行顯示以便觀察調(diào)試。DSP最小系統(tǒng)的測試步驟 如下。1 系統(tǒng)連接。進(jìn)行DSP實(shí)驗(yàn)之前，先必須連接好仿真器、 DSP最小系統(tǒng)板卡及計(jì)算機(jī)。2電復(fù)位。在硬件安裝完成后，確認(rèn)安裝正確、各個(gè)實(shí)驗(yàn)部件及電源連接正 常后，接通仿真器電源并啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，此時(shí)，仿真盒上

14、的紅色小燈”應(yīng)點(diǎn)亮，否則DSP開發(fā)系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)連接有問題。3運(yùn)行CCS2程序。實(shí)驗(yàn)板上電，啟動(dòng) CCS 2，CCS2正常啟動(dòng)，表明系統(tǒng)連接正常，否則仿真器的連接、JTAG接口或者CCS2相關(guān)設(shè)置存在問題，斷開 電源，9檢查仿真器的連接、JTAG接口連接，或檢查CCS2相關(guān)設(shè)置是否正確。成 功運(yùn)行程序后，在CCS2環(huán)境下程序編寫、調(diào)試、編譯、裝載、使用觀察窗口等。4.2測試程序(1 )應(yīng)用程序是要在硬件板上獨(dú)立運(yùn)行的源程序，為了敘述方便，編寫一個(gè)簡 單的發(fā)光二極管(LED閃爍測試程序。使用CCS匯編語言編寫的測試程序如下:.mmregs.def start , _c_intOO, END1 .t

15、ext_c_in tOO: B start NOP NOP delay: start: SSBX XF CALL delay RSBX XFCALL delay B start delay ;延時(shí)程序略 END1 RET .end （2）中斷向量表.sect “vectors. ”cf _c_int00 . def reset reset BD _c_int00 NOP NOP . end邵陽學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文）（3）弓I導(dǎo)程序.mmregs .def .sect boot,jump,END2“ bootprg ” bocSSBX INTM STM #prog_des , AR I RPT M

16、VPD STM LDBACC . sect #（prog_end pr_sre-1> #prog_src, *ARI+ #00E0h . PMST #run address A A “jump” boo將/代碼從源地址搬移到日標(biāo)地址/ /跳轉(zhuǎn)到程序開始運(yùn) 行地址，運(yùn)行用戶程序/jump: B END2 : RET .end /跳轉(zhuǎn)到引導(dǎo)程序4.3測試的 注意事項(xiàng)1.軟件在按照要求編寫完后，通常在下載到系統(tǒng)前，用純軟件方法單步 跟蹤程序的執(zhí)行，以確保每一步的結(jié)果都是所預(yù)料的。這樣不僅利于及早發(fā)現(xiàn)程 序的錯(cuò)誤，也可以在這一步對程序進(jìn)行優(yōu)化。TI公司的DSP編譯軟件功能強(qiáng)大，提供了許多 工具，

17、可以更好地對軟件進(jìn)行調(diào)試。這也是在芯片選型中所要考 慮的因素之一。2為了測試整個(gè)系統(tǒng)的特性，特別為其編寫了測試程序，整個(gè)測 試過程都是在JTAG協(xié)議下通過仿真完成的。在加載程序前，要在系統(tǒng)板上設(shè)置好 相應(yīng)的跳線和撥 碼開關(guān)。10邵陽學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文）總結(jié)作為一個(gè)電信本科生，掌握 DSP系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)是非常重要的，通過對本課題 的學(xué)習(xí)，了解了 DSP系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用，鍛煉 獨(dú)立設(shè)計(jì)電路的能力和動(dòng)手能力。本設(shè)計(jì)主要選用合適的DSP、電源模塊、時(shí)鐘 電路、存儲器電路設(shè)計(jì)搭建最小 DSP系統(tǒng)，并在設(shè)計(jì)好的硬件平臺上實(shí)現(xiàn)卷積實(shí) 驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，將此設(shè)計(jì)應(yīng)用于能較好的用于各種數(shù)字信號處理。試驗(yàn)中我通過

18、查閱各種資料，通過各種軟件讓我較好的掌握了 TA公司C54X系列DSP芯片的用法。通過這次課程設(shè)計(jì)我學(xué)到了很多東西，尤其是做好一件事實(shí)在是不容 易，特別是在準(zhǔn)備不足的情況下，更是難上加難。幸運(yùn)地是在課程設(shè)計(jì)過程中我得到了廣大老師和同學(xué)的幫助，特別是得到了劉老師的分析與講解！他嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和對問題的分析方法以及解決問題方法，使我一生受用！同時(shí)我也學(xué)會(huì)了 怎么在浩瀚如海的大堆資 料里搜集自己所需要的東西，怎樣與人溝通去完成一件 事。然而我也看到了自身地不足，專業(yè)知識不是很過硬，缺乏對問題地分析能力 還有自己知識儲備的不足，使得搞課程設(shè)計(jì)時(shí)，不知從何處下手因此從現(xiàn)在開始我 要認(rèn)真地學(xué)好專業(yè)知識以及其他相關(guān)知識，充實(shí)自己。11邵陽學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文）致謝本論文的工作是在我的劉偉春老師悉心指導(dǎo) 下完成的，劉老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和 科學(xué)的工作方法給了我極大的幫助和影響。 在此衷心感謝劉老師對我的關(guān)心和