基于DSP的A,D轉換接口設計參考模板

1、1 / 20河南理工大學河南理工大學數(shù)字信號處理課程設計數(shù)字信號處理課程設計題目：基于 DSP 的 A/D 轉換接口設計摘要數(shù)字信號處理器（digital signal processor, DSP）是針對數(shù)字信號處理的需求而設計的一種可編程的處理器，是現(xiàn)代電子技術、計算機技術和信號處理技術相結合的產物。隨著信息處理技術的飛速發(fā)展，DSP 在電子信息、通信、軟件無線電、自動控制、儀器儀表、信息家電等高科技領域獲得了越來越廣泛的應用。自從 20 世紀 80 年代誕生以來，DSP 就被廣泛應用于社會各個領域。DSP 不僅快速實現(xiàn)了各種數(shù)字信號處理算法，而且拓寬了數(shù)字信號處理的應用范圍。隨著 DSP

2、 的功能越來越強大，其應用范圍也將越來越廣泛。此次 DSP課程設計，我們一組做的是 A/D 轉換接口的設計。在 DSP 的外部設備中，A/D（模數(shù)轉換器）是一個十分重要的器件，A/D 先將模擬信號轉換成數(shù)字信號，DSP 接收 A/D 輸出的數(shù)字信號進行信號處理。關鍵詞：DSP；A/D 轉換接口；TMS320C5416目目錄錄摘要11 概述31.1 DSP 芯片的介紹31.2 DSP 芯片的發(fā)展31.3 DSP 芯片的特點41.4 PROTEL 99SE 概述 52 系統(tǒng)設計62.1 電路原理圖72.2 PCB 板73 硬件設計83.1 電源設計83.2 DSP 與 TLV1571 的硬件連接8

3、3.3 其他引腳和測試信號94 軟件設計104.1 A/D 主程序104.2 中斷程序124.3 CMD 程序155 實驗結果16總 結17參考文獻181 概述概述1.1 DSP 芯片的介紹芯片的介紹DSP 芯片，也稱數(shù)字信號處理器，是一種具有特殊結構的微處理器。DSP芯片的內部采用程序和數(shù)據(jù)分開的哈佛結構，具有專門的硬件乘法器，廣泛采用流水線操作，提供特殊的 DSP 指令，可以用來快速地實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。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：1 在一個指令周期內可完成一次乘法和一次加法。程序和數(shù)據(jù)空間分開，可以同時訪問指令和數(shù)據(jù)。 2 片內具有快速 RAM，

4、通?？赏ㄟ^獨立的數(shù)據(jù)總線在兩塊中同時訪問。 3 具有低開銷或無開銷循環(huán)及跳轉的硬件支持。 4 快速的中斷處理和硬件 I/O 支持。 5 具有在單周期內操作的多個硬件地址產生器。 6 可以并行執(zhí)行多個操作。 7 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。1.2 DSP 芯片的發(fā)展芯片的發(fā)展世界上第一個單片 DSP 芯片是 1978 年 AMI 公司宣布的 S2811，1979 年美國 Iintel 公司發(fā)布的商用可編程期間 2920 是 DSP 芯片的一個主要里程碑。這兩種芯片內部都沒有現(xiàn)代 DSP 芯片所必須的單周期芯片。 1980 年。日本 NEC 公司推出的 PD7720 是第

5、一個具有乘法器的商用 DSP 芯片。第一個采用 CMOS工藝生產浮點 DSP 芯片的是日本的 Hitachi 公司，它于 1982 年推出了浮點DSP 芯片。1983 年，日本的 Fujitsu 公司推出的 MB8764，其指令周期為 120ns ，且具有雙內部總線，從而處理的吞吐量發(fā)生了一個大的飛躍。而第一個高性能的浮點 DSP 芯片應是 AT&T 公司于 1984 年推出的 DSP32。在這么多的 DSP 芯片種類中，最成功的是美國德克薩斯儀器公司（Texas Instruments，簡稱 TI）的一系列產品。TI 公司災 982 年成功推出啟迪一代 DSP芯片 TMS32010

6、及其系列產品 TMS32011、TMS32C10/C14/C15/C16/C17 等，之后相繼推出了第二代 DSP 芯片 TMS32020、TMS320C25/C26/C28，第三代DSP 芯片 TMS32C30/C31/C32，第四代 DSP 芯片 TMS32C40/C44，第五代 DSP芯片 TMS32C50/C51/C52/C53 以及集多個 DSP 于一體的高性能 DSP 芯片TMS32C80/C82 等。 自 1980 年以來，DSP 芯片得到了突飛猛進的發(fā)展，DSP 芯片的應用越來越廣泛。從運算速度來看，MAC（一次乘法和一次加法）時間已經(jīng)從 80 年代初的 400ns（如 TMS

7、32010）降低到 40ns（如 TMS32C40） ，處理能力提高了10 多倍。DSP 芯片內部關鍵的乘法器部件從 1980 年的占模區(qū)的 40 左右下降到5 以下，片內 RAM 增加一個數(shù)量級以上。從制造工藝來看，1980 年采用 4的 N 溝道 MOS 工藝，而現(xiàn)在則普遍采用亞微米 CMOS 工藝。DSP 芯片的引腳數(shù)量從 1980 年的最多 64 個增加到現(xiàn)在的 200 個以上，引腳數(shù)量的增加，意味著結構靈活性的增加。此外，DSP 芯片的發(fā)展，是 DSP 系統(tǒng)的成本、體積、重量和功耗都有很大程度的下降。1.3 DSP 芯片的特點芯片的特點DSP 具有如下一些特點。（1）改進的哈佛結構早

8、期的微處理器內部大多采用馮諾依曼(Von Neumann)結構，其片內程序空間和數(shù)據(jù)空間是混合在一起的，取指令和取操作是一條總線分時進行的。當高速運算時，不但不能同時取指令和取操作數(shù)，而且還會造成傳輸通道上的瓶頸現(xiàn)象。而 DSP 內部采用的是程序空間和數(shù)據(jù)空間分開的哈佛結構，允許同時取指令（來自程序存儲器）和取操作數(shù)，而且還允許在程序空間和數(shù)據(jù)空間之間互相傳送數(shù)據(jù)，即改進的哈佛結構。（2）多總線結構許多 DSP 芯片內部都采用多總線結構，這樣可以保證在一個機器周期內多次訪問程序空間和數(shù)據(jù)空間。（3）流水線操作許多 DSP 芯片內部都采用多總線結構，這樣可以保證在一個機器周期內可以多次訪問程序空

9、間和數(shù)據(jù)空間。（4）多處理單元DSP 內部一般都包括多個處理單元，如算術邏輯單元（ALU） ，輔助寄存器運算單元（ARAU）,累加器（ACC） ，硬件乘法器（MUL）等。它們可以在一個指令周期內同時進行運算。（5）特殊的 DSP 指令為了更好地滿足數(shù)字信號處理應用的需求，在 DSP 的指令系統(tǒng)中，設計了一些特殊的 DSP 指令。（6）指令周期短早期的 DSP 指令周期約為 400ns，采用 4m 的 NMOS 制造工藝，其運算速度為 5MIPS。隨著集成電路工藝的發(fā)展，DSP 廣泛采用了亞微米靜態(tài) CMOS制造工藝，其運行速度越來越快。（7）運算精度高早期 DSP 的字長是 8 位，后來逐步提

10、高到 16 位、24 位、32 位，為防止運算過程中產生溢出，有的 DSP 的累加器字長是 40 位。1.4 Protel 99SE 概述概述Protel 99SE 主要由原理圖設計系統(tǒng)、印制電路板設計系統(tǒng)兩大部分組成。（1）原理圖設計系統(tǒng)這是一個易于使用的具有大量元件庫的原理圖編輯器，主要用于原理圖的設計。它可以為印制電路板設計提供網(wǎng)絡表。該編輯器除了具有強大的原理圖編輯功能以外，其分層組織設計功能、設計同步器、豐富的電氣設計檢驗功能及強大而完善的打印輸出功能，使用戶可以輕松完成所需的設計任務。（2）印制電路板設計系統(tǒng)它是一個功能強大的印制電路板設計編輯器，具有非常專業(yè)的交互式布線及元件布局

11、的特點，用于印制電路板（PCB）的設計并最終產生 PCB 文件，直接關系到印制電路板的生產。Protel99SE 的印制電路板設計系統(tǒng)可進行多達 32 層信號層、16 層內部電源/接地層的布線設計，交互式的元件布置工具極大地減少了印制板設計的時間。同時它還包含一個具有專業(yè)水準的 PCB 信號完整性分析工具、功能強大的打印管理系統(tǒng)、一個先進的 PCB 三維視圖預覽工具。此外Protel99SE 還包含一個功能強大的基于 SPICE 3f5 的模/數(shù)混合信號仿真器，使設計者可以方便地在設計中對一組混合信號進行仿真分析。同時，它還提供了一個高效、通用的可編程邏輯器件設計工具。2 系統(tǒng)系統(tǒng)設計設計2.

12、1 電路原理圖電路原理圖圖 2-1 A/D 轉換接口原理圖2.2 PCB 板板 圖 2-2 A/D 轉換接口 PCB 板3 硬件設計硬件設計3.1 電源設計電源設計在 TI 公司的 DSP 系列中，C2xx 系列采用單一 5V 電壓供電。C54xx 系列DSP 一般采用 3.3V 和 1.8V 電壓供電，其中 I/O 采用 3.3V 電壓，芯片采用1.8V，內核采用低電壓供電可以降低整個芯片的工作功耗。實際常用直流電壓一般為 5V 或者更高，所以必須采用電壓轉換芯片。將高電平轉換成 3.3V 和1.8V，供 DSP 使用。TI 公司提供專門的電壓轉換芯片，供各個不同型號的 DSP使用。本次課程

13、設計使用的是 TPS7348（4.85V） 。圖 3-1 TPS70348 的基本連接方法3.2 DSP 與與 TLV1571 的硬件連接的硬件連接TLV1571 與 C5409 的連接如圖 3-2 所示。使用 DSP 的地址總線的 A0 引腳控制TLV1571 的片選信號，使用 DSP 的 XF 引腳控制 TLV1571 的讀信號。DSP 和TLV1571 的數(shù)據(jù)總線和中斷信號直接相連。圖 3-2 TMS320C5409 與 TLV1571 的連接3.3 其他引腳和測試信號其他引腳和測試信號TMS320C5409 最小系統(tǒng)的連接如圖 3-3 圖 3-3-1 仿真器的連接 圖 3-3-2 仿真

14、口的連接 圖 3-3-3 分頻器的連接 圖 3-3-4 工作方式選擇引腳4 軟件設計軟件設計4.1 A/D 主程序主程序* AD/DA 實驗* 將 AD 采樣的數(shù)據(jù)直接輸出到 DA，用示波器檢查輸入信號和輸出信號是否一致*.mmregs.def CodeEntry.def Eint1_ISR.dataData_DP:.textCodeEntry:STACK_SIZE.set 20HSTACK.usect STACK,STACK_SIZESTM #STACK+STACK_SIZE,SPLD#Data_DP,DP;主程序中必須定義 DATA_DPV_IPTR .set0080h;指向 0080H，

15、默認是 FF80LDMPMST,AAND#7FH,A;保留低 7 位，清掉高位OR#V_IPTR,A ;將新值傳到高 9 位STLM A,PMST;修改 PMST 寄存器;Initialize the AD1571K_STARTSEL.set 17;D7 0:HARDWARE START 1:SOFTWARE STARTK_PROGEOC.set 06;D6 0:INT1:EOCK_CLKSEL .set 05;D5 0:Internal Clock 1:External ClockK_SWPWDN .set 04;D4 0:Normal1:Power DownK_MODESEL .set 0

16、3;D3 0:Single Channel1:Sweep ModeK_CR0 .set (K_STARTSEL|K_PROGEOC|K_CLKSEL|K_SWPWDN|K_MODESEL)5K_OSCSPD .set 06;D6 0:INT.OSC.SLOW1:INT. OSC. FASTK_OUTCODE .set 03;D3 0:Binary1:2s ComplementK_READREG .set 02;D2 0:Enable Self Test1:Register Read backK_STEST.set 0;0CONVERSION resultREADREG = 0;1SELF TE

17、ST 1 result;2SELF TEST 2 result;3SELF TEST 3 result;0Contents of CR0READREG = 1;1Contents of CR1K_CR1.set (100H|K_OSCSPD|K_OUTCODE|K_READREG|K_STEST) PARAM PAGE 0/*代碼段*/.vectors : VECT PAGE 0/*中斷向量表*/STACK : DARAM PAGE 1/*堆棧*/.bss: DARAM PAGE 1/*未命名段*/.data: DARAM PAGE 1/*數(shù)據(jù)段*/5 實驗結果實驗結果程序運行結果如圖 5-1

18、 所示。圖 5-1 程序運行結果圖總結在短短的幾十年里，隨著信息技術革命的深入和計算機技術的飛速發(fā)展，數(shù)字信號處理技術已逐步發(fā)展成為一門主流技術，在數(shù)字式程控交換機、數(shù)字式移動電話、多媒體計算機、計算機網(wǎng)絡、數(shù)字電視等領域取得了極其廣泛的應用。課程設計是培養(yǎng)學生運用綜合運用所學知識，發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實際問題，鍛煉實際能力的重要環(huán)節(jié)，是對我們實際工作能力的具體訓練和考察過程。我們一組做的題目是 A/D 轉換接口的設計，對于我們這些實踐中的新手來說，這是一次考驗。怎樣才能找到課堂所學與實踐運用的最佳結合點。這都是我們要考慮和努力的。在此次課程設計中，通過老師的精心指導和在網(wǎng)上找的資料，主要掌握了 A/D 轉換接口的設計和運用 Protel 99SE 軟件繪制原理圖。在整個團隊中，我主要負責原理圖的繪制，想要制出既正確又美觀的原理圖并不是一件簡單的事，其中尤其要注意引腳的連接和元器件的分裝問題。在這方面，我同組的同學給了我很多幫助，使我熟悉了利用 Protel 繪制原理圖。通過此次課程設計，我發(fā)現(xiàn)我對元器件的分裝掌握的還不是很熟悉。這次課程設計使我懂得實踐的重要性，只有理論知識遠遠不夠，只有把所學的理論知識與實踐相結合才能算是掌