第14章TMS320LF240X硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、第第1414章章 TMS320LF240 x TMS320LF240 x 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14.1 DSP14.1 DSP硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟一般步驟14.2 3.3V14.2 3.3V和和5V5V混合邏輯系統(tǒng)設(shè)計(jì)混合邏輯系統(tǒng)設(shè)計(jì)14.3 14.3 電源轉(zhuǎn)換電路電源轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)14.4 14.4 時(shí)鐘及復(fù)位電路時(shí)鐘及復(fù)位電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)14.5 14.5 外部外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展14.6 14.6 實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)片選片選的基本方法的基本方法14.7 14.7 JTAGJTAG仿真接口設(shè)計(jì)仿真接口設(shè)計(jì)14.8 14.8 總線驅(qū)動(dòng)總線驅(qū)動(dòng)

2、及及I/OI/O接口電路擴(kuò)充設(shè)計(jì)接口電路擴(kuò)充設(shè)計(jì)14.9 DSP14.9 DSP的的串行通信接口串行通信接口技術(shù)技術(shù)14.10 DSP14.10 DSP與與A/DA/D、D/AD/A的接口的接口14.1 14.1 DSPDSP硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟根據(jù)系統(tǒng)要求選擇合適的根據(jù)系統(tǒng)要求選擇合適的DSPDSP芯片芯片 從從DSPDSP芯片的運(yùn)算芯片的運(yùn)算速度速度、運(yùn)算、運(yùn)算精度精度、DSPDSP芯片所提供芯片所提供的的片內(nèi)資源片內(nèi)資源、芯片的、芯片的開發(fā)工具開發(fā)工具及開發(fā)難易程度、芯片及開發(fā)難易程度、芯片的的功耗功耗、芯片的、芯片的封裝封裝、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、供貨情況供貨情況、

3、生命周生命周期期等幾個(gè)方面考慮。等幾個(gè)方面考慮。 根據(jù)系統(tǒng)要求選擇外圍芯片根據(jù)系統(tǒng)要求選擇外圍芯片 如復(fù)位芯片、電源轉(zhuǎn)換芯片、存儲(chǔ)器、時(shí)鐘芯片等。如復(fù)位芯片、電源轉(zhuǎn)換芯片、存儲(chǔ)器、時(shí)鐘芯片等。盡量盡量選擇市場(chǎng)上的主流和常用芯片選擇市場(chǎng)上的主流和常用芯片?？紤]電平兼容問題考慮電平兼容問題 LF240 x/240 xA DSPLF240 x/240 xA DSP的工作電壓的工作電壓3.3V3.3V，但很多外圍芯片的工作電，但很多外圍芯片的工作電壓是壓是5V5V。因此要考慮。因此要考慮3.3V3.3V和和5V5V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 采用采用ProtelProtel等

4、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)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。行仿真。設(shè)計(jì)印制電路板圖（設(shè)計(jì)印制電路板圖（PCBPCB） 在完成在完成PCBPCB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)PCBPCB設(shè)計(jì)進(jìn)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)。能檢驗(yàn)。 14.2 3.3V14.2 3.3V和和5V5V混合邏輯系統(tǒng)設(shè)計(jì)混合邏輯系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 1各種電平轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)各種電平轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)圖圖14-1 5V CMOS14-1 5V CMOS、5V TTL5V TTL和和3

5、.3V TTL 3.3V TTL 開關(guān)電平標(biāo)準(zhǔn)開關(guān)電平標(biāo)準(zhǔn)2 23.3V 3.3V 器件與器件與5V5V器件接口器件接口 3.3V 3.3V 器件與器件與5V5V器件接口的器件接口的四類情況四類情況： 1）2）3）4）14.3 14.3 電源轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)電源轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 常用電源轉(zhuǎn)換芯片見常用電源轉(zhuǎn)換芯片見表表14-114-1。 型號(hào)型號(hào) 規(guī)格規(guī)格備注備注TPS767D318PWPTPS767D318PWP1.8V 3.3V 1A1.8V 3.3V 1A雙電壓輸出雙電壓輸出3.3/1.8V3.3/1.8VTPS767D301PWPTPS767D301PWPAdjAdj（1.5-5.5V1.5-

6、5.5V） 3.3V 1A3.3V 1A雙電壓輸出雙電壓輸出3.3V/3.3V/可調(diào)可調(diào)TPS7133QTPS7133Q3.3V 0.5A3.3V 0.5A單電壓輸出單電壓輸出3.3V3.3VTPS7233QTPS7233Q3.3V 0.25A3.3V 0.25A單電壓輸出單電壓輸出3.3V3.3VTPS7333TPS73333.3V 0.5A3.3V 0.5A單電壓輸出單電壓輸出3.3V3.3V表表14-1 14-1 常用電源芯片常用電源芯片磁珠磁珠圖圖14-3 5V-3.3V14-3 5V-3.3V轉(zhuǎn)換電路實(shí)例轉(zhuǎn)換電路實(shí)例以以TPS7333TPS7333為例給出電源轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)電路，如圖為例給

7、出電源轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)電路，如圖14-314-3所示。所示。其其輸入電壓輸入電壓5V5V，輸出，輸出3.3V3.3V，輸出，輸出最大電流最大電流500mA500mA。 14.4 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 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 1）頻率：頻率：即系統(tǒng)工作的時(shí)鐘頻率。即系統(tǒng)工作的時(shí)鐘頻率。（2 2）信號(hào)電平：信號(hào)電平：是是5V5V還是還是3.3V3.3V，是，是TTLTTL電平還是電平還是CMOSCMOS 電平等。電平等。（3 3）時(shí)鐘的）時(shí)鐘的沿特性沿特性：上升沿和下降沿的時(shí)間。：上升沿和下降沿的時(shí)間。（4 4

8、）驅(qū)動(dòng)能力驅(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。：考慮整個(gè)系統(tǒng)中需要時(shí)鐘的器件數(shù)目。（5 5）有源晶振還是無源晶體有源晶振還是無源晶體：有源晶振驅(qū)動(dòng)能力比較強(qiáng)，：有源晶振驅(qū)動(dòng)能力比較強(qiáng)，頻率范圍也很寬，在頻率范圍也很寬，在1Hz-400MHz1Hz-400MHz之間。無源晶體的優(yōu)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话阍谝脖容^?。ㄒ话阍?0kHz-60MHz20kHz-60MHz）。）。圖圖14-4 14-4 外部振蕩器時(shí)鐘輸入電路實(shí)例外部振蕩器時(shí)鐘輸入電路實(shí)例（有源晶振）（有源晶振） 2 2復(fù)位電路設(shè)計(jì)

9、復(fù)位電路設(shè)計(jì) TMS320LF240 x/240 xA TMS320LF240 x/240 xA系列系列DSPDSP為為低電平復(fù)位低電平復(fù)位。 一般來說，有兩種復(fù)位電路的設(shè)計(jì)方法：一般來說，有兩種復(fù)位電路的設(shè)計(jì)方法：專用芯片和專用芯片和 RCRC電路法。電路法。專用芯片復(fù)位電路實(shí)例如圖專用芯片復(fù)位電路實(shí)例如圖14-514-5。RCRC電路電路 設(shè)計(jì)的復(fù)位電路圖實(shí)例如圖設(shè)計(jì)的復(fù)位電路圖實(shí)例如圖14-614-6。 圖圖14-5 14-5 專用芯片復(fù)位電路實(shí)例專用芯片復(fù)位電路實(shí)例圖圖14-6 RC14-6 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 14.5 14.5 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序

10、存儲(chǔ)器的擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 圖圖14-714-7給出了給出了240 x/240 xA240 x/240 xA與外部程序存儲(chǔ)器的接口電路圖與外部程序存儲(chǔ)器的接口電路圖，DSPDSP的的地址線、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PSPS* *信號(hào)選通外部程序存儲(chǔ)器，并用信信號(hào)選通外部程序存儲(chǔ)器，并用信RDRD* *信號(hào)請(qǐng)求從外部程序存信號(hào)請(qǐng)求從外部程序存儲(chǔ)器讀數(shù)據(jù)。儲(chǔ)器讀數(shù)據(jù)。圖圖14-814-8給出了給出了240 x/240 xA240 x/240 xA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

11、，DSPDSP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，利用用DSDS* *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RDRD* *信號(hào)請(qǐng)求從外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)信號(hào)請(qǐng)求從外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀數(shù)據(jù)，用器讀數(shù)據(jù)，用WEWE* *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)。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RAMRAM作為臨時(shí)的程序存儲(chǔ)器作為臨時(shí)的程序存儲(chǔ)器，仿真前將，仿真前將程序載入仿真程序載入仿真RAMRAM中，然后就可以進(jìn)行單步執(zhí)行、設(shè)置斷點(diǎn)、全速中，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

12、作。仿真執(zhí)行等調(diào)試操作。仿真RAMRAM電路見電路見圖圖14-914-9。 圖圖14-9 14-9 仿真仿真RAMRAM電路電路14.6 14.6 實(shí)現(xiàn)片選的基本方法實(shí)現(xiàn)片選的基本方法DSPDSP對(duì)外部功能器件的對(duì)外部功能器件的片選方法片選方法有兩種：有兩種：線選法和譯碼選通法線選法和譯碼選通法。一般使用一般使用通用譯碼器通用譯碼器74LSl38、74LSl39和和74LS154等等對(duì)對(duì)DSPDSP的的低位低位地址線進(jìn)行譯碼地址線進(jìn)行譯碼，如圖，如圖14-1014-10所示。所示。圖圖14-10 I/O14-10 I/O口空間的譯碼電路圖口空間的譯碼電路圖注注1 1：腳腳6 6沒有連接，而且應(yīng)

13、該把雙排針連接器的該針腳去掉沒有連接，而且應(yīng)該把雙排針連接器的該針腳去掉，仿真器的仿真器的DSPDSP連接器連接器通常用此腳進(jìn)行定位通常用此腳進(jìn)行定位。注注2 2：TDITDI、TCKTCK、TMSTMS、 EMU0EMU0、EMU1EMU1引腳最好接上拉電阻，引腳最好接上拉電阻，TRSTTRST* *引腳最好接下拉電阻。引腳最好接下拉電阻。圖圖14-11 JTAG14-11 JTAG仿真接口設(shè)計(jì)仿真接口設(shè)計(jì)14.7 JTAG14.7 JTAG仿真接口設(shè)計(jì)仿真接口設(shè)計(jì) 對(duì)對(duì)DSPDSP的的仿真調(diào)試和程序燒寫均通過仿真調(diào)試和程序燒寫均通過JTAGJTAG接口進(jìn)行接口進(jìn)行。圖圖14-11給出給出了

14、了LF240 x/240 xA的的JTAG仿真接口電路。仿真接口電路。 14.8 14.8 總線驅(qū)動(dòng)及總線驅(qū)動(dòng)及I/OI/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 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)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)能力使用總線緩沖器增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力。如。如圖圖 14-12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。 圖圖14-12 14-12 總線驅(qū)動(dòng)電路總線驅(qū)動(dòng)電路14.8.2 14.8.2 I/OI/O接口電路擴(kuò)充設(shè)計(jì)接口電路擴(kuò)充設(shè)計(jì) I/OI/O口（輸入口（輸入/ /輸出口）輸出口）是

15、是DSPDSP應(yīng)用系統(tǒng)中不可缺少的組應(yīng)用系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。成部分。外擴(kuò)外擴(kuò)I/OI/O口的方法主要有兩種口的方法主要有兩種：v 一種是采用一種是采用TTLTTL電路或電路或CMOSCMOS電路的電路的三態(tài)緩沖器、觸三態(tài)緩沖器、觸發(fā)器和鎖存器等構(gòu)成簡(jiǎn)單發(fā)器和鎖存器等構(gòu)成簡(jiǎn)單I/OI/O口口。v另一種是另一種是采用通用采用通用I/OI/O集成芯片集成芯片或可編程邏輯器件構(gòu)或可編程邏輯器件構(gòu)成外部成外部I/OI/O口?？?。在進(jìn)行簡(jiǎn)單在進(jìn)行簡(jiǎn)單I/OI/O接口電路的設(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“輸入輸入三態(tài)、輸出鎖存三態(tài)、輸出鎖存”與總線相連的設(shè)計(jì)原則，即輸入口可與總線相連的

16、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)。能使用鎖存器，否則將無法保留所送信號(hào)。14.9 DSP14.9 DSP的串行通信接口技術(shù)的串行通信接口技術(shù) 14.9.1 14.9.1 各種標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口各種標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口表表14-7 14-7 各種串行接口性能比較各種串行接口性能比較 RS-232CRS-232CRS-422ARS-422ARS-485RS-485功功 能能全雙工全雙工全雙工全雙工半雙工半雙工傳輸方式傳輸方式單端單端差分差分差分差分最大速率最大速率20 20 kbit/

17、skbit/s10 10 Mbit/sMbit/s10 10 Mbit/sMbit/s最大距離最大距離1515m m12001200m m12001200m m抗干擾能力抗干擾能力弱弱強(qiáng)強(qiáng)強(qiáng)強(qiáng)常用接口芯片常用接口芯片MAX232MAX232MAX3232MAX3232MAX491MAX491MAX485MAX48514.9.2 14.9.2 PCPC機(jī)與機(jī)與DSPDSP的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的串行通信接口的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的串行通信接口使用使用MAX3232MAX3232實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)TTL/RS-232CTTL/RS-232C之間的電平轉(zhuǎn)換電路之間的電平轉(zhuǎn)換電路，如如圖圖14-1414-14所示。所示。 圖圖14-14

18、14-14 TTL/RS-232CTTL/RS-232C電平轉(zhuǎn)換電路電平轉(zhuǎn)換電路 PCPC機(jī)機(jī)RS-232/RS-232/RS-422RS-422轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器RS-232RS-232電平電平RS-422ARS-422A電平電平TTLTTL電平電平DSPDSP422/ 422/ TTLTTL電平轉(zhuǎn)換電平轉(zhuǎn)換圖圖14-15 14-15 基于基于RS-422ARS-422A的串行通信連接框圖的串行通信連接框圖PCPC機(jī)機(jī)RS-232/RS-485RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器RS-232RS-232電平電平RS-485RS-485電平電平TTLTTL電平電平DSPDSP485/485/TTL

19、TTL電平轉(zhuǎn)換電平轉(zhuǎn)換圖圖14-16 14-16 基于基于RS-485RS-485的串行通信連接框圖的串行通信連接框圖為了為了提高提高串行通訊的串行通訊的可靠性可靠性，增大串行通訊的距離增大串行通訊的距離，可，可采用采用RS-RS-422A422A、RS-485RS-485等標(biāo)準(zhǔn)來實(shí)現(xiàn)等標(biāo)準(zhǔn)來實(shí)現(xiàn)PCPC機(jī)與機(jī)與DSPDSP之間的串行通訊?；谥g的串行通訊?；赗S-RS-422A422A的串行通信連接框圖如圖的串行通信連接框圖如圖14-1514-15所示，基于所示，基于RS-485RS-485的串行通的串行通信連接框圖則如圖信連接框圖則如圖14-1614-16所示。所示。 14.10.1 14.10.1 DSPDSP與與A/DA/D的接口的接口LF240 x/240 xA DSPLF240 x/240 xA DSP內(nèi)部具有內(nèi)部具有1010位位A/DA/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換模塊，其輸入范圍為，其輸入范圍為0-0-3.3V3.3V，轉(zhuǎn)換速度為轉(zhuǎn)換速度為375375nsns。這對(duì)于一般的應(yīng)用場(chǎng)合已經(jīng)可以滿足這對(duì)于一般的應(yīng)用場(chǎng)合已經(jīng)可以滿足要求，但要求，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)對(duì)于需要高精度或高速模數(shù)轉(zhuǎn)