第7章基本系統(tǒng)設(shè)計(jì)

教學(xué)要求：

?了解TMS320C54x硬件系統(tǒng)組成;

?掌握外部存儲(chǔ)器和I/O擴(kuò)展電路、A/D和D/A接口、時(shí)鐘及復(fù)位等電路設(shè)計(jì)方法;

?了解供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)、JTAG在線仿真調(diào)試接口電路設(shè)計(jì)以及TMS320C54x的引導(dǎo)方式。17.1TMS320C54x硬件系統(tǒng)組成7.2外部存儲(chǔ)器和I/O擴(kuò)展7.3A/D和D/A接口設(shè)計(jì)7.4時(shí)鐘及復(fù)位電路設(shè)計(jì)7.5供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)7.6JTAG在線仿真調(diào)試接口電路設(shè)計(jì)7.7TMS320C54x的引導(dǎo)方式及設(shè)計(jì)27.1TMS320C54x硬件系統(tǒng)組成

典型的DSP目標(biāo)板包括DSP、存儲(chǔ)器、模擬控制與處理電路、各種控制口與通信口、電源處理以及為并行處理提供的同步電路等

BACK37.2外部存儲(chǔ)器和I/O擴(kuò)展擴(kuò)展的原因：（1）僅有少數(shù)DSP采用片內(nèi)EPROM/Flash存儲(chǔ)程序，可以不外掛；大多數(shù)DSP在加電后，從EPROM/Flash中讀取固化程序，將其裝到片內(nèi)或片外RAM中運(yùn)行，這樣做的一個(gè)原因是RAM的訪問(wèn)速度較快。（2）在許多場(chǎng)合需要用片外RAM存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)并與其他設(shè)備握手并傳輸數(shù)據(jù)。（3）C54x的片內(nèi)通用I/O資源有限，而在實(shí)際應(yīng)用中，很多情況要通過(guò)輸入/輸出接口完成外設(shè)與DSP的聯(lián)系，因此，一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)I/O的擴(kuò)展往往是不可缺少的。4擴(kuò)展的方法：

C54xDSP的外部接口包括數(shù)據(jù)總線、地址總線和一組用于訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器與I/O端口的控制信號(hào)線。

C54xDSP外部程序、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器以及I/O擴(kuò)展地址和數(shù)據(jù)總線的復(fù)用，完全依靠片選和讀寫選通配合時(shí)序控制完成。表7-1

外部接口總線是一組并行接口。它有兩個(gè)相互排斥的選通信號(hào)/MSTRB和/IOSTRB。前者用于訪問(wèn)外部程序或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，后者用于訪問(wèn)I/O設(shè)備。讀/寫信號(hào)則控制數(shù)據(jù)傳送的方向。57.2.1外擴(kuò)存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)為了高速交換數(shù)據(jù)，采用并口擴(kuò)展存儲(chǔ)器。在選擇外部存儲(chǔ)器時(shí)，應(yīng)考慮的主要問(wèn)題：電壓在DSP應(yīng)用系統(tǒng)中最好使用同一工作電壓的外部存儲(chǔ)器（+5V，+3.3V，+1.8V），以方便系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，提高存取效率。速度

DSP無(wú)論是運(yùn)算還是存取數(shù)據(jù)，速度都很快。必須選擇高速的存儲(chǔ)器與之匹配。當(dāng)存儲(chǔ)器的速度無(wú)法實(shí)現(xiàn)與DSP的同步時(shí)，則DSP需要以軟件或硬件的方式插入等待周期，以便和外部存儲(chǔ)器或外設(shè)交換數(shù)據(jù)。容量外部存儲(chǔ)器的容量大小應(yīng)由系統(tǒng)需求來(lái)決定。除應(yīng)注意總?cè)萘康拇笮⊥?，還要注意數(shù)據(jù)總線的位數(shù)。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，建議選用具有相同數(shù)據(jù)總線位數(shù)的DSP芯片和外部存儲(chǔ)器，這樣將有助于簡(jiǎn)化軟件設(shè)計(jì)。67.2外部存儲(chǔ)器和I/O擴(kuò)展

外部存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路

（直接接口法）

其中：ADDRESS為地址總線，DATA為數(shù)據(jù)總線，R/W為讀/寫信號(hào)(輸出)，/MSTRB為外部存儲(chǔ)器選通信號(hào)(輸出)，/DS為數(shù)據(jù)空間選擇信號(hào)(輸出)，/PS為程序空間選擇信號(hào)(輸出)，READY為數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好信號(hào)(輸入)，/MSC為微狀態(tài)完成信號(hào)(輸出)。

77.2.2外擴(kuò)I/O接口電路設(shè)計(jì)I/O配置（3部分構(gòu)成）通用I/O引腳：BIO和XFBIO（分支轉(zhuǎn)移控制輸入引腳）：用來(lái)監(jiān)控外圍設(shè)備，在時(shí)間要求苛刻的循環(huán)中，不允許受干擾。此時(shí)可以根據(jù)該引腳的狀態(tài)(即外圍設(shè)備的狀態(tài))決定分支轉(zhuǎn)移的去向，以代替中斷。XF（外部標(biāo)志輸出引腳）：可以通過(guò)軟件命令向外部器件發(fā)信號(hào)。

例如：SSBXXF；引腳置1RSBXXF

；引腳復(fù)位82)BSP引腳用作通用I/O

在滿足下面兩個(gè)條件的情況下能將串口的引腳(CLKX、FSX、DX、CLKR、FSR和DR)用做通用的I/O引腳。串口的相應(yīng)部分處于復(fù)位狀態(tài)，即寄存器SPC[1，2]中的(R/X)RST＝0。串口的通用I/O功能被使用，即寄存器PCR中的

(R/X)IOEN＝1。串口的引腳控制寄存器PCR中含有控制位，以便將串口的引腳設(shè)置為輸入或輸出。P205表7-4給出了串口引腳的I/O設(shè)置。93)HPI的數(shù)據(jù)線引腳用作通用I/O引腳

HPI接口的8位雙向數(shù)據(jù)總線可以用做通用的I/O引腳。條件：這一用法只有在HPI接口不被允許，即在復(fù)位時(shí)HPIENA=0的情況下才能實(shí)現(xiàn)。

實(shí)現(xiàn)方法：通用I/O控制寄存器(GPIOCR)（表7-5）和通用I/O狀態(tài)寄存器(GPIOSR)（表7-6）用來(lái)控制HPI數(shù)據(jù)引腳的通用I/O功能。107.2外部存儲(chǔ)器和I/O擴(kuò)展

2.I/O接口擴(kuò)展

TMS320C54x的64K字I/O空間必須通過(guò)外加緩沖或鎖存電路，配合外部I/O讀寫控制時(shí)序構(gòu)成片外外設(shè)的控制電路。下圖中采用數(shù)據(jù)/地址鎖存器(74HC273)和CPLD給C54x擴(kuò)展了一個(gè)8位輸出口。BACK117.3A/D和D/A接口設(shè)計(jì)7.3.1A/D接口設(shè)計(jì)A/D轉(zhuǎn)換器主要技術(shù)指標(biāo)：位數(shù)、轉(zhuǎn)換速率、輸入/輸出模擬信號(hào)的極性、信號(hào)幅度、阻抗匹配、數(shù)字接口、電源數(shù)量等。DSP與A/D之間的連接線：讀/寫線、片選線、數(shù)據(jù)線。數(shù)據(jù)線連接方式：并行和串行。?串行連接線少，硬件簡(jiǎn)單，有很多ADC芯片可以與DSP串口實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接，即不需要任何外圍電路，因此有很廣泛的應(yīng)用，例如TLC320AD50C與DSP的接口電路,但由于串行接口速度較低，滿足不了對(duì)A/D數(shù)據(jù)傳輸速度高的場(chǎng)合。?并行總線和ADC連接時(shí)，ADC相當(dāng)于一個(gè)I/O設(shè)備或存儲(chǔ)器設(shè)備，DSP的總線經(jīng)過(guò)譯碼來(lái)訪問(wèn)和控制ADC。121.DSP與串行A/D連接137.3A/D和D/A接口設(shè)計(jì)

2.并行A/D轉(zhuǎn)換器與TMS320VC5402的接口

1）并行A/D轉(zhuǎn)換器TLV1571的結(jié)構(gòu)

TLV1571是一款專門為DSP配套制作的10位并行A/D轉(zhuǎn)換器。它由高速10位ADC、并行接口和時(shí)鐘電路組成，內(nèi)部包含兩個(gè)片內(nèi)控制器(CR0和CR1)，通過(guò)雙向并行端口可以控制A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)、讀寫控制等。

147.3A/D和D/A接口設(shè)計(jì)

2）并行A/D轉(zhuǎn)換器TLV1571的特點(diǎn)

(1)與DSP和微控制器兼容的并行接口。

(2)二進(jìn)制/2的補(bǔ)碼輸出。

(3)硬件控制的擴(kuò)展采樣。

(4)硬件或軟件啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。3）并行A/D轉(zhuǎn)換器TLV1571的引腳說(shuō)明：/CSTART:硬件采樣和轉(zhuǎn)換啟動(dòng)輸入，下降沿啟動(dòng)采樣，上升沿啟動(dòng)轉(zhuǎn)換

/INT/EOC:轉(zhuǎn)換結(jié)束/中斷

157.3A/D和D/A接口設(shè)計(jì)

4）TLV1571與TMS320VC5402的連接（1）TLV1571與VC5402的連接圖。

TLV1571作為擴(kuò)展的I/O設(shè)備，占用一個(gè)I/O地址（7FFFH）。TLV1571采用內(nèi)部時(shí)鐘。16（2）對(duì)TLV1571的操作過(guò)程如下：?通過(guò)DSP選通TLV1571(置/CS信號(hào)為低)，同時(shí)通過(guò)數(shù)據(jù)總線向內(nèi)部控制寄存器（CR0、CR1）寫入兩個(gè)控制字（置/WR為低）；?等待TLV1571產(chǎn)生中斷信號(hào)(轉(zhuǎn)換完成時(shí)，/INT信號(hào)產(chǎn)生下降沿)；?DSP響應(yīng)TLV1571的中斷，讀入數(shù)據(jù)到DSP，同時(shí)通知TLV1571讀入完成，TLV1571得到讀入完成信號(hào)(置/RD為低)，開始下一次采樣過(guò)程。?在響應(yīng)中斷過(guò)程中，TLV1571留出6個(gè)指令周期等待DSP讀數(shù)據(jù)，如果DSP一直沒(méi)有讀數(shù)據(jù)，也就是TLV1571收不到/RD為低信號(hào)，TLV1571將不再采樣直到接收到/RD為低信號(hào)，TLV1571才開始采樣。177.3.2D/A接口設(shè)計(jì)D/A轉(zhuǎn)換器分類：并行和串行并行D/A：DSP與并行D/A轉(zhuǎn)換器可實(shí)現(xiàn)高速的D/A轉(zhuǎn)換.

典型的并行D/A：TLC7528、TLC5510(8位)。串行D/A：具有接口方便、電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，可以和DSP實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接。典型的串行D/A：TLC5617、TLC320AD50C(16位)。18并行D/A（TLC7528）與C5402的接口設(shè)計(jì)

TLC7528是雙路、8位并口數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，具有單獨(dú)的片內(nèi)數(shù)據(jù)鎖存器。TLC7528工作特點(diǎn)?易與微處理器接口。?片內(nèi)數(shù)據(jù)鎖存。?在每個(gè)A/D轉(zhuǎn)換范圍內(nèi)具有單調(diào)性。?可與模擬器件AD7528和PMIPM-7528互換。?適合于TMS320接口的數(shù)字信號(hào)應(yīng)用的快速控制信號(hào)。?電壓方式(Voltage-Mode)工作。197.3A/D和D/A接口設(shè)計(jì)

2)TLC7528工作原理

TLC7528包括兩個(gè)相同的8位乘法D/A。每一個(gè)DAC由反相R-2R梯形網(wǎng)絡(luò)、模擬開關(guān)以及數(shù)據(jù)鎖存器組成。二進(jìn)制加權(quán)電流在DAC輸出與AGND之間切換。大多數(shù)應(yīng)用僅需加上外部運(yùn)算放大器和電壓基準(zhǔn)。其原理圖如圖所示。207.3A/D和D/A接口設(shè)計(jì)

3)TLC7528與TMS320VC5402的接口設(shè)計(jì)

TLC7528與C5402的接口電路如圖所示。TLC7528電源采用5V供電，因此DB0～DB7與D0～D7直接相連。/CS是片選腳，可以利用DSP的IS與地址線A15經(jīng)過(guò)譯碼產(chǎn)生片選信號(hào)，其地址為7FFFH，/DACA、/DACB為輸出通道選擇信號(hào)，本電路只使用一個(gè)輸出DACA，因此直接將此引腳和/CS短接。選擇單極性輸出，RFBA端輸入運(yùn)放反饋信號(hào)。模擬電壓信號(hào)從VOA輸出。

212.

串行DAC（TLC5617）與C5402的接口設(shè)計(jì)1)

TLC5617工作原理

TLC5617是帶有緩沖基準(zhǔn)輸入的雙路10位電壓輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換器。單電源5V供電，輸出電壓范圍為基準(zhǔn)電壓的2倍，且單調(diào)變化。

TLC5617通過(guò)與CMOS兼容的3線串行接口實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制，器件接收的用于編程的16位字的前4位用于產(chǎn)生數(shù)據(jù)的傳送模式，中間10位產(chǎn)生模擬輸出，最后兩位為任意的LSB位。

TLC5617數(shù)字輸入端帶有施密特觸發(fā)器，具有較高的噪聲抑制能力。輸入數(shù)據(jù)更新速率為1.21MHz，數(shù)字通信協(xié)議符合SPI、QSPI、Microwire標(biāo)準(zhǔn)。

主要用途：由于TLC5617功耗極低(慢速方式3mW，快速方式8mW)，采用8引腳小型D封裝，可用于移動(dòng)電話、電池供電測(cè)試儀表以及自動(dòng)測(cè)試控制系統(tǒng)等領(lǐng)域。227.3A/D和D/A接口設(shè)計(jì)

2)TLC5617與TMS320C5402的McBSP接口設(shè)計(jì)

TLC5617符合SPI數(shù)字通信協(xié)議，而C54xx系列DSP芯片的多通道緩沖串口(McBSP)工作于時(shí)鐘停止模式時(shí)與SPI協(xié)議兼容。發(fā)送時(shí)鐘信號(hào)(CLKX)對(duì)應(yīng)于SPI協(xié)議中的串行時(shí)鐘信號(hào)(SCLK)，發(fā)送幀同步信號(hào)(FSX)對(duì)應(yīng)于從設(shè)備使能信號(hào)(CS)。TLC5617與C5402的McBSP0接口連接如圖所示。237.3A/D和D/A接口設(shè)計(jì)

3)軟件設(shè)計(jì)軟件程序包括主程序、McBSP0串口初始化程序和CPU中斷服務(wù)程序。其中：中斷服務(wù)程序分別對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后在TLC5617的A、B兩個(gè)通道同時(shí)輸出。匯編源程序從略。BACK247.4時(shí)鐘及復(fù)位電路設(shè)計(jì)7.4.1時(shí)鐘電路時(shí)鐘信號(hào)的產(chǎn)生兩種方法：

一是使用外部時(shí)鐘源的時(shí)鐘信號(hào)，將外部時(shí)鐘信號(hào)直接加到DSP芯片的X2/CLKIN引腳，而X1引腳懸空。外部時(shí)鐘源可以采用頻率穩(wěn)定的晶體振蕩器，具有使用方便，價(jià)格便宜，因而得到廣泛應(yīng)用。二是利用DSP芯片內(nèi)部的振蕩器構(gòu)成時(shí)鐘電路，在芯片的Xl和X2/CLKIN引腳之間接入一個(gè)晶體，用于啟動(dòng)內(nèi)部振蕩器。257.4.2DSP復(fù)位電路復(fù)位方法：當(dāng)時(shí)鐘電路工作后，只要在RS引腳上出現(xiàn)兩個(gè)以上外部時(shí)鐘周期的低電平，芯片內(nèi)部所有相關(guān)寄存器都初始化復(fù)位。只要RS保持低電平，則芯片始終處于復(fù)位狀態(tài)。只有當(dāng)此引腳變?yōu)楦唠娖胶?，芯片?nèi)的程序才可以從FF80h地址開始運(yùn)行。復(fù)位的重要性：對(duì)于DSP系統(tǒng)而言，上電復(fù)位電路雖然只占很小的一部分，但它的好壞將直接影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性復(fù)位方式（三種）：上電復(fù)位、手動(dòng)復(fù)位、軟件復(fù)位，前兩種是通過(guò)硬件電路實(shí)現(xiàn)的復(fù)位，后一種是通過(guò)指令方式實(shí)現(xiàn)的復(fù)位。26RC復(fù)位電路

利用RC電路的延遲特性給出復(fù)位需要的低電平時(shí)間。在上電瞬間，由于電容C上的電壓不能突變，所以通過(guò)電阻R進(jìn)行充電，充電時(shí)間由RC的乘積值決定，一般要求大于5個(gè)外部時(shí)鐘周期，可根據(jù)具體情況選擇。圖7.23

下圖為一個(gè)實(shí)際設(shè)計(jì)的系統(tǒng)復(fù)位電路(從DSP最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)中截取的一部分電路圖)可以分別通過(guò)上電或按鈕兩種方式復(fù)位。按鈕的作用是當(dāng)按鈕按下時(shí)，將電容C上的電荷通過(guò)按鈕串聯(lián)的電阻R釋放掉，使電容C上的電壓降為0。當(dāng)按鈕松開時(shí)，電容C的充電過(guò)程與上電復(fù)位相同，從而實(shí)現(xiàn)手動(dòng)按鈕復(fù)位。

272.專用的復(fù)位電路

RC復(fù)位電路特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但可靠性差，在惡劣的環(huán)境中很容易受到干擾影響，引起誤動(dòng)作。因此，在要求比較高的場(chǎng)合，為保證設(shè)備的正常運(yùn)行，必須設(shè)置硬件監(jiān)控電路。

專用復(fù)位電路（MAX706）：它是MAXIM公司推出的集復(fù)位、掉電檢測(cè)、看門狗功能于一體的多功能芯片，DIP8腳封裝。28MAX706主要功能：上電、掉電以及降壓情況下的復(fù)位輸出。(2)獨(dú)立的“看門狗”輸出。如果在1.6s內(nèi)看門狗輸入端未被觸發(fā)，“看門狗”輸出將變?yōu)榈碗娖?。即?dāng)程序走飛后，它也能夠使DSP系統(tǒng)復(fù)位。1.25V門限檢測(cè)器，用于電源故障報(bào)警、低電壓檢測(cè)或+5V以外的電源的監(jiān)控。(4)低電平有效的人工復(fù)位輸出。297.4時(shí)鐘及復(fù)位電路設(shè)計(jì)

MAX706應(yīng)用：

MAX706應(yīng)用在DSP中的接線如圖所示。MR手動(dòng)復(fù)位引腳內(nèi)部有上拉電阻，可直接通過(guò)一個(gè)按鍵接地。不管是上電、手動(dòng)、掉電或程序走飛等引起的復(fù)位，引腳至少會(huì)保持140ms的低電平，保證DSP系統(tǒng)復(fù)位，大大提高了系統(tǒng)抗干擾的能力。BACK307.5供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

C54x系列芯片電源分為兩種，即內(nèi)核電源與I/O電源。I/O電源一般采用3.3V設(shè)計(jì)；內(nèi)核電源采用3.3V、2.5V或1.8V電源。7.5.1DSP供電電源設(shè)計(jì)TMS320VC5402的典型電源電路

3.3V單電源供電：可選用TI公司的TPS7133、TPS7233、TPS7333芯片，也可以選用Maxim公司的MAX604、MAX748芯片。采用雙電源供電：可以采用TPS73HD301、TPS73HD325、TPS73HD318等系列芯片。317.5.2省電工作方式1、省電模式：TMS320VC54x有四種省電模式，它們可以使CPU暫時(shí)處于休眠狀態(tài)，這時(shí)的功耗比正常模式要低，但能保持CPU的內(nèi)容并在恢復(fù)正常供電后，恢復(fù)正常工作。實(shí)現(xiàn)方法：可以通過(guò)執(zhí)行IDLE1、IDLE2、IDLE3指令；或者使/HOLD信號(hào)變低，同時(shí)將HM狀態(tài)位置1以進(jìn)入省電模式。2、其他省電功能：VC54x還有兩個(gè)功能影響省電操作：外部總線關(guān)斷和CLKOUT關(guān)斷。BACK327.6JTAG在線仿真調(diào)試接口電路設(shè)計(jì)

7.6JTAG在線仿真調(diào)試接口電路設(shè)計(jì)

JTAG是一種通用標(biāo)準(zhǔn)接口，允許不同類型的DSP、甚至其他帶有JTAG信號(hào)引腳的任何器件組成JTAG鏈，DSP仿真啟用軟件設(shè)置后，可以將仿真器支持的1個(gè)或幾個(gè)DSP選擇出來(lái)進(jìn)行調(diào)試。在大多數(shù)情況下，自己開發(fā)的電路板只要引出的14腳插針和下圖相一致、電路板和仿真器之間的連接電纜不超過(guò)6in(1in=2.54cm)即可以采用如圖所示接法。

BACK337.7TMS320C54x的引導(dǎo)方式及設(shè)計(jì)

在CCS開發(fā)環(huán)境下，PC機(jī)通過(guò)不同類型的JTAG電纜與用戶目標(biāo)系統(tǒng)中的DSP通信，幫助用戶完成調(diào)試工作。

Bootloader技術(shù)：當(dāng)用戶在CCS環(huán)境下完成開發(fā)任務(wù)，編寫完成用戶軟件之后，需要脫離依賴PC機(jī)的CCS環(huán)境，并要求目標(biāo)系統(tǒng)上電后可自行啟動(dòng)并執(zhí)行用戶軟件代碼，這就需要用到Bootloader技術(shù)。同時(shí)Bootloader也指由TI在生產(chǎn)芯片時(shí)預(yù)先燒制在TMS320VC5402片內(nèi)ROM中，完成該功能段的一般代碼名稱。347.7TMS320C54x的引導(dǎo)方式及設(shè)計(jì)Bootloader技術(shù)

C5402是RAM型器件，掉電后不能保持任何用戶信息，所以需要用戶把執(zhí)行代碼存放在外部的非易失存儲(chǔ)器內(nèi)，在系統(tǒng)上電時(shí)，通過(guò)Bootloader將存儲(chǔ)在外部媒介中的代碼搬移到C5402高速的片內(nèi)或片外RAM內(nèi)，搬移成功后自動(dòng)去執(zhí)行代碼，完成自啟動(dòng)過(guò)程。

Bootloader技術(shù)提供很多種不同的啟動(dòng)模式，包括并行8bit/16bit的總線型啟動(dòng)、串口型啟動(dòng)和HPI口啟動(dòng)等模式，兼容多種不同系統(tǒng)需求。357.7TMS320C54x的引導(dǎo)方式及設(shè)計(jì)2.C5402的啟動(dòng)模式(1)HPI啟動(dòng)模式：由外部處理器(即主機(jī))將執(zhí)行代碼通過(guò)C5402的HPI口搬移到C5402片內(nèi)RAM。當(dāng)主機(jī)搬