第14章 TMS320LF240X 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

第14章TMS320LF240x硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

14.1DSP硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟14.23.3V和5V混合邏輯系統(tǒng)設(shè)計(jì)14.3電源轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)14.4時(shí)鐘及復(fù)位電路設(shè)計(jì)14.5外部數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器的擴(kuò)展14.6實(shí)現(xiàn)片選的基本方法14.7JTAG仿真接口設(shè)計(jì)14.8總線驅(qū)動及I/O接口電路擴(kuò)充設(shè)計(jì)14.9DSP的串行通信接口技術(shù)14.10DSP與A/D、D/A的接口14.1

DSP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DSP芯片

從DSP芯片的運(yùn)算速度、運(yùn)算精度、DSP芯片所提供的片內(nèi)資源、芯片的開發(fā)工具及開發(fā)難易程度、芯片的功耗、芯片的封裝、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、供貨情況、生命周期等幾個(gè)方面考慮。

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、存儲器、時(shí)鐘芯片等。盡量選擇市場上的主流和常用芯片?？紤]電平兼容問題

LF240x/240xADSP的工作電壓3.3V，但很多外圍芯片的工作電壓是5V。因此要考慮3.3V和5V電平兼容問題。

設(shè)計(jì)電原理圖采用Protel等軟件進(jìn)行電原理圖設(shè)計(jì)，如有必要應(yīng)對原理圖進(jìn)行仿真。設(shè)計(jì)印制電路板圖（PCB）

在完成PCB的設(shè)計(jì)進(jìn)行制板以前，如有必要還要對PCB設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真，用以完成對信號完整性、電磁干擾、熱仿真等的功能檢驗(yàn)。

14.23.3V和5V混合邏輯系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1．各種電平轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)圖14-15VCMOS、5VTTL和3.3VTTL開關(guān)電平標(biāo)準(zhǔn)2．3.3V器件與5V器件接口3.3V器件與5V器件接口的四類情況：1）2）3）4）14.3電源轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)

常用電源轉(zhuǎn)換芯片見表14-1。型號規(guī)格備注TPS767D318PWP1.8V3.3V1A雙電壓輸出3.3/1.8VTPS767D301PWPAdj（1.5-5.5V）3.3V1A雙電壓輸出3.3V/可調(diào)TPS7133Q3.3V0.5A單電壓輸出3.3VTPS7233Q3.3V0.25A單電壓輸出3.3VTPS73333.3V0.5A單電壓輸出3.3V表14-1常用電源芯片磁珠圖14-35V-3.3V轉(zhuǎn)換電路實(shí)例以TPS7333為例給出電源轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)電路，如圖14-3所示。其輸入電壓5V，輸出3.3V，輸出最大電流500mA。

14.4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)需要考慮以下問題：（1）頻率：即系統(tǒng)工作的時(shí)鐘頻率。（2）信號電平：是5V還是3.3V，是TTL電平還是CMOS電平等。（3）時(shí)鐘的沿特性：上升沿和下降沿的時(shí)間。（4）驅(qū)動能力：考慮整個(gè)系統(tǒng)中需要時(shí)鐘的器件數(shù)目。（5）有源晶振還是無源晶體：有源晶振驅(qū)動能力比較強(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)動能力比較差，而且頻率范圍也比較?。ㄒ话阍?0kHz-60MHz）。圖14-4外部振蕩器時(shí)鐘輸入電路實(shí)例（有源晶振）2．復(fù)位電路設(shè)計(jì)TMS320LF240x/240xA系列DSP為低電平復(fù)位。一般來說，有兩種復(fù)位電路的設(shè)計(jì)方法：專用芯片和

RC電路法。專用芯片復(fù)位電路實(shí)例如圖14-5。RC電路設(shè)計(jì)的復(fù)位電路圖實(shí)例如圖14-6。圖14-5專用芯片復(fù)位電路實(shí)例圖14-6RC電路設(shè)計(jì)的復(fù)位電路圖實(shí)例

14.5外部數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器的擴(kuò)展

圖14-7給出了240x/240xA與外部程序存儲器的接口電路圖，DSP的地址線、數(shù)據(jù)線與程序存儲器的地址線、數(shù)據(jù)線直接相連，利用PS*信號選通外部程序存儲器，并用信RD*信號請求從外部程序存儲器讀數(shù)據(jù)。圖14-8給出了240x/240xA與外部數(shù)據(jù)存儲器的接口電路圖，DSP的地址線、數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)存儲器的地址線、數(shù)據(jù)線直接相連，利用DS*信號選通外部數(shù)據(jù)存儲器，用RD*信號請求從外部數(shù)據(jù)存儲器讀數(shù)據(jù)，用WE*信號向外部數(shù)據(jù)存儲器寫數(shù)據(jù)。仿真調(diào)試階段需用一片仿真RAM作為臨時(shí)的程序存儲器，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RAM電路見圖14-9。

圖14-9仿真RAM電路14.6實(shí)現(xiàn)片選的基本方法DSP對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74LSl38、74LSl39和74LS154等對DSP的低位地址線進(jìn)行譯碼，如圖14-10所示。

圖14-10I/O口空間的譯碼電路圖注1：腳6沒有連接，而且應(yīng)該把雙排針連接器的該針腳去掉，仿真器的DSP連接器通常用此腳進(jìn)行定位。注2：TDI、TCK、TMS、EMU0、EMU1引腳最好接上拉電阻，TRST*引腳最好接下拉電阻。圖14-11JTAG仿真接口設(shè)計(jì)14.7JTAG仿真接口設(shè)計(jì)對DSP的仿真調(diào)試和程序燒寫均通過JTAG接口進(jìn)行。圖14-11給出了LF240x/240xA的JTAG仿真接口電路。

14.8總線驅(qū)動及I/O接口電路擴(kuò)充設(shè)計(jì)14.8.1總線驅(qū)動電路在總線負(fù)載較重的情況，應(yīng)使用總線緩沖器增強(qiáng)驅(qū)動能力。如圖14-12所示。圖中的74LVTH245還具有電平轉(zhuǎn)換的功能。

圖14-12總線驅(qū)動電路14.8.2I/O接口電路擴(kuò)充設(shè)計(jì)I/O口（輸入/輸出口）是DSP應(yīng)用系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。外擴(kuò)I/O口的方法主要有兩種：一種是采用TTL電路或CMOS電路的三態(tài)緩沖器、觸發(fā)器和鎖存器等構(gòu)成簡單I/O口。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I/O口。在進(jìn)行簡單I/O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”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。14.9DSP的串行通信接口技術(shù)14.9.1各種標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口表14-7各種串行接口性能比較

RS-232CRS-422ARS-485功能全雙工全雙工半雙工傳輸方式單端差分差分最大速率20kbit/s10Mbit/s10Mbit/s最大距離15m1200m1200m抗干擾能力弱強(qiáng)強(qiáng)常用接口芯片MAX232MAX3232MAX491MAX48514.9.2PC機(jī)與DSP的點(diǎn)對點(diǎn)的串行通信接口使用MAX3232實(shí)現(xiàn)TTL/RS-232C之間的電平轉(zhuǎn)換電路，如圖14-14所示。。

圖14-14TTL/RS-232C電平轉(zhuǎn)換電路

PC機(jī)RS-232/RS-422轉(zhuǎn)換器RS-232電平RS-422A電平TTL電平DSP422/TTL電平轉(zhuǎn)換圖14-15基于RS-422A的串行通信連接框圖PC機(jī)RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換器RS-232電平RS-485電平TTL電平DSP485/TTL電平轉(zhuǎn)換圖14-16基于RS-485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RS-422A、RS-485等標(biāo)準(zhǔn)來實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與DSP之間的串行通訊。基于RS-422A的串行通信連接框圖如圖14-15所示，基于RS-485的串行通信連接框圖則如圖14-16所示。14.10.1DSP與A/D的接口LF240x/240xADSP內(nèi)部具有10位A/D轉(zhuǎn)換模塊，其輸入范圍為0-3.3V，轉(zhuǎn)換速度為375ns。這對于一般的應(yīng)用場合已經(jīng)可以滿足要求，但對于需要高精度或高速模數(shù)轉(zhuǎn)換的場合，就需要外擴(kuò)A/D。DSP與AD7864的接口框圖如圖14-19所示。

14.10.2DSP與D/A的接口LF240x/240xADSP內(nèi)部沒有D/A轉(zhuǎn)換模塊,如需將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量就應(yīng)外接數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）。圖14-22給出了DSP與DAC7625的接口電路圖。

圖14-22DSP與DAC7625的接口電路圖