《北邮DSP应用与设计期末论文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《北邮DSP应用与设计期末论文（20页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 .DSP设计及应用课程设计报告基于DSP最小应用系统设计实现学院： 电子工程学院 姓名： 学号： 班级： 学院： 电子工程学院 姓名： 刘博闻 学号： 2013211049 班级： 2013211209 学院： 电子工程学院 姓名： 刘博闻 学号： 2013211049 班级： 2013211209 2016年1月2日摘要DSP最小系统是DSP应用系统的最核心部分，本设计基于TMS320VC5402 DSP芯片，构建了TMS320VC5402 DSP最小系统，并通过I/O口电路测试了DSP最小系统板的可用性，为以后的学习提供了最核心的电路模块。本设计基于TMS320VC5402的结构和功能，
2、结合TMS320VC54X系列DSP实验教学的内容和要求，对DSP最小系统进行总体设计。基于TMS320VC5402的DSP最小系统的设计，包括电源电路、时钟和复位电路、片外存储器电路以及JTAG仿真电路的设计。在CCS集成开发环境下，实现系统自举加载和I/O口电路测试实验。关键词：TMS320VC5402，电路仿真设计，系统自举加载，I/O口电路测设一、 引言DSP(Digital Signal Processing)也称数字信号处理器，是一种具有特殊结构的微处理器，是建立在数字信号处理的各种理论和算法基础上，专门完成各种实时数字信息处理的芯片。与单片机相比，DSP有着更适合数字信号处理的优
3、点。芯片内部采用程序和数据分开的哈佛结构，具有专门的硬件乘法器，广泛采用流水线操作，具有良好的并行特性，提供特殊的DSP指令，可以快速地实现各种数字信号处理算法1。随着信息技术的飞速发展，数字信号处理技术已经发展成为一门关键的技术学科，而DSP芯片的出现则为数字信号处理算法的实现提供了可能，这一方面促进了数字信号处理技术的进一步发展,也使数字信号处理的应用领域得到了极大的拓展。在近20年里，DSP芯片已经在通信和家用电器等领域得到了广泛的应用。二、 系统方案1. 系统功能方框图基于TMS320VC5402 DSP最小系统的设计,此最小系统主要由时钟及复位电路、电源电路、JTAG仿真接口电路以及
4、片外存储器电路等构成。系统框图如图1所示6。图1 TMS320VC5402最小系统框图2. 系统的设计方法 本系统设计以模块电路为基础，主要采用实验和仿真的设计方法对各模块电路硬件和软件展开设计。整个系统设计的大致步骤如图2所示。软件部分的设计步骤为：a) 根据需要用汇编语言或C语言编写程序。b) 将程序转化成DSP汇编，并送到编译器进行编译，生成目标文件。c) 将目标文件送链接器进行链接，得到可执行文件。d) 将可执行文件调入调试器进行调试，检查运行结果是否正确。如果正确继续，否则返回修改。e) 进行代码转换，将代码写入FLASH，并脱离仿真器运行程序，检查结果是否正确。硬件部分设计步骤为：
5、a) 设计硬件实现方案，即根据性能指标、功能要求等确定最优硬件实现方案，并画出其硬件系统框图。b) 进行器件选型，根据功能、成本和使用经验等要求确定系统中的主要器件，最重要的是根据需要选择系统中主要芯片型号。c) 设计原理图，在原理图的设计时必须熟悉系统的工作原理和器件的使用方法，对于一些关键的环节有必要进行一定的实验或仿真，原理图设计的成功与否是DSP系统能否正常工作的一个最重要因素。 图2实验开发系统的设计步骤三、 硬件设计最小系统是使得DSP芯片TMS320VC5402能够工作的最精简模块，它主要包括电源电路、复位电路、时钟电路、片外存储器接口电路和JTAG仿真接口电路。DSP最小系统原
6、理图见附录一。1. 电源电路本系统中除了DSP以外其它器件工作电压为3.3V，所以我们采用5V电源供电。VC5402所要的工作电压分别是1.8V内核电压(CVDD)和3.3V I/O电压(DVDD)，并且DSP对这两种电源加电次序也有要求，理想情况下两个电源同时加电，但是一般场合很难做到，这时应先对CVDD加电，然后对DVDD上电。讲究供电次序的原因在于：如果只有CPU内核获得供电，周边I/O没有供电，对芯片是不会产生任何损害的，只是没有输入/输出能力而已；如果反过来，周边I/O得到供电而CPU内核没有供电。那么芯片缓冲/驱动部分的三极管在一个未知状态下工作，这是非常危险的7。我们通过TI公司
7、提供的DSP专用电源芯片TPS73HD318来构建电源电路，实现5V向3.3V和1.8V的电压转换，同时也避免了上电次序的问题。图3为根据TPS73HD318芯片性能设计实现双电压输出的电源电路方案，具体分析如下8：a) TPS73HD318芯片可以提供最高750mA的电流，为了适应较大的电流输出场合，该芯片输入和输出的管脚都采用两个管脚，这样可以提高电流的通过率并有利于芯片散热。b) 1.8V稳压器输入部分为1IN两个管脚，输入+5V的VCC，用10pF的电容对输入电源滤波；输出部分为1OUT两个管脚，以提供高稳定性的1.8V输出。c) 3.3V稳压器输入部分为2IN两个管脚，输入+5V的V
8、CC，用10pF的电容对输入电源滤波；输出部分为两个20UT管脚，以提供高稳定性的3.3V输出。d) 系统的电源输入为+5V，同时设计电源指示灯LED，用来指示电源的通断。图3 电源电路2. 复位电路C5402的复位输入引脚RS为处理器提供了一种硬件初始化的方法，它是一种不可屏蔽的外部中断，可在任何时候对C54x进行复位。当系统上电后，RS引脚应至少保持5个时钟周期稳定的低电平，以确保数据、地址和控制线的正确配置。复位后，CPU从程序存储器的FF80H单元取指，并开始执行程序。C5402的复位分为软件复位和硬件复位，软件复位是通过执行指令实现芯片的复位，硬件复位是通过硬件电路实现芯片的复位，硬
9、件复位有上电复位、手动复位和自动复位三种9。在DSP最小系统中采用手动复位方式。手动复位电路是通过上电或按钮两种方式对芯片进行复位，如图4所示。当按钮闭合时，电容C5通过按钮和R9进行放电，使电容C5上的电压降为0；当按钮断开时，对电容C5进行充电，从而实现手动复位。 图4 手动复位电路3. 时钟电路时钟电路用来为C5402芯片提供时钟信号，由一个内部振荡器和一个锁相环PLL组成，可通过芯片内部的晶体振荡器或外部的时钟电路驱动。C5402时钟信号的产生有两种方法：使用外部时钟源、使用芯片内部的振荡器。若使用外部时钟源，只要将外部时钟信号直接加到DSP芯片的X2/CLKIN引脚，而X1引脚悬空；
10、若使用芯片内部的振荡器，只要在芯片的X1和X2/CLKIN引脚之间接入一个晶体，用于启动内部振荡器。本系统采用内部振荡器，在管脚X1和X2/CLKOUT之间连接一个10MHz晶体来启动内部振荡器，如图5所示10。为了实现DSP系统实时处理信号的效果，希望系统频率越快越好。C5402最高可达100MHz工作频率，如果仍采用传统的2分频或4分频的方式，势必要求外部频率很高，这里我们采用了更加灵活的可编程PLL(Programmable PhaseLocked Loop)方式。C5402内部具有一个可编程锁相环(PLL)，它可以配置为以下两种模式：a) PLL模式，输入时钟乘以一个l31之间的常数。
11、b) DIV模式，输入时钟除以2或40。PLL有倍频的功能，其输出信号的频率是输入信号的频率乘上一个倍数，正是PLL把外部基准频率变成多种频率提供给不同的具体系统，以满足各种应用的需要。PLL受存储器映射的时钟模式寄存器CLKMD控制，复位后CLKMD的值根据DSP芯片三根输入引脚CLKMD1CLKMD3确定，从而确定DSP的工作时钟。本方案中，外接晶体频率为10MHz，为了得到倍频系数10，需设置时钟模式寄存器CLKMD的值为9007h，引脚CLKMDlCLKMD3设计成001，则复位后C5402的工作频率是101O=1OOMHz。图5 时钟电路4. 片外存储器C5402的存储空间可达192
12、K16bits，64K程序空间，64K数据空间，64KI/O空间。C5402片内具有4K16bits的ROM和16K16bits的RAM。片内ROM和RAM可以根据PMST寄存器中的DROM、OVLY来灵活设置，使其映像在程序空间和数据空间。程序空间和数据空间未被映像的部分和64K的I/O空间全部在片外，用片外存储器来补充。在实际的应用中，应该根据程序量的大小来选择作为片外空间的存储芯片的容量，以免造成不必要的浪费，本文选择IS61LV25616AL(256K16bits)作为程序存储器的片外存储芯片,选择SST39LF200A(128K16bits)的Flash作为数据存储器的片外存储芯片，
13、以实现自举加载，使C5402自成独立系统，图6为硬件连接图11。图6 外部存储器扩展电路图IS61LV25616AL的工作电压为3V3.6V，可以直接与TMS320C5402接口连接，而不必再使用电压接口芯片进行转接，使硬件电路更为简单。SST39LF200A是SST公司生产的Flash存储器，其主要特点有：3V3.6V单电源供电，可使内部产生高电压进行编程和擦除操作；支持JEDEC单电源Flash存储器标准；只需向其命令寄存器写入标准的微处理器指令，具体编程、擦除操作由内部嵌入的算法实现，并且可以通过查询特定的引脚或数据线监控操作是否完成；可以对任一扇区进行读、写或擦除操作，而不影响其它部分
14、的数据12。 访问存储空间时，当地址落在片内存储区域内，自动对这些区域进行访问；当地址落在片外区域，自动访问外部存储器。使用片内存储器有三个优点：高速执行(不需要等待)，低开销，低功耗，所以我们应尽量使用片内存储器。5. 仿真接口电路在做实验时，需要一个DSP仿真器，把在计算机上编译并生成的执行代码下载到C5402芯片上，实现在线调试DSP硬件和软件。仿真器有两端接口，其中一端与计算机的并行口或USB口相连，这取决于仿真器的类型，另一端与DSP芯片的JTAG接口相连，这是一个14针的接口，其硬件连接如图7所示13。图 7 JTAG接口电路四、 自举加载器的设计TI公司的DSP芯片出厂时，在片内ROM中固化有引导装载程序Bootloader，其主要功能就是将外部的程序装载到片内RAM中运行，以提高系统的运行速度。TMS320VC5402的Bootloader程序位于片内ROM的0F800HOFBFFH空间。系统上电时，DSP将检查外部引脚MP/MC的状态，如果该引
