DSP系统硬件设计

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1、第九章 DSP系统 硬件设计硬件系统设计概述防混叠 滤波器防混叠 滤波器平滑 滤波器平滑 滤波器ADCADCDACDACTMS320C54xTMS320C54x通信口通信口控制口控制口RAMEPROM信 号 预 处 理 、 MUX 、 程 控 放 大 等典型DSP目标板结构框图硬件系统设计概述vStep 1：确定硬件实现方案，画出硬件系统框图vStep 2:选择器件： vDSP芯片，AD/DA器件v存储器，控制逻辑，通信接口器件v系统总线，人机接口，电源vStep 3：原理图设计v系统结构设计，模数混合电路设计v存储器设计，通信接口设计，控制电路设计v电源及时钟电路设计vStep 4： PCB

2、设计vStep 5：硬件调试确定硬件方案器件选型原理图设计原理图设计PCB图设计硬件调试硬件调试C54xx评估板结构框图C5402DSP系统基本设计电源v采用双电源、低电压供电以降低整个系统的 功耗内核电源(CVDD)：3.3v,2.5v,1.8vI/O电源(DVDD)：3.3vC5402DSP系统基本设计电源v采用双电源、低电压供电以降低整个系统的功耗内核电源(CVDD)：3.3v,2.5v,1.8vv为芯片内部逻辑提供电源，包括CPU,时钟及片内外设 ；I/O电源(DVDD)：3.3vv为I/O接口提供电源，大多可以与外部低压器件接口， 而无需外接额外电平转换电路。v电压和电流要求内核电压

3、和I/O电压加电顺序I/O电压不超过内核电压1.5v，内核电压不超过I/电压0.5vC5402DSP系统基本设计电源C5402电源保护电路电流消耗：v芯片激活度vCPU激活度v外设及速度C5402电源设计v两种方案电压调整器1电压调整器2+5v+3.3v+1.8v方案1电压调整器2+1.8v+3.3v+3.3v方案2MAX748单电源3.3vv3.3v单电源TPS7333固定输出3.3v可调输出3.3vTPS73HD318双路输出电源 (3.3v/1.8v)复位电路设计v复位的概念由复位输入引脚(/RS)提供硬件复位，为不可屏蔽 中断，可在任何时刻对C54进行复位；/RS复位脉冲至少5个时钟周

4、期的低电平；复位后(/RS回到高电平)，CPU从程序存储器 FF80H单元取指令，开始执行程序；软件复位：通过指令方式实现芯片的复位；硬件复位：通过硬件电路实现系统复位v上电复位v手动复位v自动复位上电复位电路v利用RC电路的延迟特性产生芯片复位所需要的低电 平时间：手动复位电路自动复位电路WatchDog(1)v电源监控芯片：TPS370x-xx自动复位电路TPS370x内部结 构自动复位电路TPS370x-xx引脚自动复位电路WatchDog(1)自动复位电路WatchDog(2)时钟电路设计电平转换电路设计v电平转换标准GND0vGND0.5v1.5v2.5v3.5v4.4v5vVOLV

5、ILVTVIHVOHVDD5v CMOSGNDVOLVILVTVIHVOH5vVDD5v TTL0.4v0v0.8v1.5v2.0v2.4vGNDVOLVILVTVIHVOH3.3vVDD3.3v TTL0.4v0v0.8v1.5v2.0v2.4v3.3v与5v电平转换形式v3.3v和5v共存时，须考虑：3.3v芯片是否能承受5v电源；驱动器件输出与负载器件输 入是否匹配(电压和电流)驱动 负载器件 器件 说 明 |IOH| NIIHIOL |NIIL|VOH VIHVOL VIL 驱动器件输出高电平电流|IOH|大于等于负载器件所需的总电流 NIIH驱动器件输出低电平电流IOL大于等于负载器

6、件所需的总电流 |NIIL|驱动器件输出高电平电压VOH大于等于负载器件输入高电平电压 VIH驱动器件输出低电平电压VOL小于等于负载器件输入低电平电压 VIL 其中 IOH: 输出高电平电流； IOL: 输出低电平电流；IIH: 输入高电平电流； IIL: 输入低电平电流；VOH: 输出高电平下限电压； VOL: 输出低电平上限电压；VIH: 输入高电平下限电压； VIL: 输入低电平上限电压；N: 驱动器件所带负载 器件的数量。 3.3v与5v接口的四种形式v 5v TLL器件驱动3.3v TTL器件只要3.3v器件能承受5v电压，且满足接口电流条 件v 3.3v TTL器件驱动5v TL

7、L器件只要满足接口电流条件5V TTL3.3V LVC5V TTL3.3V LVC3.3v与5v接口的四种形式v 5v CMOS器件驱动3.3v TTL器件只要3.3v器件能承受5v电压，且满足接口电流条 件v 3.3v TTL器件驱动5v CMOS器件需要加双电源供电的电平转换接口电路5V CMOS3.3V LVC5V CMOS3.3V LVCDSP与外围器件的接口vDSP与3v器件接口满足低功耗，避免混合系统电平转换；接口简单，电平一致，可以直接驱动。vDSP与5v器件接口以AM27C010(EPROM)与C5402接口为例 分析电平转换标准电电 平 器 件 VOHVOL VIH VIL

8、TMS320LC549 2.4V 0.4V 2.0V 0.8V Am27C010 2.4V 0.45V 2.0V 0.8V 电平转换标准一致，因此从C5402到 AM27C010的地址线和信号线可以直接驱动； 然而，C5402不能承受5v电压，因此从 AM27C010到C5402的数据线不能直接驱动，需 要加入缓冲器； 选择缓冲器v 双电源供电或3.3v供电但能承受5v电压的缓冲器v 本例选用74LVC1642574LVC16245的功能表 OEDIR 功 能 L L H L H B A A B 隔 离 接口电路Am27C010Am27C010D0D7D0D7A0A16A0A16CECEOEO

9、ETMS320VC5402TMS320VC5402D0D7D0D7A0A16A0A16MSTRBMSTRB74LVC 1624516245电平转换实际连接图DSP存储器及I/O扩展v数据运算量大，存储容量要求高的系统vDSP芯片本身存储及I/O资源有限v需要进行存储器和I/O扩展了解DSP片上存储资源和I/O空间资源根据实际应用需求进行扩展 ROM和RAMv ROM：EPROM、EEPROM(E2PROM)、FLASHv RAM：SRAM、DRAM和SDRAM、DDR RAMROM存储用户程序及系统常数表RAM存储数据I/O扩展：通过锁存器、缓冲器完成程序存储器扩展v依据芯片地址总线的数目确定

10、常规可以最多 扩展的存储器空间：C54xx系列地址总线：1623根(16K字到8M字空 间)C5402地址总线：20根，做多常规扩展1M字外 部程序空间，且高四位地址线(A19A16)由XPC 控制v依据选定的扩展存储器读写时序，确定DSP 访问时的逻辑控制时序读写片选地址和数据总线控制总线等程序存储器工作方式v读操作程序存储器的内容在通常情况下不能改写；片选和输出使能信号同时有效时，地址线所选中 的地址单元内容出现在数据总线v维持操作片选无效时，处于维持状态：地址和数据线为高 阻状态，存储器相当于悬空v编程(写)操作满足编程所需的条件(电压、片选及编程控制端口 电平)，即可实现对程序存储器的

11、编程扩展程序存储器v扩展程序存储器类型EPROMv 工作电压一般为5v，编程时需要比较高的电压(12v) ，不便与DSP直接接口，且擦除时需要紫外线EEPROMv 电可擦除可编程，工作电压一般为5v，同样不便于与 DSP直接接口FLASHv 闪存，电可擦除可编程存储器，具有EPROM更高的 性价比，体积小、功耗低，且工作电压为3.3v便于与 DSP直接接口，因此优先选用FLASH作为扩展程序存 储器。存储器扩展考虑v根据应用系统的容量选择存储芯片容量；v根据CPU工作频率，选取满足最大读取时间 、电源容差、工作温度等性能的芯片；v选择逻辑控制芯片，以满足程序扩展、数据 扩展和I/O扩展的兼容；

12、v与5V存储器扩展时，需要考虑电平转换。扩展Flash程序存储器 (AT29LV1024)vFlash存储芯片：AT29LV1024，1M位的容量；v数据和控制信号线地址线：A0A15数据线：IO0IO15控制线：v 片选信号 CEv 编程(写)使能WEv 输出使能 OE扩展Flash存储器AT29LV1024v性能特点单电源供电读取时间短低功耗分块编程写入时间短内部写入控制寿命CMOS和TTL扩展Flash存储器AT29LV1024v扩展连接图C5402与存储器操 作有关的引脚？要对外部程序存储 器进行读取操作， 需要哪些信号的共 同参与？PS=0时,CE=0，进 行读取操作；PS=1时,C

13、E=1，地 址和数据呈高阻。 C54x C54x DB DBAB ABR/W R/WPS PS16161616AT29LV1024AT29LV1024 I/O(I/O(015015) ) A A0 0AA1515WEWECECEOEOE 扩展数据存储器IS61LV6416IS61LV6416vIS61LV6416是一种高速数据存储器，其容量 64K字16IS61LV6416IS61LV6416内部框图内部框图IS61LV6416IS61LV6416外部引脚外部引脚v地址线 A0A15v数据线 I/O0I/O15v控制线 CE (片选) WE (写使能) OE (读使能) LB (低字节) UB

14、 (高字节)IS61LV6416IS61LV6416功能表功能表C54扩展IS61LV6416数据存储器C54x C54x DBDB ABABR/WR/WDSDSIS61LV6416 IS61LV6416 I I/O150 /O150 A150 A150 WEWECECE UBUB LBLB OEOE16161616扩展I/O接口键盘/显示v实际DSP系统往往需要输入和输出接口；v键盘、显示器等常用输入输出设备在便携式 仪器、手机等产品中得到了广泛的应用；v键盘 编码键盘和非编码键盘v液晶模块 液晶驱动电路和液晶显示板v液晶模块和非编码键盘可以很方便地作为I/O 设备与DSP芯片连接扩展I/O

15、接口显示vDSP与液晶模块接口 液晶模块 FYD12864-0402BFYD12864-0402B特性v低电源电压（VDD:+3.0-+5.5V）v显示分辨率: 12864点v内置汉字字库，提供8192个1616点阵汉字(简繁体可选)v内置 128个168点阵字符v2MHZ时钟频率v显示方式：STN、半透、正显v驱动方式：1/32DUTY，1/5BIASv视角方向：6点v背光方式：侧部高亮白色LED，功耗仅为普通LED的1/5 1/10v通讯方式：串行、并口可选v内置DC-DC转换电路，无需外加负压v无需片选信号，简化软件设计v工作温度: 0 - +55 ,存储温度: -20 - +60FYD12864-0402B引脚并行工作方式引脚信号引脚名电平描述引脚名电平描述VSS0电源地DB4H/L三态数据 VCC3.05V电源正DB5H/L三态数据 VO-对比度调节DB6H/L三态数据 RSH/L数据/命令DB7H/L三态数据 R/WH/L读/写PSBH/L并口/串口模式选 择 EH/L使能NC- DB0H/L三态数据/RESETH/L复位 DB1H/L三态数据VOUT-LCD驱动电压输 出 DB2H/L三态数据AVDD背光电源正 DB3H/L三态数据KVSS背光电源负DSP与FYD1286