dsp最小系统电路设计

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1、目 录 摘 要.I 第1章 绪论.1 第2章 总体设计.2 2.1 系统要实现的功能2 2.2 系统的设计流程2 1.2 原理框图.3 第3章 DSP最小系统电路设计4 3.1 电源电路设计4 3.2 复位电路设计5 3.3 时钟电路设计5 3.4 JTAG 接口电路设计 6 3.5 DSP 的串行接口电路设计.6 3.6 存储器FLASH扩展设计.7 第4章 软件设计.8 4.1 仿真工作原理及测试步骤 9 4.2 测试程序 9 4.3 测试的注意事项 10 总结.11 致谢.12 参考文献.13 邵阳学院课程设计（论文） 1 第 1 章 绪论 DSP 有两种涵义，一种是Digital Si

2、gnal Processing，指的是数字信号处理 技术；一种是Digital Signal Processor，指的是数字信号处理器。两者是不可分割 的，前者是理论上的技术，要通过后者变成实际产品，两者结合起来才成为解决某 一实际问题和实现某一方案的手段。数字信号处理器是目前 IT 领域中发展极为迅 速的一类微处理器，其功能强大，应用范围相当广泛，能够完成实时的数字信号处 理任务。DSP的性能几乎决定了电子产品的性能。在人们生活当中，DSP可谓无 处不在，例如手机，电视机 ，数码相机，MP3等等都有DSP的存在。DSP 已经 成为通信、计算机和消费类电子产品等领域的基础器件。因此，只有理论的

3、学习是 不够的，设计一个DSP最小系统，掌握这门重要技术，才能更深刻地理解和掌握 DSP，为今后进行高精度、高性能的电子设计打下基础。 DSP 芯片是模拟信号变换成数字信号以后进行高速实时处理的专用微处理器， 其处理速度比最快的CPU还快10-50 倍，具有处理速度高、功能强、性能价格比 好以及速度功耗比高等特点，被广泛应用于具有实时处理要求的场合。 DSP 系统以 DSP 芯片为基础，具有以下优点。 1高速性 DSP 系统的运行速度较高，最新的DSP运行速度高达1000MIPS 以上。 2编程方便 可编程DSP可使设计人员在开发过程中灵活方便的对软件进行修改和升级。 3稳定性好 DSP 系统

4、以数字处理为基础，受环境温度及噪声的影响比较小，可靠性高。 4可重复性好 数字系统的性能基本上不受元器件参数性能的影响，便于测试、调试和大规模 生产。 5集成方便 DSP 系统中的数字部件有高度的规范性，便于大规模集成。 6性价比高 常用的DSP价格在5美元以下。 邵阳学院课程设计（论文） 2 第2章 总体设计 2.1系统要实现的功能 DSP 最小系统的设计是本次设计的主要任务，课题以TMS320C5402 为核 心器件，并利用外存储器对最小系统电路进行扩展。在介绍TMS320C5402基本 特点的基础上，借鉴国内外现有技术成果的，研究DSP相关技术，开发出DSP最 小系统板。 系统要实现以下

5、功能。 1最小系统部分的设计 能够用于基本的数字信号处理，运行一些简单的程序。此部分主要包括电源电 路、复位电路、时钟电路、JTAG 接口的设计等。 2扩展电路的设计 对于DSD最小系统，DSP芯片等在芯片出厂时不可能让片内存储器的大小满 足所有功能的要求 ，如果将片内存储器做太大，必然造成芯片成本的提高，而太 大的片内存储器对很多用户来说是浪费。 2.2 系统的设计流程 一个DSP应用系统的设计过程大致分为以下几个部分，各部分的相互关系如 图 2-1 所示。 图 2-1 DSP 应用系统的设计过程 系统要求的描述 确定 DSP 芯片及外围设备 系统测试 总体设计确定软硬硬件分工 硬件设计 软

6、件设计及调试 邵阳学院课程设计（论文） 3 1.2原理框图 基于TMS320C5402最小系统系统框图。此最小系统主要由时钟及复位电路、 JTAG仿真调试接口电路以及供电系统，外加Watchdog电路等模块构成。系统框 图 2-2 所示。 图 2-2 原理框图 JTAG仿真 调试接口 产生3.3V和 1.8V电源电路 TMS320C540X 产生5V 电源电路 Watchdog 时钟电路 复位电路 邵阳学院课程设计（论文） 4 第 3 章 DSP 最小系统电路设计 3.1 电源电路设计 包括TMS320C5402 在内的 TMS320C54X 系列DSP大部分采用低电压供 电方式，可以大大降低

7、 DSP 芯片的功耗。TMS320C5402的电源分两种，即内核 电源(CVdd)和 I/O 电源(DVdd)。其 中 I/O 电源一般采用3.3V电压而内核电源 分为2.5V 或更低，降低内核电压的主要目的是降低功耗。TMS320C5402 的内 核电压为 1.8V。下面介绍 TMS320C5402 的电源设计。 1电源电压结构及要求 TMS320C5402 采用了双电源供电机制，以获得更好的电源性能，其工作电 压为3.3V和1.8V。其中，1.8V主要为该器件的内部逻辑提供电压，包括CPU 和其他所有的外设逻辑。与3.3V供电相比，1.8V供电大大降低功耗。外部接口引 脚仍然采用3.3V电

8、压，便于直接与外部低压器件接口，而无需额外的电平变换电 路。TMS320C5402的电流消耗主要取决于器件的激活度，CVdd消耗的电流主 要决定于CPU的激活度。外设消耗的电流决定于正在工作的外设及其速度。与 CPU相比，外设消耗的电流是比较小的。时钟电路也需要消耗一小部分电流，且这 部分电流是恒定的，与CPU和外设的激活程度无关。CVdd为器件的所有内部逻 辑提供电流，包括CPU、时钟电路和所有外设。DVdd只为外部接口引脚提供电 压，消耗电流取决于外部输出的速度和数量，及在这些输出口上的负载电容。 如图 3-1 所示，电源芯片选用TPS73HD325，该电源芯片可以由5V产生 3.3V 和

9、1.8V的电压输出，最大输出电流为750mA，可以满足TMS320C5402 最小系统的需要。电源控制电路如图3-1所示。 图 3-1 电源控制电路 邵阳学院课程设计（论文） 5 3.2 复位电路设计 对于实际的DSP应用系统，特别是产品化的DSP系统，其可靠性是一个不容 忽视的问题。由于DSP系统的时钟频率较高，在运行时极有可能发生干扰和被干 扰的现象，严重的系统问题可能出现死机现象。为了克服这些情况，除了在软件上 做一些保护措施外硬件上必须做相应的处理。硬件上最有效的保护措施是采用具有 看门狗(Watchdog)功能的自动复位电路相结合的方式。 自动复位电路除了具有上电复位功能外，还具有监

10、视系统运行并在系统发生故 障或死机时再次进行复位的能力。基本的原理就是通过电路提供一个用于监视系统 运行的监视线当系统正常运行时，应在规定的时间内给监视线提供一个高低电平变 化的信号，如果在规定时间内这个信号不发生变化，自动复位电路就认为系统运行 部正常并对系统进行复位。自动复位功能可以通过“看门狗”芯片实现，如图3-3就 是用MAX706芯片搭建的“看门狗”电路。两模块的连接方式分别如图3-2和图 3-3所示。 图 3-2 简单的复位电路 图 3-3 具有 Watchdog 功能的复位电路 3.3 时钟电路设计 DSP的时钟可以有两种连接方式，即外部振荡器方式和谐振器方式。如果使 用内部振荡

11、器，则必须在X1/XCLKIN和X2两个引脚之间连接一个石英晶体。 如果采用外部时钟，可将输入时钟信号直接连到X1/CI。KIN引脚上，X2悬空。 本文采用的足外部有源时钟方式，直接选择一个3.3V供电的30MHz有源晶振实 现。系统工作是通过编程选择5倍频的PLL功能，可实现F2812的最高工作频率 (150MHz)。晶振电路如图3-4所示。 邵阳学院课程设计（论文） 6 3.4 JTAG接口电路设计 DSP仿真器通过DSP芯片上提供的扫描仿真引脚实现仿真功能，扫描仿真消 除了传统电路仿真存在的电缆过长会引起的信号失真及仿真插头的可靠性差等问题。 采用扫描仿真，使得在线仿真成为可能，给调试带

12、来极大方便。JTAG接口电路如 图3-5所示。 图 3-5 JTAG 接口电路 3.5 DSP的串行接口电路设计 由于TMS320C54x中SCI接口的TTL电平和PC机的RS-232C电平不兼容，所 以连接时必须进行电平转换。本设计选用符合RS-232C标准的MAX3232驱动芯片 进行串行通信。串行接口电路如图3-6所示。 图 3-4 晶振电路 邵阳学院课程设计（论文） 7 D0D15 A0A15 图 3-6 串行接口电路 3.6 存储器FLASH接口设计 对于基于DSP平台的Flash接口设计，经过综合考虑了几种方案之后决定， 采用一再加上简单的外围电路和时序调整电路。这种芯片仅仅完成F

13、lash底层的数 据链路级交换，并提供给本地微控制器一个并行的接口，但是它并不完成协议层的 工作。协议个带TMS320C54X的DSP内核的Flash接口芯片28F400B3（成本 非常低），层的工作需要对微控制器编程，控制Flash接口芯片来实现接口协议。 所以，开发难度相对来说大一些，要做的编程工作也多一点。DSP与Flash的接口 如图3-7所示。 _ DS _ MSTRB _ R/W XF _ RP _ CE _ WE _ OE _ WP Vpp D0D15 A0A15 Vcc 邵阳学院课程设计（论文） 8 图 3-7 DSP 与 Flash 的接口 第 4 章 软件设计 TMS320

14、系列DSP芯片的开发环境应包括硬件和软件两个方面，常用的软件 开发环境为CCS2，硬件环境包括JTAG 仿真器和DSP硬件平台。如没有硬件开 发环境时，也可以在CCS2软件环境中进行算法仿真。 CCS2代码调试器是一种针对标准TMS320设计接口的集成开发环境IDE,它 包含源代码编辑工具、代码调试工具、可执行代码生成工具和实时分析工具，并支 持设计和开发的整个流程，如图4-1 所示。 图 4-1 CCS2 的开发流程图 4.1 仿真工作原理及测试步骤 DSP 通过JTAG 接口与仿真器相连，仿真器则通过USB与电脑连接。电脑 上的编译软件CCS2是通过仿真器将程序下载到DSP内运行的。在使用

15、JTAG协 议调试程序时，CCS2亦通过仿真器与DSP交流信息，如CCS2将控制信号通过 JTAG接口送到DSP以控制程序的运行，而DSP亦通过该接口将采样信号、运算 结果或运行状态送到CCS2进行显示以便观察调试。DSP最小系统的测试步骤如 下。 1系统连接。进行DSP实验之前，先必须连接好仿真器、DSP最小系统板 卡及计算机。 2电复位。在硬件安装完成后，确认安装正确、各个实验部件及电源连接正 常后，接通仿真器电源并启动计算机，此时，仿真盒上的“红色小灯”应 点 亮 ， 否则DSP 开发系统与计算机连接有问题。 3运行CCS2程序。实验板上电，启动CCS 2，CCS2正常启动，表明系统 设

16、计 概念性规划 编程和编译 创建工程文件、编写 源代码和配置文件 调试 语法检查、探 测点设置和日 志保存等 分析 实时调试、统 计和跟踪 邵阳学院课程设计（论文） 9 连接正常，否则仿真器的连接、JTAG 接口或者CCS2相关设置存在问题，断开电 源，检查仿真器的连接、JTAG接口连接，或检查CCS2相关设置是否正确。成功 运行程序后，在CCS2环境下程序编写、调试、编译、装载、使用观察窗口等。 4.2 测试程序 （1）应用程序是要在硬件板上独立运行的源程序,为了叙述方便,编写一个简单的 发光二极管(LED)闪烁测试程序。使用CCS汇编语言编写的测试程序如下： .mmregs .def start，_c_int00，END1 .text _c_int00： B start NOP NOP delay： start: SSBX XF CALL delay RSBX XF CALL delay B start delay；延时程序略 END1 RET .end （2）中断向量表 sect “v