dsp課程設計--基于tms320f2812的dsp最小系統(tǒng)設計

1、<p><b>　　任務書</b></p><p>　　題目：基于TMS320F2812的DSP最小系統(tǒng)設計</p><p><b>　　要求：</b></p><p>　　TMS320F2812的DSP最小系統(tǒng)設計包括兩個模塊，即硬件設計模塊和軟件檢測模塊。硬件設計模塊包括電源設計、復位電路設計、時鐘電路設計、

2、存儲器設計、JTAC接口設計等。軟件檢測模塊需要編寫測試程序。用Protel軟件繪制原理圖和PCB圖。從理論上分析，設計的系統(tǒng)要滿足基本的信號處理要求。</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　DSP主要應用在數(shù)字信號處理中，目的是為了能夠滿足實時信號處理的要求，因此需要將數(shù)字信號處理中的常用運算執(zhí)行的盡可能快。這就決定了DSP的特點和關鍵技術。

3、適合數(shù)字信號處理的技術：DSP包涵乘法器，累加器，特殊地址發(fā)生器，領開銷循環(huán)等；提高處理速度的技術：流水線技術，并行處理技術，超常指令等。</p><p>　　DSP對元件值的容限不敏感，受溫度、環(huán)境等外部參與影響?。蝗菀讓崿F(xiàn)集成；VLSI 可以時分復用，共享處理器；方便調(diào)整處理器的系數(shù)實現(xiàn)自適應濾波；可實現(xiàn)模擬處理不能實現(xiàn)的功能：線性相位、多抽樣率處理、級聯(lián)、易于存儲等；可用于頻率非常低的信號。</p&g

4、t;<p>　　關鍵詞： TMS320F2812，CCS3.3，Protel99SE軟件</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p><b>　　第2章 系統(tǒng)設計</b></p><p><

5、;b>　　2.1系統(tǒng)方案介紹</b></p><p>　　2.2 系統(tǒng)結構設計</p><p>　　第3章 硬件電路設計</p><p>　　3.1 TMS320F2812芯片介紹</p><p>　　3.2電源及復位電路設計</p><p>　　3.3 時鐘電路設計</p><

6、;p>　　3.4 DSP與JTAG接口設計</p><p>　　3.5 DSP的串行接口設計</p><p>　　3.6 通用擴展口設計</p><p>　　3.7 總體電路原理圖設計</p><p><b>　　第4章 軟件設計</b></p><p><b>　　4.1 程序

7、設計</b></p><p><b>　　4.2 仿真調(diào)試</b></p><p><b>　　總結</b></p><p><b>　　參考文獻</b></p><p><b>　　附錄1：總體電路圖</b></p><

8、p><b>　　附錄2：程序代碼</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　數(shù)字化已成為電子、通信和信息技術的發(fā)展趨勢與潮流。在這種趨勢與潮流的推動下，數(shù)字信號處理的理論與實現(xiàn)手段獲得了快速的發(fā)展，已成為當代發(fā)展最快的學科之一。而DSP芯片作為數(shù)字信號處理，尤其是實時數(shù)字信號處理的主要方法和手段，自20

9、世紀70年代末、80年代初誕生以來，無論在性能上還是在價格上，都取得了突破性的迅猛發(fā)展。從定點到浮點直到并行處理芯片，DSP芯片的功能越來越強、速度越來越快例如TI公司的并行處理芯片C6000系列的速度達到了2400MIPS的高指標；而且，DSP芯片的價格越來越低，開發(fā)與設計手段越來越多樣化、越來越容易。越來越高的性能價格比、日漸完善的開發(fā)方式使DSP的應用范圍越來越大，已經(jīng)廣泛地應用于通信、雷達、聲納、遙感、生物醫(yī)學、機器人、控制、精

10、密機械、語音和圖像處理等領域?？梢院敛豢鋸埖卣f，以DSP芯片為基礎的數(shù)字信號處理技術已成為當代電子、通信和信息處理技術不可或缺的重要手段。</p><p><b>　　第二章 系統(tǒng)設計</b></p><p>　　2.1 系統(tǒng)方案設計</p><p>　　一個典型的基于TMS320F2812的DSP最小系統(tǒng)包括DSP芯片、電源電路、復位電路、時

11、鐘電路及JTAG接口電路。考慮到與PC通信的需要，最小系統(tǒng)還需串口通信電路。</p><p>　　2.2 系統(tǒng)結構設計</p><p>　　本系統(tǒng)是由DSP芯片、電源電路、復位電路、時鐘電路及JTAG接口電路組成，具體如圖2-1所示</p><p><b>　　圖2-1</b></p><p>　　第三章 硬件電路設計&

12、lt;/p><p>　　3.1 TMS320F2812芯片介紹</p><p>　　TMS320F2812是32位定點DSP，它采用改進的哈佛結構，其程序存儲器分別獨立且有各自分離的總線結構，即程序總線和數(shù)據(jù)總線。此外，它還采用精簡指令系統(tǒng)及8級流水線結構等設計技術和循環(huán)尋址方式等特殊尋址方式及復雜指令，極大的提高了處理器的運算速率。TMS320F2812的引腳圖[1]如圖3-1。</p

13、><p>　　圖3-1 TMS320F2812的引腳圖</p><p>　　MS320F2812的內(nèi)部結構如圖3-2。</p><p>　　3.2電源及復位電路設計</p><p>　　DSP系統(tǒng)一般都采用多電源系統(tǒng)，電源及復位電路的設計對于系統(tǒng)性能有重要影響。TMS320F2812是一個較低功耗芯片，核電壓為1.8V，IO電壓為3.3V。本文采

14、用T1公司的TPS767D318電源芯片。該芯片屬于線性降壓型DC/DC變換芯片，可以由5V電源同時產(chǎn)生兩種不同的電壓（3.3V 1.8V 或2.5V），其最大輸出電流為1000mA，可以同時滿足一片DSP芯片和少量外圍電路的供電需要，如圖3-3所示。</p><p>　　圖3-3 電源電路原理圖</p><p>　　該芯片自帶電源監(jiān)控及復位管理功能，可以方便的實現(xiàn)電源及復位電路設計。復位

15、電路原理圖如圖3-4所示。</p><p>　　圖3-4復位電路原理圖</p><p><b>　　3.3時鐘電路設計</b></p><p>　　TMS320F2812DSP的時鐘可以有兩種鏈接方式，即外部振蕩器方式和諧振器方式。如果使用內(nèi)部振蕩器，則必須在X1/XCLKIN和X2兩個引腳之間鏈接一個石英晶體。如果采用外部時鐘，可將輸入時鐘信

16、號直接連到X1/XCLKIN上，X2懸空。本文采用的是外部有源時鐘方式，直接選擇一個3.3V供電的30MHz有源晶振實現(xiàn)。系統(tǒng)工作是通過編程選擇5倍頻的PLL功能，可實現(xiàn)F2812的最高工作頻率（150MHz）.晶振電路如圖3-5所示。</p><p>　　圖3-5 時鐘電路原理圖</p><p>　　DSP與JTAG接口設計</p><p>　　DSP仿真器通過D

17、SP芯片上提供的掃描仿真引腳實現(xiàn)仿真功能，掃描仿真消除了傳統(tǒng)電路仿真存在的電纜過長會引起的信號失真及仿真插頭的可靠性差的問題。采用掃描仿真，使得在線仿真成為可能，給調(diào)試帶來極大方便。JTAG接口電路如圖3-6所示。</p><p>　　圖3-6 DSP與JTAG接口設計原理圖</p><p>　　DSP的串行接口設計</p><p>　　由于TMS320F2812中

18、SCI接口的TTL電平和PC機的RS-232C電平不兼容，所以連接時必須進行電平轉換。本設計選用符合RS-232標準的MAX232N驅動芯片進行串行通信。MAX232芯片功耗低，集成度高，+5V供電，具有兩個接受和發(fā)送通道，剛好與TMS320F2812的兩個SCI（A和B）接口相匹配。電路設計如圖3-7所示。</p><p>　　圖3-7 串行接口設計</p><p>　　3.6通用擴展口

19、設計</p><p>　　考慮到系統(tǒng)的通用性問題，本系統(tǒng)設計時將F2812所有的非空引腳全部引出，而且按照其功能模塊進行有規(guī)律排列，設計了5個雙排接插件將其引出。</p><p>　　3.7 總體電路原理圖設計</p><p>　　Protel全面集成了FPGA設計功能和SOPC設計實現(xiàn)功能，從而允許工程師能將系統(tǒng)設計中的FPGA與PCB設計以及嵌入式設計集成在一起

20、。其共分5個模塊，分別是原理圖設計、PCB設計（包含信號完整性分析）、自動布線器、原理圖混合信號仿真、PLD設計。以下介紹一些Protel的部分功能：  </p><p>　　可生成30多種格式的電氣連接網(wǎng)絡表。</p><p>　　強大的全局編輯功能。</p><p>　　在原理圖中選擇一級器件，PCB中同樣的器件也將被選中。</p>

21、;<p>　　同時運行原理圖和PCB，在打開的原理圖和PCB圖間允許雙向交叉查找元器件、引腳、網(wǎng)絡。</p><p>　　滿足國際化設計要求（包括國標標題欄輸出，GB4728國標庫）。 </p><p><b>　　放置漢字功能。</b></p><p>　　本設計就是采用了protel的原理圖設計設計的電路圖，整體電路

22、圖設計見附錄1。</p><p>　　第四章 軟件設計及調(diào)試</p><p>　　4.1電路測試和目標板識別</p><p>　　檢測系統(tǒng)輸入和輸出工作電壓后，檢測上電復位及手動復位電路工作情況。利用DSP仿真器進行硬件仿真，進入CCS環(huán)境，識別目標器件，標明系統(tǒng)硬件基本正常。</p><p>　　4.2時間管理器產(chǎn)生PWM波功能測試<

23、/p><p>　　TMS320F2812內(nèi)核集成的兩個時間管理器（EVA和EVB）提供了強大的控制功能，特別適合運動控制和電機控制等領域。F2812的每個時間管理模塊可以同時產(chǎn)生8路脈寬調(diào)制（PWM）信號，包括3對完全比較單元產(chǎn)生的死區(qū)可編程PWM信號以及有通用定時器比較器產(chǎn)生的2路獨立的PWM信號。</p><p>　　4.3基于串口通信的數(shù)據(jù)采集功能測試</p><p&

24、gt;　　F2812串口支持16級接受和發(fā)送FIFO，有一個16位波特率選擇寄存器，靈活性極大。此外，芯片上集成了一個12位ADC，具有18通道復用輸入接口、兩個采樣保持電路，最快轉換周期為60ns。本文對基于串口通信的數(shù)據(jù)采集功能測試。分別對于函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的方波、正弦波和三角波采樣，然后再江數(shù)據(jù)將通過串口傳輸?shù)絇C.</p><p><b>　　4.1 程序設計</b></p>

25、;<p><b>　　4.2 仿真調(diào)試</b></p><p>　　在CCS3.3環(huán)境下仿真調(diào)試步驟：</p><p>　?。?）選擇芯片TMS320F2812并添加F2812gel文件。</p><p>　?。?）打開CCS3.3，根據(jù)操作步驟：debug→connect→project→new，新建一個工程dd。 </p

26、><p>　　(3)新建一個文件，輸入程序，并保存，保存名為dd.c。</p><p>　?。?）先將.c文件添加到source，然后開始編譯，編譯結果如下：</p><p>　?。?）將所缺的.h文件先搜索，然后都添加到工程文件夾dd中，同時將.cmd添加到source中，在編譯，結果如下：</p><p><b>　　總結</

27、b></p><p>　　本文設計經(jīng)驗證表明具備了數(shù)據(jù)采集、與PC通信及實時數(shù)據(jù)處理等功能，既可以滿足教學要求，又可用于簡單的工程研究，具有一定的使用價值。此外還可以對該最小系統(tǒng)的功能開發(fā)驗證進一步完善；如增加CAN總線功能及數(shù)字信號處理功能等，盡可能結合信號系統(tǒng)、電子測量及電機控制等課程特點，形成較完善的典型教學案例。對于通用I/O及擴展的實現(xiàn)進一步深入研究，可將該最小系統(tǒng)功能升級成為通用DSP系統(tǒng)，從而

28、可以更廣泛的滿足各類復雜工程需求。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 周鵬，許鋼.《（DSP原理與實踐）》.北京：北京航空航天出版社，2014</p><p>　　[2] 王忠勇,陳恩慶.《(TMS320F2812 DSP原理與應用技術第二版)》.北京：化學工業(yè)出版社，2012</p>&l