dsp課程設(shè)計(jì)--基于tms320f2812的dsp最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　任務(wù)書</b></p><p>　　題目：基于TMS320F2812的DSP最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　要求：</b></p><p>　　TMS320F2812的DSP最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括兩個(gè)模塊，即硬件設(shè)計(jì)模塊和軟件檢測(cè)模塊。硬件設(shè)計(jì)模塊包括電源設(shè)計(jì)、復(fù)位電路設(shè)計(jì)、時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)、

2、存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)、JTAC接口設(shè)計(jì)等。軟件檢測(cè)模塊需要編寫測(cè)試程序。用Protel軟件繪制原理圖和PCB圖。從理論上分析，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)要滿足基本的信號(hào)處理要求。</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　DSP主要應(yīng)用在數(shù)字信號(hào)處理中，目的是為了能夠滿足實(shí)時(shí)信號(hào)處理的要求，因此需要將數(shù)字信號(hào)處理中的常用運(yùn)算執(zhí)行的盡可能快。這就決定了DSP的特點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)。

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

4、t;<p>　　關(guān)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(shè)計(jì)</b></p><p><

5、;b>　　2.1系統(tǒng)方案介紹</b></p><p>　　2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　第3章 硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 TMS320F2812芯片介紹</p><p>　　3.2電源及復(fù)位電路設(shè)計(jì)</p><p>　　3.3 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)</p><

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

7、設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　4.2 仿真調(diào)試</b></p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</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(shù)的發(fā)展趨勢(shì)與潮流。在這種趨勢(shì)與潮流的推動(dòng)下，數(shù)字信號(hào)處理的理論與實(shí)現(xiàn)手段獲得了快速的發(fā)展，已成為當(dāng)代發(fā)展最快的學(xué)科之一。而DSP芯片作為數(shù)字信號(hào)處理，尤其是實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理的主要方法和手段，自20

9、世紀(jì)70年代末、80年代初誕生以來，無論在性能上還是在價(jià)格上，都取得了突破性的迅猛發(fā)展。從定點(diǎn)到浮點(diǎn)直到并行處理芯片，DSP芯片的功能越來越強(qiáng)、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(dá)到了2400MIPS的高指標(biāo)；而且，DSP芯片的價(jià)格越來越低，開發(fā)與設(shè)計(jì)手段越來越多樣化、越來越容易。越來越高的性能價(jià)格比、日漸完善的開發(fā)方式使DSP的應(yīng)用范圍越來越大，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于通信、雷達(dá)、聲納、遙感、生物醫(yī)學(xué)、機(jī)器人、控制、精

10、密機(jī)械、語音和圖像處理等領(lǐng)域?？梢院敛豢鋸埖卣f，以DSP芯片為基礎(chǔ)的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)已成為當(dāng)代電子、通信和信息處理技術(shù)不可或缺的重要手段。</p><p><b>　　第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)</p><p>　　一個(gè)典型的基于TMS320F2812的DSP最小系統(tǒng)包括DSP芯片、電源電路、復(fù)位電路、時(shí)

11、鐘電路及JTAG接口電路?？紤]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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　本系統(tǒng)是由DSP芯片、電源電路、復(fù)位電路、時(shí)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(shè)計(jì)&

12、lt;/p><p>　　3.1 TMS320F2812芯片介紹</p><p>　　TMS320F2812是32位定點(diǎn)DSP，它采用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，其程序存儲(chǔ)器分別獨(dú)立且有各自分離的總線結(jié)構(gòu)，即程序總線和數(shù)據(jù)總線。此外，它還采用精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)及8級(jí)流水線結(jié)構(gòu)等設(shè)計(jì)技術(shù)和循環(huán)尋址方式等特殊尋址方式及復(fù)雜指令，極大的提高了處理器的運(yùn)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(jié)構(gòu)如圖3-2。</p><p>　　3.2電源及復(fù)位電路設(shè)計(jì)</p><p>　　DSP系統(tǒng)一般都采用多電源系統(tǒng)，電源及復(fù)位電路的設(shè)計(jì)對(duì)于系統(tǒng)性能有重要影響。TMS320F2812是一個(gè)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(shí)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(shí)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(fù)位管理功能，可以方便的實(shí)現(xiàn)電源及復(fù)位電路設(shè)計(jì)。復(fù)位

15、電路原理圖如圖3-4所示。</p><p>　　圖3-4復(fù)位電路原理圖</p><p><b>　　3.3時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　TMS320F2812DSP的時(shí)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(gè)引腳之間鏈接一個(gè)石英晶體。如果采用外部時(shí)鐘，可將輸入時(shí)鐘信

16、號(hào)直接連到X1/XCLKIN上，X2懸空。本文采用的是外部有源時(shí)鐘方式，直接選擇一個(gè)3.3V供電的30MHz有源晶振實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)工作是通過編程選擇5倍頻的PLL功能，可實(shí)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(shí)鐘電路原理圖</p><p>　　DSP與JTAG接口設(shè)計(jì)</p><p>　　DSP仿真器通過D

17、SP芯片上提供的掃描仿真引腳實(shí)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(zhǎng)會(huì)引起的信號(hào)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(shè)計(jì)原理圖</p><p>　　DSP的串行接口設(shè)計(jì)</p><p>　　由于TMS320F2812中

18、SCI接口的TTL電平和PC機(jī)的RS-232C電平不兼容，所以連接時(shí)必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。本設(shè)計(jì)選用符合RS-232標(biāo)準(zhǔn)的MAX232N驅(qū)動(dòng)芯片進(jìn)行串行通信。MAX232芯片功耗低，集成度高，+5V供電，具有兩個(gè)接受和發(fā)送通道，剛好與TMS320F2812的兩個(gè)SCI（A和B）接口相匹配。電路設(shè)計(jì)如圖3-7所示。</p><p>　　圖3-7 串行接口設(shè)計(jì)</p><p>　　3.6通用擴(kuò)展口

19、設(shè)計(jì)</p><p>　　考慮到系統(tǒng)的通用性問題，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)將F2812所有的非空引腳全部引出，而且按照其功能模塊進(jìn)行有規(guī)律排列，設(shè)計(jì)了5個(gè)雙排接插件將其引出。</p><p>　　3.7 總體電路原理圖設(shè)計(jì)</p><p>　　Protel全面集成了FPGA設(shè)計(jì)功能和SOPC設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)功能，從而允許工程師能將系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的FPGA與PCB設(shè)計(jì)以及嵌入式設(shè)計(jì)集成在一起

20、。其共分5個(gè)模塊，分別是原理圖設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)（包含信號(hào)完整性分析）、自動(dòng)布線器、原理圖混合信號(hào)仿真、PLD設(shè)計(jì)。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(luò)表。</p><p>　　強(qiáng)大的全局編輯功能。</p><p>　　在原理圖中選擇一級(jí)器件，PCB中同樣的器件也將被選中。</p>

21、;<p>　　同時(shí)運(yùn)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(luò)。</p><p>　　滿足國(guó)際化設(shè)計(jì)要求（包括國(guó)標(biāo)標(biāo)題欄輸出，GB4728國(guó)標(biāo)庫）。 </p><p><b>　　放置漢字功能。</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)就是采用了protel的原理圖設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的電路圖，整體電路

22、圖設(shè)計(jì)見附錄1。</p><p>　　第四章 軟件設(shè)計(jì)及調(diào)試</p><p>　　4.1電路測(cè)試和目標(biāo)板識(shí)別</p><p>　　檢測(cè)系統(tǒng)輸入和輸出工作電壓后，檢測(cè)上電復(fù)位及手動(dòng)復(fù)位電路工作情況。利用DSP仿真器進(jìn)行硬件仿真，進(jìn)入CCS環(huán)境，識(shí)別目標(biāo)器件，標(biāo)明系統(tǒng)硬件基本正常。</p><p>　　4.2時(shí)間管理器產(chǎn)生PWM波功能測(cè)試<

23、/p><p>　　TMS320F2812內(nèi)核集成的兩個(gè)時(shí)間管理器（EVA和EVB）提供了強(qiáng)大的控制功能，特別適合運(yùn)動(dòng)控制和電機(jī)控制等領(lǐng)域。F2812的每個(gè)時(shí)間管理模塊可以同時(shí)產(chǎn)生8路脈寬調(diào)制（PWM）信號(hào)，包括3對(duì)完全比較單元產(chǎn)生的死區(qū)可編程PWM信號(hào)以及有通用定時(shí)器比較器產(chǎn)生的2路獨(dú)立的PWM信號(hào)。</p><p>　　4.3基于串口通信的數(shù)據(jù)采集功能測(cè)試</p><p&

24、gt;　　F2812串口支持16級(jí)接受和發(fā)送FIFO，有一個(gè)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(gè)12位ADC，具有18通道復(fù)用輸入接口、兩個(gè)采樣保持電路，最快轉(zhuǎn)換周期為60ns。本文對(duì)基于串口通信的數(shù)據(jù)采集功能測(cè)試。分別對(duì)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(shè)計(jì)</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>　　（1）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(gè)工程dd。 </p

26、><p>　　(3)新建一個(gè)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(jié)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(shí)將.cmd添加到source中，在編譯，結(jié)果如下：</p><p><b>　　總結(jié)</

27、b></p><p>　　本文設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)證表明具備了數(shù)據(jù)采集、與PC通信及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理等功能，既可以滿足教學(xué)要求，又可用于簡(jiǎn)單的工程研究，具有一定的使用價(jià)值。此外還可以對(duì)該最小系統(tǒng)的功能開發(fā)驗(yàn)證進(jìn)一步完善；如增加CAN總線功能及數(shù)字信號(hào)處理功能等，盡可能結(jié)合信號(hào)系統(tǒng)、電子測(cè)量及電機(jī)控制等課程特點(diǎn)，形成較完善的典型教學(xué)案例。對(duì)于通用I/O及擴(kuò)展的實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步深入研究，可將該最小系統(tǒng)功能升級(jí)成為通用DSP系統(tǒng)，從而

28、可以更廣泛的滿足各類復(fù)雜工程需求。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 周鵬，許鋼.《（DSP原理與實(shí)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(yīng)用技術(shù)第二版)》.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012</p>&l