基于TMS320VC5402的DSP最小应用系统的设计.docx

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基于TMS320VC5402的DSP最小应用系统的设计

郑州轻工业学院

课程设计任务书

题目TMS320VC5402最小系统原理图设计

专业、班级电信11－2学号姓名

主要内容、基本要求、主要参考资料等：

1、参考课本及TMS320VC5402数据手册，IS61LV6416数据手册，TPS767D318芯片数据手册，设计TMS320VC5402的最小系统。

2、设计TMS320VC5402的最小系统电路图纸，要求图纸具有TMS320VC5402的基本电路（复位电路、时钟电路、功能配置引脚连接等），具有64K字程序空间，64K字数据空间，和DSP的供电电路（输入电源DC5～9V）。

3、要求设计上述电路的原理图。

4、设计完成后要求每人上交一份课程设计说明书，说明书要求包含有课程设计任务书，设计原理说明，所用芯片简要说明，设计图纸等。

说明书要求字迹工整、叙述清楚、图纸齐备。

5、发挥部分，如时间可行，依据原理图设计上述电路的印制板图。

6、时间：

二周。

完成期限：

2015.01.12---2015.01.23

指导教师签名：

杜海明

课程负责人签名：

胡智宏

2015年01月12日

摘　要

介绍了基于DSP（数字信号处理）的最小应用系统的整体设计过程。

系统采用TMS320VC5402作为主控芯片;ADC0809完成数据的采样及A/D转换,通过TMS320VC5402处理后,由DAC0832完成D/A转换并输出;外部存储器采用通用EPROM,TMS320VC5402采用8位并行EPROM引导方式;并加入了标准的14针JTAG接口,便于系统的调试与仿真。

关键词:

DSP（数字信号处理）,JTAG,并行引导,引导表

Abstract

Thispaperintroducestheoveralldesignofminimumapplicationsystemfordigitalsignalprocessing.ThesystememploysTMS320VC5402asmaincontrolchip,ADC0809samplestheanalogsignalsandconvertsthemtodigitalsignals,thenafterprocessingofTMS320VC5402,DAC0832convertsthedigitalsignalstoanalogonesandfinallyoutputs.ThesystemusesgeneralEPROMfortheexternalstorage.Besides,thesystemincorporatesastandard14pinJTAGinterfacetodebugandsimulate.

Keywords:

DSP,JTAG,parallelboot,boottable

目录

0　引　言…………………………………………………......................................1

1　TMS320VC5402简介………………………………...........................................2

2　系统硬件设计………………………………………............................................3

2.1　电平转换……………………………………………………………………....3

2.2　电源控制电路………………………………………………………………....3

2.3　复位电路……………………………………………………………………....4

2.4　时钟电路……………………………………………………………………....4

2.5　译码电路……………………………………………………………………....5

2.6　输入接口电路…………………………………………………………………5

2.7　输出接口电路…………………………………………………………………5

2.8　存储器扩展电路………………………………………………………………5

2.9　JTAG仿真接口电路…………………………………………........................6

3　系统软件设计……………………………………………………........................7

3.1　引导程序…………………………………………...........................................8

3.2　用户程序……………………………………………………………………....9

4　总结……………………………………………………………………………..10

参考文献……………………………………………………………………………..11

0　引　言

在仪器仪表迅速发展的同时，计算机和网络技术也在迅速发展，PC机已经从高速增长进入到平稳发展时期，单纯由PC机带领电子产业蒸蒸日上的时代己经成为历史，嵌入式系统的出现和广泛应用，使计算机和网络进入了后PC时代。

基于嵌入式智能仪表远程监控系统作为网络重要发展方向之一，是工业数据通讯与控制网络技术、互联网技术等多种技术共同发展的结果。

该项技术的发展与成熟将会给人们的生产生活带来深远的影响。

本文采用C5000系列TMS320VC5402DSP（数字信号处理）芯片,能满足通信、语音、图像以及其他电子领域高速、低成本、小体积、低功耗的要求。

DSP系统的设计主要包含硬件电路和软件程序两部分。

1　TMS320VC5402简介

TMS320VC5402（以下简称5402）是美国TI公司的性价比极高的16bit定点DSP芯片,操作速度可以达到100MIPS,其内部资源配置为用户构造系统提供了很大便利。

其主要特点如下：

a）多总线结构,片内3套16bit数据总线CB、DB、EB和1套程序总线PB以及对应的4套地址总线CBA、DBA、EBA、PBA（4套总线可以同时操作）。

b）40bitALU（算术逻辑单元）,包含1个40bit桶形移位器和2个40bit累加器;1个17×17bit乘法器和一个40bit专用加法器;2个地址产生器,8个辅助寄存器,一个比较/选择/存储（CSSU）单元。

c）片内4k×16bitROM,16k×16bitDARAM。

d）程序空间扩展到1MB,数据和I/O空间各64kB,20条地址线,16条数据线。

e）6级流水线完成一条指令:

预取指、取指、译码、访问、读数、执行。

f）片上JTAG仿真接口。

2　系统硬件设计

整个系统的硬件电路主要包含电源控制电路、时钟电路、复位电路、译码电路、输入接口电路、输出接口电路、存储器扩展电路和JTAG仿真接口电路8部分。

另外,由于DSP的低电压工作状况,必须要考虑到电平转换。

系统总体结构框图如图1所示。

图1　系统结构框图

2.1　电平转换

5402采用低压工作,其内核电压为1.8V,I/O引脚电压为3.3V,而大多数常用的电子元器件的工作电压一般为5V,如本系统中用到的A/D转换器ADC0809和D/A转换器DAC0832,以及扩展的存储器芯片EPROM27C512等,都是采用5VTTL电平供电,因此必须在电路中增加电平转换模块。

TI公司的74LVC245是8路电平转换芯片,其工作电压为3.3V,可耐5V输入,输出为3.3V。

在本系统采用了3片,分别用在ADC0809和DAC0832的数据线、EPROM的数据线、几个控制信号上,这些数据线和控制信号线都通过74LVC245连接到5402上,实现5V到3.3V和3.3V到5V的电平转换。

2.2　电源控制电路

系统电源设计。

TMS320VC5402芯片采用双电源供电，DSP的核内电压和I/O接口电压分别为1.8V和3.3V，本系统需要三种电源，电压为5V、3.3V和1.8V。

其中，RTL8019AS网卡芯片和模数转换电路均采用5V电源供电。

DSP的双电源解决方案采用TPS73HD318实现，输入的电源电压为5V，输出电压分别为3.3V和1.8V，每路电源的最大输出电流为750mA。

图2电源控制电路

2.3　复位电路

系统上电时可自动复位,但为了防止系统受到外界干扰或电源波动时出现死机现象,还专门加了外部RESET,主要使用了两个施密特触发器74LS14。

图3复位电路图

2.4　时钟电路

系统中采用外部时钟,根据使用的晶振不同,采用的晶体振荡起振电容也不同,这里采用10MHz晶振,起振电容选用22pF。

系统中让DSP工作在20MHz的频率,因此根据5402的主时钟配置规则,只要将5402的CLKMD1、CLKMD2、CLKMD3这3个引脚分别选择为高电平、低电平、低电平即可。

图4时钟电路图

2.5　译码电路

5402对外部接口的控制信号有限,又要同时完成对A/D、D/A、EPROM的控制,最有效的办法是加入译码电路。

本系统采用通用的328译码器74LS138,使用5402的高位地址线A13、A14、A15作为译码输入,IS和IOSTRB作为译码使能端输入,译码地址见表1。

2.6　输入接口电路

输入接口电路主要完成数据采样及其A/D转换,包含分频和A/D转换电路。

分频电路主要用做ADC0809的转换时钟。

5402本身也产生时钟输出,可以借助于它的时钟输出作为输入模拟信号的输入时钟。

将输入模拟信号的转换速率定为640kHz,而5402的时钟输出为20MHz（当然可以使用更高的时钟）,采用32分频即可,可以用两个同步二-十进制计数器74F160来实现。

A/D转换电路采用ADC0809。

这里只对一路数据采样,使用通道0,数据转换速率为640kHz。

通过5402的高位地址A13、A14、A15和IS、IOSTRB译码,CS2控制ADC0809芯片的输出使能信号ENABLE,CS3控制转换启动信号START,地址使能信号ALE与转换启动信号接在一起。

ADC0809采用中断方式读取转换后的数字量,即将ADC0809的EOC引脚连接到5402的外部中断引脚INT0上,这样,一旦数据转换完毕,将会触发5402的外部中断0,在中断服务程序中完成数据从ADC0809到5402的传输。

它的输入时钟由分频电路的输出时钟来提供。

2.7　输出接口电路

输出接口电路完成D/A转换以及模拟信号输出。

D/A转换电路主要采用DAC0832芯片。

由于只有一路数据需要转换,故让它工作在单缓冲方式,即输入锁存器处于受控（通过译码输出CS1控制WR1,片选信号引脚CS接地使其始终有效）,而DAC0832寄存器处于直通状态（直接将WR2与XEFR接地使其始终有效）。

在这种工作方式下,数据只要一经写入DAC0832芯片,就立即进行D/A转换,省去了一条输出指令。

模拟输出采用双极性模拟电压输出,加了两级运算放大电路,当数字量N从00H～FFH变化时,对应的模拟电压OUT的输出范围是-5V～5V。

2.8　存储器扩展电路

5402片内提供了16k×16bit的RAM和4k×16bit的ROM,片内ROM不可用。

本系统程序容量比较小,一般不超过16kB,考虑充分利用芯片的内部资源,采用引导装载的方式,以降低系统的设计难度和设计成本,缩短产品研制周期。

这里使用一片通用的64k×8bit的EPROM27C512。

当程序编制好后转换成二进制文件,通过通用编程器烧到27C512中即可。

存储器扩展电路如图2所示。

图5　存储器扩展电路

2.9　JTAG仿真接口电路

由于5402提供了片上的JTAG接口,方便了仿真调试。

只需将5402的TMS、TDI、TDO、TRST、TCKEMU0、EMU1共7个引脚接出,做成一个标准的14针插座,就可以供仿真器调试目标板。

JTAG仿真接口电路如图3所示。

图6　JTAG仿真接口电路

3　系统软件设计

系统软件主要包含引导程序和核心程序代码即用户程序代码两个方面。

3.1　引导程序

TMS320VC5402的引导程序Bootloader用于在芯片通电复位时将存储于外部的用户代码传输到内部或外部程序存储器中,用户代码可存储在外部速度较慢的非易失性存储器内,使5402能外扩普通低速的EPROM。

经引导后,用户代码可装载到高速的片内RAM或片外RAM中执行,以充分发挥5402指令高速运行的特点。

由本系统的硬件结构可知,易采用8位并行EPROM引导方式。

把引导表的起始地址4000h放在数据空间的最高位地址FFFEH和FFFFH中,这样根据流程图可知,将会从数据空间FFFFH和FFFFEH读取引导表起始地址的低8位和高8位,发现是08AAH,于是便进入了数据空间的8位并行引导模式,将EPROM中的程序装载到片内RAM中,装载完毕后便开始执行用户程序。

5402的并行引导流程见图4。

图7　TMS320VC5402并行引导方式流程

为使5402能有效地把外扩EPROM中的程序引导到芯片内RAM,需要编制一个引导表。

引导表定位于数据空间的4000H～FFFFH段。

引导表的内容包括:

引导方式的标识;程序存放的目标首地址;程序执行的入口地址;用户程序代码;用户程序块长度。

根据8位并行EPROM引导方式的特点,编制如下的命令文件程序。

1）链接命令程序文件（MiniSys_lj.cmd）

MiniSys.obj　//输入汇编后的文件名

-oMiniSys.out　//设定输出文件名

-mMiniSys.map　//内部存储器分配

MEMORY:

{

PAGE0:

ROM:

origin=0x0080,length=0x3780

VECT:

origin=0x3F80,length=0x0080　//程序引导后首地址和块长度

PAGE1:

RAM:

origin=0x3800,length=0x0780　//定义数据块首地址和块长度

}

SECTIONS:

{

.text:

>ROMPAGE0　//将text段定义的程序放入程序页

.bss:

>RAMPAGE1　//将bss段定义的数据块放在数据页

　　中断向量

.vectors:

>VECTPAGE0//

}

2）二进制转换命令程序（MiniSys_h.cmd）

MiniSys.out　//输入链接后的文件名

-oMiniSys.hex　//设定输出文件名

-i　//转换为intel格式的二进制文件

-memwidth8　//定义8位EPROM

-romwidth8　//输出文件是字节

-boot　//所有块/区（SECTIONS）都引导

-bootorg0x4000　//外扩EPROM存放代码的首地址

-e0x0100　//定义引导后程序的入口地址

3.2　用户程序

用户程序首先要进行如下初始化设置:

a）将芯片的MP/MC脚接地,使5402工作在微计算机方式。

b）设置寄存器PMST中OVLY=1,使片内RAM0080H～3FFFH既映射在程序区,又映射在数据区。

c）设置寄存器PMST中DROM=0,使F000H～FFFFH映射在外部数据区。

d）程序和数据空间设置成7个等待状态。

用户程序的整体软件流程如图5所示,图6为整个系统的信号流程图。

图8　DSP整体软件程序流程

图9　信号流程

4　总结

DSP最小应用系统是DSP的一种最小应用,它能完成从模拟信号输入,进行A/D转换,经DSP芯片处理后,进行D/A转换,最后得到模拟信号输出,是现代任何一种DSP系统均可采用的最小解决方案。

系统中加入了引导模式,使得系统能够脱机运行;系统中还有标准的JTAG接口,使系统能够很好地完成各种仿真调试,给系统的实现带来了很大的方便。

参　考　文　献

[1]戴明桢周建江.TMS32054xDSP.结构、原理及应用.北京:

：

北京航空航天大学出版社,2001

[2]苏　涛,等.DSP实用技术.西安:

西安电子科技大学出版社,2002

[3]张雄伟,陈　亮,徐光辉.DSP集成开发与应用实例.北京:

电子工业出版社,2002

[4]尹　勇,欧　辉,关荣锋.DSP集成开发环境CCS开发指南.北京:

北京航空航天大学出版社,2003

[5]杨全胜,胡友彬.现代微机原理与接口技术.北京:

电子工业出版社,2003