DSP实验指导书.docx
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DSP实验指导书
第一章实验系统介绍
一、系统概述
EL-DSP-EXPII教学实验系统属于一种综合的教学实验系统,该系统采用双CPU设计,实现了DSP的多处理器协调工作。
两个DSP通过HPI口并行连接,CPU1可以通过HPI主机接口访问CPU2的存储空间。
该系统采用模块化分离式结构,使用灵活方便用户二次开发。
用户可根据自己的需求选用不同类型的CPU适配板,而且在不需要改变任何配置情况下,更换CPU适配板即可作TI公司的不同类型的DSP的相关试验。
除此之外,在实验板上有丰富的外围扩展资源(数字、模拟信号发生器,数字量IO扩展,语音CODEC编解码、控制对象、人机接口等单元),可以完成DSP基础实验、算法实验、控制对象实验和编解码通信试验。
EL-DSP-EXPII教学实验系统功能框图
二、硬件组成
该实验系统其硬件资源主要包括:
●CPU单元
●数字量输入输出单元
●存储器及信号扩展单元
●BOOTLOADER单元
●语音模块
●液晶模块
●CPLD接口
●A/D转换单元
●D/A转换单元
●信号源单元
●温控单元
●步进电机
●直流电机
●键盘接口
●电源模块
1、CPU单元
CPU单元包括CPU1、CPU2两块可以更换的CPU板,用户可根据需要选择不同种
类的CPU板。
板上除CPU之外还包括以下单元:
1)CPU模式选择
CPU通常情况下可以根据用户需求工作在不同的模式下,主要用MP/
的电平来决定。
当MP/
为高电平时,DSP工作在微处理器模式,当MP/
为低电平时。
DSP工作在为计算机方式。
在不同模式下存储器映射表有所不同。
详细信息请查阅相应的数据手册。
2)电源模块
在CPU板上由于TMS320VC54X数字信号处理器内核采用3.3V和1.8V供电,因此需要将通用的5V转换成3.3V和1.8V。
为中央处理器提供内部电源。
转换电路如图所示:
3)电平转换
由于数字信号处理其内部采用3.3V和1.8V供电,而且其输入输出接口电平为3.3V,对于数字量输出而言完全可以和5V电平兼容。
但对于数字量输入而言,由于其内部是3.3V,因此不能将中央处理器的输出口直接和外围扩展的5V器件相连,必须加入电平转换期间进行电平转换和信号隔离。
典型的就是数据线,必须进行隔离,对于其他的涉及到的输入信号也要进行相应的转换。
在CPU板上,U2(LVTH16245)完成了该项功能。
4)复位电路以及时钟单元
复位电路主要包括上电复位和硬件手动复位,每次复位要求至少要有8到10个系统时钟。
因此要求适当的配置复位电路RC网络。
时钟电源主要利用数字信号处理器内部晶振源,并通过外部锁相环控制电路,选择适当倍频倍数,为CPU内部提供系统时钟。
2、数字量输入输出单元
●8bit的数字量输入(由八个带自锁的开关产生),通过74LS244缓冲;8bit的数字量输出(通过八个LED灯显示),通过74LS273锁存。
数字量的输入输出都映射到CPU的IO空间。
●数字量显示的八个LED数码管,通过HD7279控制。
3、存储器及信号扩展单元:
1)静态存储器SRAM(IS61C25632K×8bit)
在该实验板上,使用的存储器接口芯片是ISSI公司的IS61C256,它具有以下特点:
●访问速度10、12、15、20、25ns可选;
●低功耗:
400mW(典型);
●低静态功耗
-250μW(典型)CMOS器件;
-55mW(典型)TTL器件;
●全静态操作,无需时钟或刷新;
●输入输出和TTL电平兼容;
●单5V供电。
静态存储器分为两个部分,一部分是32K×16bit的程序存储器(地址为8000H~0FFFFH)芯片序号U20、U21和32K×16bit的数据存储器(地址为0000H~7FFFH)芯片序号U22、U23。
根据选择不同类型的CPU分别映射到相应地址的程序空间和数据空间。
2)、DSK扩展信号插座:
接插件P7、P8是和TI公司DSK兼容的信号扩展接口,可连接图像处理、高速AD、DA、USB、以太网等扩展板,也可以连接TI公司的标准DSK扩展信号板。
P7:
CPU信号扩展(TI公司兼容DSK接口)
序号
符号
备注
1
+12V
电源
2
-12V
电源
3
GND
地
4
GND
地
5
+5V
电源
6
+5V
电源
7
GND
地
8
GND
地
9
+5V
电源
10
+5V
电源
11
NC
空脚
12
NC
空脚
13
NC
空脚
14
NC
空脚
15
NC
空脚
16
NC
空脚
17
NC
空脚
18
NC
空脚
19
+3.3V
电源
20
+3.3V
电源
21
BCLKX0
MCBSP0数据输出时钟
22
NC
空脚
23
BFX0
MCBSP0数据输出帧时钟
24
BDX0
MCBSP0数据输出
25
+5V
电源
26
GND
地
27
BCLKR0
MCBSP0数据输入时钟
28
NC
空脚
29
BFR0
MCBSP0数据输入帧时钟
30
BDR0
MCBSP0数据输入
31
+12V
电源
32
GND
地
33
BCLKX1
MCBSP1数据输出时钟
34
NC
空脚
35
BFX1
MCBSP1数据输出帧时钟
36
BDX1
MCBSP1数据输出
37
GND
地
38
GND
地
39
BCLKR1
MCBSP1数据输入时钟
40
NC
空脚
41
BFR1
MCBSP1数据输入帧时钟
42
BDR1
MCBSP1数据输入
43
GND
地
44
GND
地
45
TOUT0
定时器0输出
46
NC
空脚
47
NC
空脚
48
INT0
中断0
49
TOUT1
定时器1输出
50
NC
空脚
51
GND
地
52
GND
地
53
INT1
中断1
54
NC
空脚
55
NC
空脚
56
NC
空脚
57
NC
空脚
58
NC
空脚
59
RES
复位信号
60
NC
空脚
61
GND
地
62
GND
地
63
NC
空脚
64
NC
空脚
65
NC
空脚
66
NC
空脚
67
INT2
中断2
68
INT3
中断3
69
NC
空脚
70
NC
空脚
71
NC
空脚
72
NC
空脚
73
NC
空脚
74
NC
空脚
75
GND
地
76
GND
地
77
GND
地
78
CLK
时钟
79
GND
地
80
GND
地
P8:
CPU信号扩展(TI公司兼容DSK接口)
序号
符号
备注
1
+5V
电源
2
+5V
电源
3
A19
地址
4
A18
地址
5
A17
地址
6
A16
地址
7
A15
地址
8
A14
地址
9
A13
地址
10
A12
地址
11
GND
地
12
GND
地
13
A11
地址
14
A10
地址
15
A9
地址
16
A8
地址
17
A7
地址
18
A6
地址
19
A5
地址
20
A4
地址
21
+5V
电源
22
+5V
电源
23
A3
地址
24
A2
地址
25
A1
地址
26
A0
地址
27
A21
地址
28
A20
地址
29
NC
空脚
30
NC
空脚
31
GND
地
32
GND
地
33
NC
空脚
34
NC
空脚
35
NC
空脚
36
NC
空脚
37
NC
空脚
38
NC
空脚
39
NC
空脚
40
NC
空脚
41
+3.3V
电源
42
+3.3V
电源
43
NC
空脚
44
NC
空脚
45
NC
空脚
46
NC
空脚
47
NC
空脚
48
NC
空脚
49
NC
空脚
50
NC
空脚
51
GND
地
52
GND
地
53
D15
数据
54
D14
数据
55
D13
数据
56
D12
数据
57
D11
数据
58
D10
数据
59
D9
数据
60
D8
数据
61
GND
地
62
GND
地
63
D7
数据
64
D6
数据
65
D5
数据
66
D4
数据
67
D3
数据
68
D2
数据
69
D1
数据
70
D0
数据
71
GND
地
72
GND
地
73
DSKRE
读写信号CPLD控制
74
SWE
写信号
75
SOE
读信号
76
READY
准备好信号
77
CE3
片选
78
CE2
片选
79
GND
地
80
GND
地
4、BOOTLOADER单元:
使用的存储器接口芯片是28C25632K×8bit,地址为数据空间8000H~0FFFFH,它具有以下特点:
●访问速度快于45ns
●低功耗:
典型静态CMOS电流20μA
●单5V供电
●供电电压可在±10%变化
●典型编程时间4S
●100mA闩锁保护从-1V到VCC+1V
●高噪声门限
●CMOS/TTL输入/输出电平兼容
●标准28脚DIP、PDIP封装或32脚PLCC封装
板上芯片序号U24用来存放用户程序,可以通过选择CPU板上的MP/
来选择bootloader模式。
出厂时存储器内固化了系统测试程序,上电后可对系统硬件进行自动测试。
在本系统中采用并行存储器引导模式。
5、语音处理单元
语音CODEC采用TLC320AD50芯片。
该芯片采用sigma-delta技术提供高精度低速信号变换,有两个串行同步变换通道、D/A转换前的差补滤波器和A/D变换后的滤波器。
其他部分提供片上时序和控制功能。
Sigma-delta结构可以实现高精度低速的数模/模数转换。
芯片的各种应用软件配置可以通过串口来编程实现。
主要包括:
复位、节电模式、通信协议、串行时钟速率、信号采样速率、增益控制和测试模式。
最大采样速率22.05kb/s,采样精度16bit。
语音处理单元由语音输入模块、TLC320AD50模块、输出功率模块组成。
语音输入模块采用偏置和差动放大技术,并经过滤波和处理后将输入到语音编解码芯片TLV320AD50,前端输入的电压范围为-2.5V---+2.5V。
经过变换后输入到AD50的芯片的差动信号范围为0---5V。
TLC320AD50C作为主方式,通过DSP的MCBSP0口进行通信。
音频信号通过D/A转换后输出,由于TLC320AD50输出的是差动信号,因此首先经过差动放大,然后可以推动功率为0.4W的板载扬声器,也可以接耳机输出。
语音处理单元原理框图
语音处理单元接口说明:
J14:
音频输入端子,可输入CD、声卡、MP3、麦克风等语音信号。
J15:
音频输出端子,可接耳机、音箱。
J3:
语音处理单元输入信号接口
J1:
语音处理单元输出信号接口
J6:
地
语音处理单元拨码开关说明:
S1:
拨码开关:
码位
备注
1
ON:
帧同步脉冲接通,缺省设置;OFF:
帧同步脉冲关断;
2
ON:
串口时钟接通,缺省设置;OFF:
缓冲串口时钟关断;
S2:
拨码开关
码位
备注
1
ON:
直流量输入,OFF:
交流量输入,缺省设置
2
ON:
扬声器输出;OFF:
扬声器关闭,缺省设置
语音处理单元可调电位器说明:
“输入调节”:
逆时针
音量变大
顺时针
音量变小
“输出调节”:
逆时针
音量变大
顺时针
音量变小
注:
语音处理单元的二号孔IN和OUT通过导线的连接,可以为温控单元,信号源单元提供A/D,D/A转换的功能。
详细操作参见实验指导。
6、液晶模块
本实验系统选用中文液晶显示模块LCM12864ZK,其字型ROM内含8192个16*16点中文字型和128个16*8半宽的字母符号字型;另外绘图显示画面提供一个64*256点的绘图区域GDRAM;而且内含CGRAM提供4组软件可编程的16*16点阵造字功能。
电源操作范围宽(2.7Vto5.5V);低功耗设计可满足产品的省电要求。
同时,与CPU等微控器的接口界面灵活(三种模式并行8位/4位串行3线/2线);LCD数据接口基本上分为串行接口和并行接口两种形式,本实验采用串行接口方式,用户根据需要改变跳线JS1改用并行接口方式。
液晶模块拨码开关说明:
S23:
拨码开关
码位
备注
1
空位
2
ON,液晶模块背光电源开;OFF,液晶模块背光电源关,缺省设置;
7、CPLD接口
采用XILINX公司的XC95144XL芯片,完成译码和时序控制。
JTAG4为CPLD下载接口。
可用XILINX公司的软件,通过并口下载电缆对CPLD在线编程。
JTAG4CPLD下载口定义
JTAG1引脚序号
JTAG功能组
相关说明
1
TCK
时钟
2
NC
空脚
3
TMS
模式控制
4
GND
地
5
TDI
数据输入
6
NC
空脚
7
TDO
数据输出
8
GND
地
9
+5V
电源
10
+5V
电源
D2、D3为CPLD工作指示灯,正常工作时D2、D3点亮。
CPU1复位时,
D3不亮,CPU2复位时,D2不亮。
8、D/A转换单元
数模转换采用DAC08芯片,分辨率8位,精度1LSB,转换时间可达85ns。
DAC08可以应用在8-bit,1usA/D变换,伺服电机、波形发生、语音编码、衰减器、可编程功率变换器、CRT显示驱动、高速modems以及其他要求低成本、高速等多功能场合。
在本实验系统中,DAC08采用对称偏移二进制输出方式,输出电压范围-5V~+5V。
注:
Vref=+10V
对称偏移二进制输出编码图
底板DAC08参考电压Vref=+5V;输入00h,输出电压-5V;输入ffh,输出电压+5V。
D/A单元原理框图
数模转换单元接口说明:
S24:
拨码开关
码位
备注
1
ON,DA输出给直流电机控制端;OFF,DA输出悬空,缺省设置;
2
ON,DA输出给J4端子;OFF,DA输出悬空,缺省设置;
J4:
DA输出端子
J2:
地
9、A/D转换单元
模数转换芯片选用AD7822,单极性输入,采样分辨率8BIT,并行输出;內含取样保持电路,以及可选择使用內部或外部参考电压源,具有转换后自动Power-Down的模式,电流消耗可降低至5μA以下。
转换时间最大为420ns,SNR可达48dB,INL及DNL都在±0.75LSB以內。
可应用在数据采样、DSP系统及移动通信等场合。
在本实验系统中,参考电压源+2.5V,偏置电压输入引脚Vmid=+2.5V。
模拟输入信号经过运放处理后输入AD7822。
Vin
D7~D0
Vref/2
00000000
Vref
10000000
Vref+Verf/2
11111111
AD7822编码图
模数单元原理框图
模数转换单元拨码开关说明:
S25:
拨码开关
码位
备注
1
ON,信号源1输出给AD;OFF,AD输入悬空,缺省设置;
2
ON,信号源2输出给AD;OFF,AD输入悬空,缺省设置;
S26:
拨码开关
码位
备注
1
ON,温控单元输出给AD;OFF,AD输入悬空,缺省设置;
2
ON,J12端子输入给AD;OFF,AD输入悬空,缺省设置;
J12:
AD输入端子
J23:
地
拨码开关其它设置状态为非法状态
10、信号源单元
频率、幅值可调双路三角波、方波和正弦波产生电路采用两片8038信号发生器,输出频率范围20~100KHz,幅值范围-10V~+10V。
输出波形、频率范围可通过波段开关来选择。
频率、幅值可独立调节。
两路输出信号可以经过加法器进行信号模拟处理和混叠,作为信号滤波处理的混叠信号源。
混叠后的信号从信号源1输出。
ICL8038原理框图
信号源单元原理框图
信号源单元波段开关说明:
波形选择波段开关拨到底板丝印的相应位置选择对应的波形(正弦、三角、方波),频率选择波段开关拨到底板丝印的相应位置选择对应的频率范围(0~2K、2K~10K、10K~120K)。
信号源单元电位器说明:
“频率调节”
左旋
变小
右旋
变大
“幅值调节”
左旋
变大
右旋
变小
J8:
信号源1输出
J7:
信号源2输出
J5:
地
11、温度控制单元
由温度信号采集单元、加热信号驱动单元、模拟温箱加热控制电路组成。
温度信号采集单元电路的热敏电阻的阻值随温度的变化而变化,经运放处理,输出一个电压变化(逐渐减小)的温度信号给系统板的A/D采集输入端;加热信号驱动单元将系统板送来的加热信号分两路处理:
一路放大后驱动加热指示二极管发光;另一路经隔离后驱动可控硅导通。
模拟温箱加热控制电路由加热信号隔离电路、AC220V控制电路(可控硅)输出电路组成。
温度控制单元拨码开关说明:
S5:
拨码开关
码位
备注
1
ON,+5V电源给温控单元;OFF,断开+5V电源,缺省设置
2
ON,+12V电源给温控单元;OFF,断开+12V电源,缺省设置
J10:
温度控制单元反馈电压输出
J11:
地
LED18:
+12V电源指示灯。
12、步进电机单元
步进电机多为永磁感应式,有两相、四相、六相等多种,实验所用的电机为两相四拍式,通过对每相线圈中的电流的顺序切换来使电机作步进式旋转,驱动电路由脉冲信号来控制,所以调节脉冲信号的频率便可改变步进电机的转速。
脉冲信号是有DSP的IO端口(地址8001H)的低四位提供。
位0对应“D”,位1对应“C”,位2对应“B”,位3对应“A”;
如下图所示,电机每相电流为0.2A,相电压为5V,两相四拍的通电顺序如下表所示:
相
顺序
A
B
C
D
0
1
0
1
0
1
0
1
1
0
2
0
1
0
1
3
1
0
0
1
注:
顺时针方向旋转通电顺序为0-1-2-3;
逆时针方向旋转通电顺序为3-2-1-0;
步进电机单元拨码开关说明:
S4:
拨码开关
码位
备注
1
ON,+5V电源给步进电机单元;OFF,断开+5V电源,缺省设置
2
ON,+12V电源给直流电机单元;OFF,断开+12V电源,缺省设置
LED16:
+12V电源指示灯;
LED17:
+5V电源指示灯;
13、直流电机单元
该单元由电压调整、驱动电路、速度检测反馈电路组成。
由系统板送来的电压信号与可调节的基准电压经加法运算后,输出驱动直流电机运行;速度检测、反馈电路由于电机同轴转的转盘上的强力磁钢、霍尔磁感应放大器、单周期速度信号采集器组成,当与电机同轴运行的转盘上的磁钢与霍尔片正对时,霍尔片输出负电压,经整形、放大,供系统采集。
J9:
直流电机控制脉冲输入端
J13:
地
LED15:
中断反馈指示灯;
14、键盘接口
键盘接口是由芯片HD7279按制的,HD7279是一片具有串行接口的,可同时驱动8位共阴式数码管或(64只独立LED)的智能显示驱动芯片,该芯片同时还可连接多达64键的键盘矩阵,单片即可完成LED显示,键盘接口的全部功能。
HD7279A内部含有译码器,可直接接受BCD码或16进制码,并同时具有2种译码方式。
此外,还具有多种控制指令,如消隐、闪烁、左移、右移、段寻址等。
HD7279A具有片选信号,可方便地实现多于8位的显示或多于64键的键盘接口。
在该实验系统中,仅提供了16个键。
15、其它接口说明
电源单元:
为系统提供+5V、+12V、-12V、+3.3V电源
S22:
拨码开关,CPU中断源选择
码位
备注
1---ON
2---ON
CPU中断2给键盘接口
1---ON
2---OFF
CPU中断2给A/D转换单元
1---OFF
2---ON
CPU中断3给键盘接口
1---OFF
2---OFF
CPU中断2、3置高,缺省设置
S3:
拨码开关
码位
备注
1
OFF,A/D单元采样时钟为低频,缺省设置;
ON,A/D单元采样时钟为高频
2
ON,J8为信号源1、2路的混频输出;OFF,断开混频输出,缺省设置
JTAG接口:
JTAG3接口定义
引脚序号
JTAG功能组
相关说明
1
TMS
JTAG模式控制
2
TRST
JTAG复位
3
TDI
JTAG数据输入
4
GND
地
5
电源
+3.3V
6
NC
空脚
7
TDO
JTAG数据输出
8
GND
地
9
TCLK
JTAG时钟
10
GND
地
11
TCLK
JTAG时钟
12
GND
地
13
EMU0
仿真中断0
14
EMU1
仿真中断1
K1:
非自锁按键,每按一下产生一个负的脉冲。
K10:
自锁按键
状态
备注
按下
JTAG3连接到JTAG2
弹起
JTAG3连接到JTAG1
综上所述,本章介绍了该系统的硬件资源,看完本章内容,应该对实验系统有一个基本的了解,在余下的几章中将会结合实验详细介绍,每个单元在实验中的具体应用。