利用GPIO扩展LED灯动态显示.docx

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利用GPIO扩展LED灯动态显示

DSP课程设计

学院：

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指导老师：

时间：

2015.3.9~2015.3.12

利用GPIO扩展LED灯动态显示

概述

数字信号处理（DigitalSignalProcessing，简称DSP）是一种通过使用数学技巧执行转换或提取信息，来处理现实信号的方法，这些信号由数字序列表示。

DSP微处理器不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。

德州仪器、Freescale等半导体厂商在这一领域拥有很强的实力。

DSP芯片具有采用哈佛结构、多总线结构、流水线技术、配有专用的硬件乘法-累加器、具有特殊的DSP指令、快速的指令周期、硬件配置强、支持多处理器结构、省电管理和低功耗等特点。

DSP有很多优点，如：

对元件值的容限不敏感，受温度、环境等外部因素影响小；容易实现集成；VLSI可以分时复用，共享处理器；方便调整处理器的系数实现自适应滤波；可实现模拟处理不能实现的功能：

线性相位、多抽样率处理、级联、易于存储等；可用于频率非常低的信号等。

当然，DSP像其他任何器件一样，也具有一定的缺点，如：

需要模数转换；受采样频率的限制，处理频率范围有限；数字系统由耗电的有源器件构成，没有无源设备可靠等。

不过其缺点相对于优点是微不足道的。

目前，DSP技术已经应用于信号处理、语音处理、图形/图像、军事、仪器仪表、自动控制、医疗及家用电器等各领域。

由TI公司提供专业的开发工具CCS，自带DSP/BIOS操作系统，能够直接编写适合DSP开发工程及文件，满足DSP程序设计要求。

此次设计中，通过对TMS320CF2812的控制以及对其引脚GPIO功能的设计，在实验板上实现4位LED显示流水灯。

首先对TMS320C2000系列DSP的I/O口作为通用I/O的原理进行了解，并熟悉通用I/O的编程方法，了解LED动态显示的基本原理和实现方法，最终通过CCS集成开发环境编程完成设计。

1.DSP的特点

（1）在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法；

（2）程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据；

（3）片内具有快速RAM，通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问；

（4）具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持；

（5）快速的中断处理和硬件I/O支持；

（6）具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器；

（7）可以并行执行多个操作；

（8）支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。

当然，与通用微处理器相比，DSP微处理器（芯片）的其他通用功能相对较弱些。

a.DSP优点：

（1）对元件值的容限不敏感，受温度、环境等外部参与影响小；

（2）容易实现集成；VLSI可以分时复用，共享处理器；

（3）方便调整处理器的系数实现自适应滤波；

（4）可实现模拟处理不能实现的功能：

线性相位、多抽样率处理、级联、易于存储等；

（5）可用于频率非常低的信号。

b.DSP缺点：

（1）需要模数转换；

（2）受采样频率的限制，处理频率范围有限；

（3）数字系统由耗电的有源器件构成，没有无源设备可靠。

2.DSP的应用

（1）语音处理：

语音编码、语音合成、语音识别、语音增强、语音邮件、语音储存等。

（2）图像／图形：

二维和三维图形处理、图像压缩与传输、图像识别、动画、机器人视觉、多媒体、电子地图、图像增强等。

军事、保密通信、雷达处理、声呐处理、导航、全球定位、跳频电台、搜索和反搜索等。

（3）仪器仪表：

频谱分析、函数发生、数据采集、地震处理等。

（4）自动控制：

控制、深空作业、自动驾驶、机器人控制、磁盘控制等。

（5）医疗：

助听、超声设备、诊断工具、病人监护、心电图等。

（6）家用电器：

数字音响、数字电视、可视电话、音乐合成、音调控制、玩具与游戏等。

（7）生物医学信号处理举例：

CT:

计算机X射线断层摄影装置。

（其中发明头颅CT英国EMI公司的豪斯

菲尔德获诺贝尔奖。

）

CAT：

计算机X射线空间重建装置。

出现全身扫描，心脏活动立体图形，脑

肿瘤异物，人体躯干图像重建。

一、设计任务和设备

1.1设计技术指标要求

利用DSP的CPU硬件资源

使用GPIO引脚

外接直流5V的LED灯

1.2设计内容

设计说明书

电路原理图

各设计模块单元原理

实验结果动态显示说明

1.3设计所需设备

PC机

TDS2812EVMA板

CCStudio3.1软件

电源

TDS510USB仿真器

WindowsXP台式电脑一台

USB电缆

AltiumDesigner软件包一套

1.4设计说明

TDS510USB仿真器：

适用于工作电压在1.0到5.0伏之间的TM320系列数字信号处理器。

仿真器为USB2.0接口设备，支持即插即用及热插拔，支持WINDOWS98/2000/XP。

TDS2812EVMA：

基于TI公司的32位定点TM320F2812DSP针对自动控制而开发的应用模块，其目的是能为上述领域开发者提供一个快捷，成熟的，高性能的硬件，软件解决方案。

二、硬件设计

设计中使用F2812的GPIO口与LED灯连接。

LED灯在DSP系统中常用作信号灯使用，提示系统当前的某些状态。

LED灯的控制需在阳极与阴极提供一个1.7V的正向电压，并使流经LED的电流为5~10mA，即可以较理想的点亮LED灯。

通过程序控制，设置GPIOA引脚为输出方式。

使GPIOA引脚输出为低电时，电源与GPIOA引脚间有电压差，从而点亮LED灯；使GPIO引脚输出为高电平时，电源与GPIO引脚间电压差为0，则LED灯不亮。

系统硬件设计总框图如图所示：

图2.1硬件设计总体框图

2.1F2812模块介绍

TMS320F28x系列DSP是32位的定点数字信号处理器，是目前国际市场上最先进、功能最强大的定点DSP芯片。

它继承了数字信号处理的诸多优点，例如可调整的哈佛总线结构和循环寻址方式。

同时TMS320F28x系列DSP使用精简指令集（RISC），从而使CPU能够周期地执行寄存器到寄存器的操作。

TMS320F28x系列DSP既具有数字信号处理能力，又具有强大的事件管理能力和嵌入式控制功能，特别适用于有大批量数字处理的测控场合。

图2.2F2812最小系统原理图

2.2TDS2812EVMV板介绍

TDS2812EVMV板包含内容

模板包含了一些易受EDS损坏的敏感元件，人体上积累电荷的放电都可能带来器件的损坏。

因此在接触硬件前请使用防静电的措施先释放掉人体的静电。

本模板包含了如下内容

●硬件模板一块

●测试软件程序

TDS2812EVMV板包含的内容，如下图：

图2.3TDS2812EVMV板原理图

2.3F2812GPIO

TMS320F2812DSP有多达56个通用数字量输入输出端口（GPIO），其中绝大部分是通用I/O和专用功能复用引脚。

数字量I/O端口模块采用一种灵活配置的方法控制服用引脚功能，GPIOMUX寄存器用来选择F2812的引脚操作模式，可以通过该寄存器独立设置每个引脚的功能。

如果选择数字量I/O模式，可以通过GPxDIR寄存器配置数字量I/O的方向，并通过GPxQUAL进一步消除数字量I/O引脚的噪声信号。

此外，处理器提供GPxSET和GPxCLEAR寄存器对数字量进行置位和清零，还可以通过GPxDAT寄存器独立读/写I/O信号。

2.4用DSP的GPIO口扩展LED灯的动态显示硬件设计

LED灯的控制需在阳极与阴极提供一个1.7V的正向电压，并使流经LED的电流为5~10mA，即可以较理想的点亮LED灯。

设计的硬件电路图如下：

图2.4设计的硬件电路图

三、软件设计

3.1软件系统分析

软件的设计主要是通过利用C语言的编程来实现LED灯动态显示的控制，程序的设计包括初始化DSP时钟、系统初始化、选通发光二极管、按顺序点亮发光二极管，其中编制延时子程序，在各LED灯的点亮中间加入适当的延时。

3.2程序流程图

通过程序控制，设置GPIOA引脚为输出方式。

使GPIOA引脚输出为低电平时，电源与GPIOA引脚间有电压差，从而点亮LED灯；使GPIO引脚输出为高电平时，电源与GPIO引脚间电压差为0，则LED灯不亮。

通过软件延时来调整发光二极管的延时间隔。

图3.1程序流程图

四、心得体会

通过这次课程设计，我对课本上的知识有了更加深入的了解，通过实践操作使我加深了对理论知识的理解。

在此次课程设计中，我收获了喜悦也遭受过挫折。

尤其是在硬件设计上，由于一心想有仿真结果，所以开始的时候有些浮躁，尤其是电路不按预期目标运行时感觉稍稍受挫，但我继续努力，一次次做下去，但当经过各种努力后，还是无法使其运行于可控范围内，受挫感的确很强，不过当稍有进展，或者运行结果正确的情况下，心中也是非常高兴的。

课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。

此次课程设计，我仍感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到实践，在这些日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问，但被我们一一解决。

看着自己这些天的辛苦有了回报，感觉很踏实。

以后会更加努力！

参考文献

[1]王忠勇陈恩庆著.《DSP原理与应用技术》.电子工业出版社.2011年

[2]TS-2812A实验箱实验指导书

程序清单

#include"DSP281x_Device.h"//DSP281xHeaderfileIncludeFile

#include"DSP281x_Examples.h"//DSP281xExamplesIncludeFile

#include"f2812a.h"

//定义指示灯寄存器地址和寄存器类型

#defineLBDS（*（（unsignedint*）0xc0000））

//子程序接口

voidDelay（unsignedintnDelay）;//延时子程序

main（）

{

unsignedintuLED[4]={1,2,4,8};//控制字，逐位置1:

0001B0010B0100B1000B

//逐位点亮，

//unsignedintuLED[4]={0xc,9,3,6};//控制字，逐位置1:

1100B1001B0011B0110B

//两个LED顺序点亮

//unsignedintuLED[4]={7,0xe,0xd,0xb};//控制字，逐位置1:

0111B1110B1101B1011B

//三个LED顺序点亮

inti;

InitSysCtrl（）;//初始化DSP运行时钟

while

（1）

{

for（i=0;i<4;i++）

{

LBDS=uLED[i];//正向顺序送控制字

Delay（256）;//延时

}

for（i=3;i>=0;i--）

{

LBDS=uLED[i];//反向顺序送控制字

Delay（256）;//延时

}

}

}

voidDelay（unsignedintnDelay）

{

intii,jj,kk=0;

for（ii=0;ii

{

for（jj=0;jj<512;jj++）

{

kk++;

}

}

}