PWM波形程序设计

1、等级: 湖南xx学院课 程 设 计课程名称 DSP 原 理 及 应 用 课题名称 PWM波形程序设计 专 业 班 级 班 学 号 姓 名 xx 指导教师 万x 林 xx 201x年 xx 月 xx日湖南xx学院课 程 设 计 任 务 书 课程名称 DSP原理及应用 课题名称 DSP系统设计+PWM波形程序设计专 业 班 级 班 学 号 姓 名 xx 指导教师 万x 林 xx 任务书下达日期 20xx年xx月xx日任务完成日期 20xx年xx月xx日设计内容与设计要求设计一个DSP系统并编写相应程序，内容包括：1、系统设计，包括：1) 电源电路2) 复位电路3) 时钟电路4) 外部存储器总线接口

2、电路(扩充一定容量的外部存器)5) 仿真器接口电路2、编程实现在DSP的PWM1-PWM6引脚上输出占空比固定(或可变)的PWM波形设计要求：1）确定系统设计方案；2）进行系统的硬件设计，完成必要的参数计算与元器件选择；绘制电路图(使用protel软件)；3）完成应用程序设计；主要设计条件 1、CCS IDE开发软件2、PROTEL 软件 3、教材及其它参考书说明书格式1. 课程设计任务书2. 目录3. 系统结构框图4. 各单元硬件设计说明及计算方法5. 软件设计与说明（包括流程图）6. 程序清单7. 总结8. 参考文献附录附录A 系统原理图(protel原理图)附录B 程序清单进 度 安 排

3、设计时间为两周第一周星期一、上午：布置课题任务，讲课及课题介绍 下午：借阅有关资料星期二、确定总体设计方案星期三、硬件模块方案设计星期四、软件模块方案设计星期五、元器件参数计算及选择第二周星期一、各硬件模块设计星期二、各软件模块设计星期三、各软件模块设计星期四、写说明书星期五、上午：写说明书，整理资料下午：交设计资料，答辩参 考 文 献1、TMS320LF240xDSP原理及应用 清华大学出版社2、Icetek-LF2407-A教学实验系统实验指导书3、TMS320C55x系列DSP指令系统、开发工具与编程指南清华大学出版社，Texas Instruments Incorporated 编目录

4、第一章 概述11.1 DSP介绍11.2 DSP的优点21.3 DSP的应用3第二章 系统总体设计42.1 设计要求42.2 设计原理及框图42.3 主要芯片说明52.3.1 TMS320LF2407A52.3.2 TPS7333Q72.3.3 CY7C10217第三章 硬件设计83.1电源电路83.2复位电路93.3 PLL锁相环电路93.4晶振电路103.5 JTAG仿真接口电路103.6 外部扩展存储器113.7其他引脚12第四章 软件设计13第五章 仿真调试155.1硬件调试155.2软件调试15总结16参考文献17附录18附录1.最小系统原理图18附录2：PWM程序清单19第一章 概

5、述1.1 DSP介绍数字信号处理(Digital Signal Processing，简称DSP)是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。20世纪60年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。数字信号处理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。在过去的二十多年时间里，数字信号处理已经在通信等领域得到极为广泛的应用。德州仪器、Freescale等半导体厂商在这一领域拥有很强的实力。 DSP (digital signal processor)是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件

6、。其工作原理是接收模拟信号，转换为0或l的数字信号。再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。它不仅具有可编程性，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，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。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。DSP微处理器（芯片）一般具有如下主要特点：(1)在一个指令周期内可完成一玖乘法和一次加法；(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

7、断处理和硬件1/0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熏叠执行。1.2 DSP的优点DSP 芯片是模拟信号变换成数字信号以后进行高速实时处理的专用微处理器，其处理速度比最快的 CPU 还快 10-50 倍，具有处理速度高、功能强、性能价格比好以及速度功耗比高等特点，被广泛应用于具有实时处理要求的场合。DSP 系统以 DSP 芯片为基础，具有以下优点。1高速性，DSP 运行速度高达 1000MIPS 以上2编程方便，可编程DSP 可使设计人员在开发过程中灵活方便的对软件进行修改和升级。3稳定性好，DSP

8、 系统以数字处理为基础，受环境温度及噪声的影响比较小，可靠性高。4可重复性好，数字系统的性能基本上不受元器件参数性能的影响，便于测试、调试和大规模生产。5集成方便，DSP 系统中的数字部件有高度的规范性，便于大规模集成。6性价比高1.3 DSP的应用 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。 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。 仪器仪表：频谱分析、函数发生、数据采集、地震处理等。 自动控制：控制、深空作业、自动驾驶

9、、机器人控制、磁盘控制等。 医疗：助听、超声设备、诊断工具、病人监护、心电图等。 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。 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。第二章 系统总体设计2.1 设计要求 要求设计的最小系统包括TMS320LF2407A基本电路、电源电路、扩展RAM、指示灯等部分，需要用protel软件完成原理图，并编写验证程序，在实验箱上进行调试。2.2 设计原理及框图 对于

10、DSP2407，加上电源、复位和晶振，就构成了DSP最小系统。为使这一最小系统能工作在开发状态下，应配以锁相环、JTAG接口、扩展片外程序存储器、FLASH烧写、指示灯、引脚扩展以及对其他引脚的处理等电路。 DSP2407最小系统框图如图2-1所示：TMS320LF2407A锁相环电源模块扩展片外程序存储器JTAG电路晶振电路FLASH烧写滤波电路复位电路指示灯引脚扩展 图2-1最小系统框图2.3 主要芯片说明 2.3.1 TMS320LF2407A 1.该模块上的资源有32签字FLASH。 2.2千字SARAM，544字DARAM，外扩64千字的程序ROM，64的数据RAM。 3.两个事件管

11、理器EVA和EVB。 4.可扩展为外部存储器总共192K字空间：64K程序存储器，64K字数据存储器，64K字I/O寻址空间。 5.看门狗定时模块。 6.19位A/D转换器。 7.控制局域网络CAN模块。 8.串行通信接口SCI模块。 9.16为串行外设SPI接口模块。 10.基于锁相环的时钟发生器。 11.高达40个课单独编程或复用的通用输入/输出引脚GPIO。 12. 五个外部中断器13.电源管理包括三种低功耗末世，能将外设器件转入低功耗工作模式。片内资源功能参数描述存储资源FLASH；32K字；DARAM；544K字；SARAM 2K字2个事件管理EVA和EVB每个含2个16位通用定时器

12、TIME，8个16位脉冲调宽PWM通道，3个捕获单元CAP，1套正交编码脉冲QED接口通用I/O40个可单独编程的通用输入/输出引脚GPIO，部分属于复用脚串行接口现场总线CAN2.0B，串行通信接口SCI，串行外设接口SPI模拟接口ADC；16个输入通道，10位，最小转换时间为0.5us核心模块PLL时钟发生器，看门狗定时器（WDT），增强中断控制器，5个外部中断（2个电技驱动保护，2个可屏蔽中断，复位），3种低功耗电源管理模式 表2-2 TMS320LF2407A的常用资源见下表 图2-3 TMS320LF2407引脚分布图2.3.2 TPS7333QTPS7333Q是一款电压转换芯片，他

13、的输出电压为3.3V，其特点如下：11. TPS7333Q克服了常规LDO稳压器的弊端，它具有非常低的静态电流，即使对于变化较大的负载，静态电流可以保持稳定。2. 具有关断特性。3. 具有输入和输出电容的选择 图2-4 TPS7333Q芯片2.3.3 CY7C1021选用的RAM型号为CY7C1021，64k*16位大小。其高速转换时间：8、10、12、15ns，CMOS低功耗管理，TTL可共存界面，由3.3V供电，完全静态管理：无时钟或刷新要求，三种输出状态，高位、低位数据控制。 图2-5 CY7C1021第三章 硬件设计3.1电源电路电源电路的选择是系统设计的一个重要部分，设计好坏对系统的

14、影响最大。首先需要注意的是，为了减少电源噪音和相互干扰，数字电路和模拟电路一般要独立供电，数字的和摸拟的要分开，并最终通过一个磁珠在一点连在一起，用TPS7333Q进行3.3V电压的转换对最小系统供电。电路图如下所示：图3-1 电源电路设计图电源插孔J1 标识为内正外负，5V 稳压直流电源输入。FUSE 为自恢复保险；7333 电源转换芯片作为5V 转3.3V 的高性能稳压芯片。并可提供上电复位信号。该信号/RS_DSP 接到DSP 的复位引脚上。7333 输出后的10uF 和0.1uF 的电容不能省略，否则得不到稳定的3.3V电压。电容滤波电路是滤去所得3.3V的非直流部分。3.2复位电路T

15、MS320LF2407A内部带有复位电路，因此可以直接RS复位引脚外面接一个上拉电阻即可，这对简化外围电路，减少电路板尺寸很有用处，但是为了调试方便经常才管用手动复位电路。图3-2复位电路图3.3 PLL锁相环电路TMS320LF2407A内部就有内部锁相环电路，可以从一个较低的外部时钟通过锁相环倍频率电路实现内部倍频。TMS320LF2407A的PLL模块使用外部滤波器电路回路来一直信号抖动和电磁干扰，使信号抖动和干扰最小。图3-3 锁相环电路3.4晶振电路 DSP2407最小系统的时钟电路设计有两种工作方法。一种是利用利用锁相环时钟模块中提供内部振荡电路，在DSP芯片的引脚XTAL1/CL

16、KIN与XTAL2之间连接一晶体，启动内部振荡器。另一种方法是不使用片内的振荡电路，完全由外部有源晶体振荡器产生时钟电路信号。第二种方法比较复杂，这里使用第一种方法，如图3-4。 图3-4 晶振电路3.5 JTAG仿真接口电路 JTAG是JOINT TEST ACTION GPOUP的简称，JTAG接口用于连接DSP系统板和仿真器，实现仿真器DSP访问，JTAG的接口必须和仿真器的接口一致，否则将无法连接上仿真器。其连接图如下：图3-5 JTAG仿真接口 3.6 外部扩展存储器 DSP2407A仿真开发和脱机工作时使用不同的程序存储器。在仿真开发时，DSP2407A使用片外扩展的SARAM作为

17、程序存储器；而在脱机工作时，DSP2407A使用片内的FLASH存储器作为程序存储器。2407A片内RAM只有2K，如果要调试较大一些的程序的话就只能外扩RAM作为程序存储器。外扩的RAM也可以作为数据存储器。因为2407A内部RAM空间不足，数据采集大的场合，所有采样结果均保存在外部的CY7C1021中，CY7C1021在调试过程中作为程序的外部存储器，正常运行时作为AD采样结果的存储空间，如图2-5。 图3-6外部扩展总线接口电路3.7其他引脚 1.为使TMS320LF2407A最小系统正常工作，在设计时需考虑一下四种类型电源，以满足DSP芯片工作。CPU核电源：CPU核3.3V引脚VDD

18、，CPU核地引脚VSSI/O口电源：I/O口3.3V引脚VDDO，I/O口地引脚VSSOPLL电源：PLL 3.3V引脚PLL VCCA，PLL地引脚VSSFLASH编程电源：FLASH编程5V引脚VCCP应当把2407A以上所有电源引脚都接到各自供电电源上。 2.DSP其他引脚功能处理READY 接高电平，使其一直固定为有效的访问外部存储器状态ENA_144 通过上拉电阻接3.3V，其意义为使外部接口信号有效VIS_OE 可视为输出使能引脚，故悬空TP1、TP2 测试引脚，悬空 3.未用I/O引脚处理对于未用的I/O引脚，如果缺省状态为输出引脚，则可以悬空不接；如果缺省状态为输入引脚，可以将

19、它们上拉或下拉为固定电平。这样做有两方面原因：一是悬空不接时，电平浮动，对于DSP是一种干扰；二是输入引脚悬空，当高、低电平转换时，会产生功耗。对于未用的I/O引脚，若没有做硬件处理，在软件初始化时把这些I/O引脚设置为输出引脚。第四章 软件设计在电机控制和运动控制的应用中，PWM电路被设计为减少产生PWM波形的CPU开销和减少用户的工作量。与比较单元相关的PWM电路其PWM波形的产生由以下器存器控制：对于EVA 模块，T1CON、COMCONA、ACTRA和DBTCONA；对于EVB 模块，T3CON、COMCONB、ACTRB和DBTCONB。 产生PWM 的器存器设置： 设置和装载ACT

20、Rx 寄存器；如果使能死区，则设置和装载DBTCONx 寄存器；设置和装载T1PR 或T3PR 寄存器，即规定 PWM 波形的周期； 设置和装载COMCONx 寄存器； 设置和装载T1CON 或T3CON 寄存器，来启动比较操作； 更新CMPRx 寄存器的值，使输出的 PWM 波形的占空比发生变化。 图4-1 程序流程系统初始配置：unsigned int cmp = 0x1000; unsigned int uWork; asm(" setc INTM"); /* 关中断 */ asm(" setc SXM"); /* 符号位扩展有效 */ asm(&

21、quot; clrc OVM"); /* 累加器中结果正常溢出 */ asm(" clrc CNF"); /* B0被配置为数据存储空间 */ WDCR=0x6f; WDKEY=0x5555; WDKEY=0xaaaa; /* 关闭看门狗中断 */ SCSR1=0x81fe; /* DSP工作在40MHz */ IMR=0; /* 屏蔽所有可屏蔽中断 */ IFR=0x0ffff; /* 清除中断标志 */ uWork=WSGR; /* I/O引脚0等待 */ uWork&=0x0fe3f; WSGR=uWork;波形输出：CMPR1=0x3000; /*

22、 比较单元1设置 */ CMPR2=0x3000; /* 比较单元2设置 */ CMPR3=0x3000; /* 比较单元3设置 */ CMPR4=0x3000; /* 比较单元4设置 */CMPR5=0x3000; /* 比较单元5设置 */ CMPR6=0x3000; /* 比较单元6设置 */ 第五章 仿真调试5.1硬件调试测试最小系统是否成功有以下四个步骤： 1上电后，检测3.3V电压时候正常，如果正常，进入下一步；否则，检查电源部分电路。 2上电后，直接测量CLKOUT引脚，查看是否有时钟信号输出，以及时钟信号的频率时候和设置一样。若CLKOUT信号正确，进入下一步；否则检查时钟和复

23、位信号。3连接好仿真器，查看是否能打开仿真软件CCS。如果可以打开CCS，进入下一步；否则检查JTAG接口电路和上拉电阻。4通过DSP下载程序DSP中运行，查看运行结果。5.2软件调试打开安装好的CCS软件，选择与我们匹配的仿真器ICETEK-5000USB，设置成Emulator方式。建立工程文件，其中包括：源程序文件、头文件、命令文件、库文件。将设计好的程序输入里面，进行编译与修改最终烧些到我们的DSP中，点击运行进行调试观察现象。最终示波器显示6个PWM波形。总结 课程设计时间虽短，但是这次我也基本熟悉了一种新的集成开发环境CCS，学习新的知识的过程也是自己学习能力培养与提升的过程。 仿

24、真器驱动程序的安装以及相应的配置流程也有了一定的了解。仿真环境的配置，到工程的建立，文件的加载，到程序的仿真，与目标板的链接与调试，整个过程在摸索中逐渐熟悉。对已有程序进行修改，重复相应的过程也能实现预定的功能，在短短的时间里能掌握这些基本就差不多了，由于有的需要配置的文件的缺失，无法完成对相应工程的配置设置，所以采用的参考例程里的程序，完成整个过程，这也是一个学习的过程。做项目不是一个人的事，每个成员都应积极的参与，为整个项目的完成提供保障，团队的协作，尽可能的去发挥每个成员的专长，在整个项目的完成都能有所收获，这才应该是做项目的真正目的，加强同学之间的交流，用心付出，共同享受带给大家的成功

25、的喜悦。相关课程的学习只是个基础，在此基础之上对相应的硬件与软件结合，切实去体验一个芯片所能实现的各种功能，去发现所学的知识会在哪些方面用到，是如何应用，有怎样可以改进的方法，更深层次去掌握跟其他相关课程的交叉点，提升学习能力，从近期来看，可以为我们将要开始的毕业设计做准备，当做是一次练手，争取出色完成毕业设计，为四年的大学交出一份完美的答卷。从长远看，为自己以后的工作也在一定程度的奠定基础，学习能力强了，自己就能比较快的接受新知识，更能适应社会对人才的要求 。 相信团队的力量，同时也要提高个人解决问题的能力，让自己在团队中发挥的作用，将个人融入团队中，才能让自己有更大的收获。好好珍惜每次锻炼

26、学习的机会，不断提升自己，不断超越自己，成就人生美好的梦想！参考文献1 张雄伟 曹铁勇.DSP芯片的原理与开发应用.北京：电子工业出版社，20002 刘教瑜 曾勇 单片机原理及应用 武汉：武汉理工大学出版社， 2011 3 邹彦等. DSP原理及应用.北京：中国水利水电出版社，2004.4 戴明祯等. TMS320LF2407A的结构、原理及应用.北京：北京航空航天大学出版社社,2001.5 汪涛等.开放式DSP教学实验系统研究.武汉：华中科技大学出版社，2005.6 蒋建国等.DSP技术的应用与发展.北京：科学出版社，2000.附录附录1.最小系统原理图附录2：PWM程序清单 #includ

27、e "regs240x.h" void Delay(unsigned int nDelay); / 延时子程序 main() unsigned int cmp = 0x1000; unsigned int uWork; asm(" setc INTM"); /* 关中断 */ asm(" setc SXM"); /* 符号位扩展有效 */ asm(" clrc OVM"); /* 累加器中结果正常溢出 */ asm(" clrc CNF"); /* B0被配置为数据存储空间 */ WDCR=0x6f; WDKEY=0x5555; WDKEY=0xaaaa; /* 关闭看门狗中断 */ SCSR1=0x81fe; /* DSP工作在40MHz */ IMR=0; /* 屏蔽所有可屏蔽中断 */ IFR=0x0ffff; /* 清除中断标志 */ uWork=WSGR; /* I/O引脚0等待 */ uWork&=0x0fe3f; WSGR=uWork; MCRA=MCRA|0x3c0; /* IOPA611被配置为基本功能方式，PWM1.2.3.4.5.6 */ ACTRA=0