DSP应用系统设计

2023年1月14日DSP原理及应用1第9章

DSP应用系统的设计内容提要

DSP应用系统设计，在设计思路和资源组织上与一般的CPU和MCU有所不同。本章主要介绍基于TMS320F2812芯片的DSP系统硬件设计和应用程序设计以及FLAS的烧写方法。

●DSP最小系统设计●

DSP系统中常见的外围设备●

DSP应用系统设计●

DSP系统中FLASH的烧写方法

2023年1月14日DSP原理及应用2第9章DSP应用系统设计9.1DSP硬件最小系统设计

9.2DSP系统的其他外围设备9.3

应用程序设计9.4FLASH烧写方法2023年1月14日DSP原理及应用3第9章DSP应用系统设计9.1硬件系统设计概述

DSP系统的硬件设计又称为目标板设计，是在考虑算法需求、成本、体积和功耗核算的基础上完成的，一个典型的DSP目标板主要包括：

DSP芯片及DSP基本系统程序和数据存储器数/模和模/数转换器模拟控制与处理电路各种控制口和通信口电源处理电路和同步电路2023年1月14日DSP原理及应用49.1硬件设计概述

一个典型的DSP目标板结构如下图。

防混叠滤波器防混叠滤波器平滑滤波器平滑滤波器ADCADCDACDACTMS320C28x通信口控制口RAMEPROM信号预处理、MUX、程控放大等第9章DSP应用系统设计2023年1月14日DSP原理及应用59.1硬件设计概述

系统硬件设计过程：

确定硬件方案器件选型原理图设计PCB图设计硬件调试第一步：确定硬件实现方案；

在考虑系统性能指标、工期、成本、算法需求、体积和功耗核算等因素的基础上，选择系统的最优硬件实现方案。

第二步：器件的选择；一个DSP硬件系统除了DSP芯片外，还包括ADC、DAC、存储器、电源、逻辑控制、通信、人机接口、总线等基本部件。第9章DSP应用系统设计2023年1月14日DSP原理及应用69.1硬件设计概述

第二步：器件的选择；①

DSP芯片的选择

选择DSP芯片要综合多种因素，折衷考虑。

首先要根据系统对运算量的需求来选择；

其次要根据系统所应用领域来选择合适的DSP芯片；

最后要根据DSP的片上资源、价格、外设配置以及与其他元部件的配套性等因素来选择。

②

ADC和DAC的选择

A/D转换器的选择应根据采样频率、精度以及是否要求片上自带采样、多路选择器、基准电源等因素来选择；

D/A转换器应根据信号频率、精度以及是否要求自带基准电源、多路选择器、输出运放等因素来选择。

第9章DSP应用系统设计2023年1月14日DSP原理及应用79.1硬件设计概述

第二步：器件的选择；③

存储器的选择

常用的存储器有SRAM、EPROM、E2PROM和FLASH等。可以根据工作频率、存储容量、位长(8/16/32位)、接口方式(串行还是并行)、工作电压(5V/3V)等来选择。

④

逻辑控制器件的选择

系统的逻辑控制通常是用可编程逻辑器件来实现。

首先确定是采用CPLD还是FPGA；

其次根据自己的特长和公司芯片的特点选择哪家公司的哪个系列的产品；

最后还要根据DSP的频率来选择所使用的PLD器件。第9章DSP应用系统设计2023年1月14日DSP原理及应用88.1硬件设计概述

第二步：器件的选择；⑤

通信器件的选择

通常系统都要求有通信接口。

首先要根据系统对通信速率的要求来选择通信方式。

一般串行口只能达到19kb/s，而并行口可达到1Mb/s以上，若要求过高可考虑通过总线进行通信；

然后根据通信方式来选择通信器件。

⑥

总线的选择

常用总线：PCI、ISA以及现场总线(包括CAN、3xbus等)。

可以根据使用的场合、数据传输要求、总线的宽度、传输频率和同步方式等来选择。

第9章DSP应用系统设计2023年1月14日DSP原理及应用99.1硬件设计概述

第二步：器件的选择；⑦

人机接口

常用的人机接口主要有键盘和显示器。

通过与其他单片机的通信构成；

与DSP芯片直接构成。

⑧

电源的选择

主要考虑电压的高低和电流的大小。

既要满足电压的匹配，又要满足电流容量的要求。

第9章DSP应用系统设计2023年1月14日DSP原理及应用109.1硬件设计概述

系统硬件设计过程：

确定硬件方案器件选型原理图设计PCB图设计硬件调试第三步：原理图设计；

从第三步开始就进入系统的综合。在原理图设计阶段必须清楚地了解器件的特性、使用方法和系统的开发，必要时可对单元电路进行功能仿真。第一步：确定硬件实现方案；

第二步：器件的选择；第9章DSP应用系统设计2023年1月14日DSP原理及应用119.1硬件设计概述

第三步：原理图设计；

原理图设计包括：

系统结构设计

可分为单DSP结构和多DSP结构、并行结构和串行结构、全DSP结构和DSP/MCU混合结构等；

模拟数字混合电路的设计

主要用来实现DSP与模拟混合产品的无逢连接。

包括信号的调理、A/D和D/A转换电路、数据缓冲等。

第9章DSP应用系统设计2023年1月14日DSP原理及应用129.1硬件设计概述

第三步：原理图设计；

原理图设计包括：

存储器的设计

是利用DSP的扩展接口进行数据存储器、程序存储器和I/O空间的配置。

通信接口的设计

电源和时钟电路的设计

控制电路的设计

包括状态控制、同步控制等。

在设计时要考虑存储器映射地址、存储器容量和存储器速度等。

第9章DSP应用系统设计2023年1月14日DSP原理及应用139.1硬件设计概述

系统硬件设计过程：

确定硬件方案器件选型原理图设计PCB图设计硬件调试第三步：原理图设计；

PCB图的设计要求设计人员既要熟悉系统的工作原理，还要清楚布线工艺和系统结构设计。第一步：确定硬件实现方案；

第二步：器件的选择；第四步：PCB设计；

第五步：硬件调试；

第9章DSP应用系统设计2023年1月14日DSP原理及应用149.1.1DSP最小系统设计

一个完整的DSP系统通常是由DSP芯片和其他相应的外围器件构成。

本节主要以TMS320F2812系列芯片为例，介绍DSP硬件系统的基本设计，包括:

电源电路复位电路时钟电路调试接口存储器第9章DSP应用系统设计2023年1月14日DSP原理及应用15电源为整个系统提供能量，是整个应用系统良好工作的基础，具有极其重要的地位。

为了降低芯片功耗，’C28x系列芯片大部分都采用低电压设计，并且采用双电源供电，即9.1.2

电源电路的设计

内核电源CVDDI/O电源DVDD

——采用3.3V、2.5V，或1.8V电源；

——采用3.3V供电。第9章DSP应用系统设计2023年1月14日DSP原理及应用169.1.2

电源电路的设计

内核电源CVDD：采用1.8V。

主要为芯片的内部逻辑提供电压。

包括CPU、时钟电路和所有的外设逻辑。

I/O电源DVDD：采用3.3V。

主要供I/O接口使用。1.电源电压和电流要求

可直接与外部低压器件接口，而无需额外的电平变换电路。

第9章DSP应用系统设计2023年1月14日DSP原理及应用179.1.2

电源电路的设计

2.电源解决方案

产生电源的芯片:

Maxim公司：MAX604、MAX748；

TI公司：TPS71xx、TPS72xx、TPS73xx等系列。

这些芯片可分为:线性稳压芯片开关电源芯片

——

使用方法简单，电源纹波电压较低，对系统的干扰较小，但功耗高。

——电源效率高，但电源所产生的纹波电压较高，容易对系统产生干扰。第9章DSP应用系统设计2023年1月14日DSP原理及应用183.电源解决方案DSP系统电源方案有以下几种：

采用3.3V单电源供电

可选用TI公司的TPS7133、TPS7233和TPS7333；Maxim公司的MAX604、MAX748。采用可调电压的单电源供电

可选用TI公司的TPS7101、TPS7201和TPS7301。

采用双电源供电

可选用TI公司的TPS73HD301、TPS73HD325、TPS73HD318等芯片。第9章DSP应用系统设计2023年1月14日DSP原理及应用19采用TPS73HD318双电源电路

TI公司提供的双电源芯片：TPS73HD318

—

固定的输出电压:3.3V和1.8V

每路电源的最大输出电流为750mA，并且提供两个宽度为200ms的低电平复位脉冲。第9章DSP应用系统设计2023年1月14日DSP原理及应用209.1.3

时钟电路的设计

时钟电路用来为’C28x芯片提供时钟信号，由一个内部振荡器和一个锁相环PLL组成，可通过芯片内部的晶体振荡器或外部的时钟电路驱动。

1.时钟信号的产生

’C28x时钟信号的产生有两种方法：

使用外部时钟源；

使用芯片内部的振荡器和外部的一个无源晶振。第9章DSP应用系统设计2023年1月14日DSP原理及应用211.时钟信号的产生(1)

使用外部时钟源

将外部时钟信号直接加到DSP芯片的X2/CLKIN引脚，而X1引脚悬空。VDD外部晶振

X2/CLKINX1

外部时钟源可以采用频率稳定的晶体振荡器，具有使用方便，价格便宜，因而得到广泛应用。第9章DSP应用系统设计2023年1月14日DSP原理及应用221.时钟信号的产生(2)使用芯片内部的振荡器在芯片的X1和X2/CLKIN引脚之间接入一个晶体,用于启动内部振荡器。C1C2晶体

X1

X2/CLKINC1=C2=10pF第9章DSP应用系统设计2023年1月14日DSP原理及应用232.锁相环PLL

锁相环PLL具有频率放大和时钟信号提纯的作用，利用PLL的锁定特性可以对时钟频率进行锁定,为芯片提供高稳定频率的时钟信号。

锁相环还可以对外部时钟频率进行倍频，使外部时钟源的频率低于CPU的机器周期，以降低因高速开关时钟所引起的高频噪声。第9章DSP应用系统设计2023年1月14日DSP原理及应用249.1.4

复位电路的设计

’C28x的复位分为软件复位和硬件复位。

软件复位：是通过执行指令实现芯片的复位。

硬件复位：是通过硬件电路实现复位。

硬件复位有以下几种方法:

上电复位

手动复位

自动复位

第9章DSP应用系统设计2023年1月14日DSP原理及应用259.1.4

复位电路的设计1.

上电复位电路上电复位电路是利用RC电路的延迟特性来产生复位所需要的低电平时间。

由RC电路和施密特触发器组成。TMS320C28xRS11C

RVCC74HC14第9章DSP应用系统设计2023年1月14日DSP原理及应用269.1.4

复位电路的设计2.手动复位电路手动复位电路是通过上电或按钮两种方式对芯片进行复位。TMS320C28xRSCRVCCR1

电路参数与上电复位电路相同。

当按钮闭合时，电容C通过按钮和R1进行放电，使电容C上的电压降为0；

当按钮断开时，电容C的充电过程与上电复位相同，从而实现手动复位。

第9章DSP应用系统设计2023年1月14日DSP原理及应用273.自动复位电路

采用专用的自动复位集成电路如TI公司的TPS3823。

第9章DSP应用系统设计2023年1月14日DSP原理及应用289.1.5

调试与测试接口现代电路系统越来越强调系统的可调试性，因此调试测试接口的设计也越来越受到重视。对于F2812系统来说，在开发时就需要设计一个JTAG接口来为芯片下载、调试和测试程序。

第9章DSP应用系统设计2023年1月14日DSP原理及应用299.1.6

外部扩展存储器

F2812的片内数据存储空间比较小（18K×16位），在一个需要较多数据或程序存储空间的系统应用场合，可以外扩一个SRAM存储器。F2812为用户提供了5个XINTF接口，可以扩展大约1M×16位存储空间。采用IS61LV6416SRAM，IS61LV6416有16根数据总线和16根地址总线，最大存储空间为64K×16位。

使用F2812的XINTF区域2扩展一个SRAM（IS61LV6416-10T）的电路原理图，其地址范围为：0x080000～0x08FFFF。对外部扩展存储器的读写访问例程见9.3.4.1节。第9章DSP应用系统设计2023年1月14日DSP原理及应用30第9章DSP应用系统设计2023年1月14日DSP原理及应用319.2其他外围设备在实际工程中，通常还需要利用芯片内的接口在系统中扩展一些其他的外围设备，以实现人机接口或通信等功能。这些外设包括：按键、LED灯、蜂鸣器、数码管、液晶模块、SCI接口、ADC接口、eCAN接口、SPI接口、外扩DAC和步进电机等。这里介绍一些最常用设备的扩展。第9章DSP应用系统设计2023年1月14日DSP原理及应用329.2.1

GPIO扩展设备F2812处理器所有的GPIO引脚都与特殊功能引脚共用，但是DSPs应用系统中特殊功能引脚并没有全部使用，因此，可以在没有用做特殊功能的GPIO引脚上扩展外围设备。按键LED灯与数码管蜂鸣器液晶模块接口第9章DSP应用系统设计2023年1月14日DSP原理及应用33独立按键

矩阵键盘

1.按键第9章DSP应用系统设计2023年1月14日DSP原理及应用34LED

数码管

2.LED灯与数码管第9章DSP应用系统设计2023年1月14日DSP原理及应用35在DSP系统中常用的蜂鸣器有直流型和交流型两种。直流型蜂鸣器只需提供额定电压就可以控制蜂鸣器响，其蜂鸣频率是固定不能更改的；而交流型则可以通过更改驱动电流的频率来调整蜂鸣频率。

3.蜂鸣器第9章DSP应用系统设计2023年1月14日DSP原理及应用36液晶显示屏（LCD）的种类很多，按材料构造可分为：扭曲向列型（TN）、超扭曲向列型（STN）和薄膜晶体管型（TFT）等；按驱动方式可分为：静态驱动、单纯矩阵驱动和主动矩阵驱动三种；按像素点可分为：单色屏、4级灰度屏、8级灰度屏、64级灰度屏、256级灰度屏、16色屏、256色伪彩色屏和TFT真彩色屏等。

DSPs本身一般没有液晶驱动控制功能，所以选择LCD时，应选择带有驱动控制的LCD模块（LCM），它是将液晶显示器件、连接件、驱动和控制电路（有些液晶模块需要外接液晶控制器）、PCB线路板、背光源、结构件装配在一起的组件。4.液晶模块接口第9章DSP应用系统设计2023年1月14日DSP原理及应用37第9章DSP应用系统设计以深圳市欧普迪科技开发有限公司的TG240128A图形点阵液晶显示模块为例，介绍LCM与F2812的连接。

2023年1月14日DSP原理及应用38在设备间进行串行数据通信时一般不使用SCI口直接连接，用MAX3232或是SP3232E芯片把F2812SCI接口的CMOS电平转换成RS232标准的负逻辑电平。

第9章DSP应用系统设计9.2.2

SCI接口2023年1月14日DSP原理及应用39F2812内部有一个12位AD转换器，分成两个独立的8通道模块，这里主要介绍ADC接口的片外连接电路。

第9章DSP应用系统设计9.2.3

ADC接口2023年1月14日DSP原理及应用40第9章DSP应用系统设计9.3应用程序设计

9.3.1

连接命令文件

在硬件仿真环境的例程中一般使用如下两个.cmd文件，F2812_EzDSP_RAM_lnk.cmd、DSP281x_Headers_nonBIOS.cmd。如果用户想在Flash中运行程序则需要配置Flash寄存器，并对CMD文件进行修改。

2023年1月14日DSP原理及应用41头文件既体现了模块化编程的思想，又注意保持了与汇编语言结合使用的特色，非常适合于大型DSP系统软件的设计。详细了解头文件的组成，不仅仅有利于加深对于DSP外设寄存器的使用，还有利于加强嵌入式系统编程的能力。

第9章DSP应用系统设计9.3.2

F2812头文件

☆DSP281x_CpuTimers.h定义定时器寄存器组☆DSP281x_Adc.h定义模数转换器寄存器组☆DSP281x_Ev.h定义事件管理器寄存器组☆DSP281x_ECan.h定义CAN通信寄存器组☆DSP281x_Gpio.h定义多功能输入输出选择寄存器组2023年1月14日DSP原理及应用42☆DSP281x_Mcbsp.h定义多通道缓冲串行口寄存器组☆DSP281x_Sci.h定义串行通信接口寄存器组☆DSP281x_Spi.h定义串行外设接口寄存器组☆DSP281x_Xintf.h定义外部扩展接口寄存器组☆DSP281x_PieVect.h定义PIE中断向量表☆DSP281x_PieCtrl.h定义PIE中断控制寄存器组☆DSP281x_SysCtrl.h定义系统控制寄存器组☆DSP281x_Device.h定义芯片功能性变量☆DSP281x_Dev