DSP控制器原理与应用张小鸣

会计学1DSP控制器原理与应用张小鸣退出第1页/共40页退出第2页/共40页DC/DC芯片的主要参数型号功能输入电压(V)输出电压(V)输入电流(mA)输出电流(mA)最大值典型值MAX877开关型升/降压1.8~650.310.22240MAX777/778/779开关型升压1~65/3或3.3/可调0.310.22300MAX639/640/653开关型降压4~11.55/3.3/3可调0.020.01225MAX738A/744A开关型降压6~16531.7750MAX878开关型升/降压1.8~63.3/30.310.22240MAX748开关型降压3.3~163.331.7750MAX651/649/652开关型降压4~16.53.3/30.10.082000TPS7333Q开关型降压53.3500退出第3页/共40页

对于需同时产生3.3V和1.8V的电源，可采用图5-3所示的TI公司的TPS767D318电路。该芯片属于线性降压型DC/DC变换电路，由5V可同时产生两种不同的电压(3.3V、1.8V或2.5V)，其最大输出电流1000mA，可同时驱动一片DSP和少量外围电路。退出第4页/共40页

另外，在设计PCB板时，对于模拟电源(VDD)和数字电源(VCC)、模拟地(AGND)和数字地(DGND)应分开走线，建议使用专门的电源和地线布线，且电源和地线要尽可能地宽，并且在主干线上要放置大小不等的滤波电容(50-100μF)，以滤除多种不同频率的噪声。在电源和地线的支线上和器件附近，也要安排一些小电容(0.01-0.1μF)。退出第5页/共40页7.2、晶振、锁相环及复位电路7.2.1晶振电路

DSP所需的晶振一般有两种：有源晶振和无源晶振。其中有源晶振有四个引脚，无源晶振有两个引脚。

有源晶振按供电方式的不同又可分为＋5V和＋3.3V两种。图示的接法为＋3.3V供电方式，使用＋3.3V供电晶振的主要优点是电路连接比较简单，可以直接连接到DSP的XTAL1的引脚上(DSP外围电压是3.3V)。退出第6页/共40页采用＋5V供电方式的有源晶振时，需在它的输出端进行电平转换。有源晶振驱动能力较强，输出频率范围也较宽(1Hz-400MHz)，因此在设计DSP系统时经常采用。使用无源晶振的优点是价格便宜，但它的驱动能力比较差，一般不能提供多个器件共享，而且它可提供的频率范围也比较小(一般在20kHz-60MHz)。图5-4所示的无源晶振所接的电容典型值为20-30pF。退出第7页/共40页7.2.2锁相环电路

TMS320LF2407A内部具有锁相环(PLL)电路，可将一个较低的外部时钟在芯片内部实现倍频，这对于整个电路板的电磁兼容性是很有好处的，因为外部只需使用较低频率的晶振，避免了外部电路的时钟干扰，同时也避免了高频时钟干扰电路板上的其他电路。TMS320LF2407A的PLL模块使用外部滤波电路回路来抑制信号抖动和电磁干扰，使信号抖动和干扰影响最小。

在设计PCB板时，所有连接PLL的导线必须尽可能的短。

退出第8页/共40页7.2.3复位电路

TMS320LF2407A内部带有上电复位电路，可以直接在RS复位引脚外接一个上拉电阻即可，这对于简化外围电路、减少PCB板的尺寸是很有用处的。但是为了调试方便经常采用图示的手动复位电路，在调试时可方便地进行手动复位。退出第9页/共40页7.3电平转换接口电路

随着便携式数字电子产品的迅速发展，要求使用体积小、功耗低的器件来构成电路，因此，现在许多集成电路的工作电压已经从＋5V降低到＋3.3V，但在许多场合仍在用＋5V供电的逻辑器件，因此许多设计是＋5V和+3.3V逻辑器件共存，而且不同的电源电压在同一PCB中混用。随着更低电压标准的引入，混合电压的系统将会在很长时间内存在。

TMS320LF2407A等新一代DSP芯片的I/O工作电压是3.3V，因此，其I/O电平也是3.3V。在设计DSP系统时，除了DSP芯片外，必须设计DSP芯片与其他外围芯片的接口，如果外围芯片的工作电压也是3.3V，那么就可以直接连接。但是，由于现有的很多外围芯片的工作电压是5V，因此就存在一个如何将3.3VDSP芯片与这些+5V供电芯片的可靠连接问题。

退出第10页/共40页对于3.3V低电压DSP器件来讲，其引脚信号高低电平的门限值与普通TTL门限相同，故DSP的输出信号可以直接驱动5V外围器件的输入，不需附加电平转换电路；另外，由于DSP引脚允许输入信号电压的范围是0~3.6V，不可以承受5V的输入信号电压，因此，在DSP与外围器件之间应进行电平转换。退出第11页/共40页

74LVC245的输入端可承受5.5V信号，其输出信号的电平为3.3V，与其功能类似的芯片还有74LVC4245、74LVC16245等。输入功能DIRLL数据从B口到A口传送LH数据从A口到B口传送HX隔离状态

除了上述电平转换方法外，还可采用双电压工作的CPLD可编程器件实现电平之间的转换。

对于CMOS电平的外围器件，必须采用专门的转换芯片。退出第12页/共40页

以上介绍的转换器件不但起到了电平转换作用，同时也起到了驱动的作用。对于传输速率较低的数字信号，也可以考虑通过光电隔离的方法来实现。

退出第13页/共40页7.4JTAG接口电路设计

同其他的单片机应用系统一样，一个完整的DSP应用系统必须具有仿真器的标准接口，PC通过这个接口可以进行程序的调试和下载。仿真器和JTAG的连线可以购买，用户只需清楚JTAG接口的各个引脚的定义便可在应用板上设计自己的JTAG接口。

需注意的是，JTAG接口引脚的定义顺序不同于一般的集成芯片引脚的逆时针顺序，而是从上到下、左右交替排列。退出第14页/共40页JTAG接口与应用板中DSP芯片连接的原理图如下：1)要求安装仿真器的计算机与DSP应用系统可靠接地；2)禁止带电插拔JTAG接头；3)正确的操作顺序是：先退出计算机系统的仿真窗口，然后再将DSP应用板断电，否则可能出现仿真器不能正常运行的情况。

注意以下几点问题：退出第15页/共40页7.5DAC接口电路7.5.1串行D/A接口

由于DSP内部包含有串行外设接口SPI模块，且SPI的外部连线较少、速度较快，因此在应用系统中的SPI没有用作其他目的的情况下，可以配合具有SPI接口的外部器件进行D/A转换。

目前，具有SPI接口的外部器件较多，如LED驱动、A/D转换、D/A转换等芯片，其中，MAX5121就是适合于SPI通信的D/A转换芯片退出第16页/共40页7.5.2并行D/A接口DSP对并行DAC芯片的访问形式是只写不读。以下介绍DSP与AD7837的接口方法。

AD7837为12位双通道(A和B)的DAC，其数据线只有8位，低8位和高4位数据线复用，对于每个DAC，完成一次转换操作的过程是：先将待转换的低8位数据送到AD7837，然后，再写高4位，最后，通过I/O引脚输出一个转换锁存信号到AD7837的引脚，从而启动D/A转换。地址信号A0和A1用来选择AD7837中的A或B转换器。退出第17页/共40页7.6SRAM接口电路

SRAM是DSP最常用的外围存储设备，它具有接口简单、读写速度快等优点。常用的SRAM有IDT7128、CY7C1024、CY7C1021等。

退出第18页/共40页CY7C1021是16位高性能CMOS静态RAM，对其基本操作有两种情况：

1)当输入信号和同时为低电平时，选通该芯片的写功能。当低字节使能位变低时，选通低8位数据端口，即来自I/O引脚I/O8-I/O1的数据被写入到地址引脚A15-A0所指定的位置；当变低时，选通高8位数据端口，即来自I/O引脚I/O16-I/O9的数据被写入到地址引脚A15-0所指定的位置。

2)当输入信号和为低电平、同时迫使变高电平时，选通该芯片的读功能。当低字节使能位变低时，存储器中指定位置中的数据将出现在I/O引脚I/O8-I/O1上；如果高字节使能位变低时，指定的高8位数据出现在I/O引脚I/O16-I/O9上。

退出第19页/共40页CY7C1021功能表

选择，输出禁止高阻高阻HH××L选择，输出禁止高阻高阻××HHL写高8位数据输入高阻LH写低8位高阻数据输入HL写所有位数据输入数据输入LLL×L读高8位数据输出高阻LH读低8位高阻数据输出HL读所有位数据输出数据输出LLHLL掉电高阻高阻××××H模式I/O16-I/O9I/O8-I/O1退出第20页/共40页

图示给出了CY7C1021与DSP的一种接口电路。从图中可以看出，每次读、写操作的是整个16位数据，不分高低字节。通过译码电路将64KB的SRAM空间分为两个地址空间(由地址的最高位A15的值决定)，即数据区和程序区，具体区间的划分由用户的译码方法决定，利用DSP可方便地对CY7C1021进行读写操作。退出第21页/共40页TMS320LF240x应用实例3线－8线译码器第22页/共40页7.73线－8线译码器

本节以3线－8线译码器为例，介绍基于DSP的点对点控制实现方法。输入信号输出信号IOPE3IOPE2IOPE1IOPB7IOPB6IOPB5IOPB4IOPB3IOPB2IOPB1IOPB00000000000100100000010010000001000110000100010000010000101001000001100100000011110000000退出第23页/共40页7.7.1设计思路

1．TMS320LF2407A的I/O引脚处理本设计采用TMS320LF2407A来实现。由于本设计要用到的输入、输出引脚较多，而TMS320LF2407A芯片中独立使用的I/O引脚较少，大多数的I/O引脚都是和特殊功能的引脚复用。因此在初始化程序中要先把选定的引脚设置成通用的I/O功能。另外，为防止外界信号的干扰，译码器的输入引脚应接上拉电阻。为保证有一个稳定的输出和防止外界的干扰，应采用锁存器把输出的电平进行锁定。退出第24页/共40页2．硬件电路

3输入信号用3个按键开关来实现，且均接4.7kΩ的上拉电阻。当按键未按下时，IOPE输入高电平，当按键按下时，IOPE输入变为低电平，通过3个按键的不同状态组合，即可实现译码器的8种不同状态输入。译码器的输出用8个发光二极管来指示，对于某种按键的组合输入，只有一个相应的发光二极管点亮，表示输出一个控制信号，图中的1kΩ电阻为发光二极管的限流电阻。退出第25页/共40页SN74HC574N为8D锁存器,用于输出信号的锁存和驱动2407A的复位信号经74HC04反相后和SN74HC574N使能端相接，当2407A复位时，为低电平，为高电平，SN74HC574N无输出；当TMS320LF2407A正常工作时，为高电平，为低电平，SN74HC574N正常输出。用TMS320LF2407A的IOPC6引脚作为SN74HC574N的CLK信号，IOPC6通常应输出低电平，当IOPE6变为高电平时，SN74HC574N输出正常译码信号。退出第26页/共40页3．编程时应注意的问题一般而言，DSP程序包括主程序、系统初始化程序和存储器配置文件。如果系统没有正确初始化或存储器配置不正确，那么，即使主程序正确，系统也不能正确运行。DSP包含很多存储器映射的CPU寄存器和外设寄存器，在编程时经常要对它们进行配置，因此需先编写一个头文件，把这些寄存器的名称和数据存储空间对应起来，然后再使用。退出第27页/共40页7.7.2参考程序1．头文件F2407REGS.H参见附录C。2．汇编语言文件(.ASM)

.include“F2407REGS.H”;引用头文件

.def_c_int0.data;定义程序的数据段

input_temp.word00h;输入暂存寄存器

output_flag.word00h;按键值暂存寄存器1flag_temp.word00h;按键值暂存寄存器2io_decode_flag.word00h;输出译码暂存寄存器退出第28页/共40页;(1)主程序

.text;定义程序段_c_int0:NOPCALLsystem_init;调系统初始化程序

CALLioport_init;调I/O口初始化程序

NOPDecode_3_8_loop:CALLread_button;调按键读入程序

LDP#4;DP指针指向数据存储B0区

SPLK#0001h,io_decode_flag;给输出译码赋初值,

;表示DS0亮

LToutput_flag;output_flag中的值加载到TREG中

LACTio_decode_flag;io_decode_flag中的值左移

SACLio_decode_flag;左移的位数由TREG中的低4位决定

LDP#DP_PF2;DP指针指向7080h-70FFh退出第29页/共40页

LACLPCDATDIR;PCDATDIR中值加载到ACCOR#04040h;IOPC6设置为输出方式,输出值为高电平

SACLPCDATDIR;IOPC6输出高电平,使74HC547的CLK为高

LDP#4;DP指针指向数据存储B0区(200h-27Fh)LACLio_decode_flag;io_decode_flag的值加到ACCLDP#DP_PF2;DP指针指向7080h-70FFhSACLPBDATDIR;通过IOPB0-7送出译码控制信号

LACLPCDATDIR;PCDATDIR中值加载到ACCAND#0FFBFh;保持IOPC6为输出方式,输出低电平,

;关闭74HC574SACLPCDATDIRCALLcy_delay;调延时程序

LDP#4;DP指针指向数据存储B0区(200h-27Fh)SPLK#0h,io_decode_flag;对程序中的各种变量均清零

SPLK#0h,output_flag;用来保证本次结果不会影响

;到下次操作退出第30页/共40页

SPLK#0h,flag_tempSPLK#0h,input_flagNOPBdecode_3_8_loop;返回到程序主体;(2)系统初始化程序system_init:SETCINTM;禁止中断

CLRCOVM;ACC中的结果正常溢出

CLRCSXM;抑制符号扩展

CLRCCNF;B0区被配置为数据空间

LDP#DP_PF1;DP指针指向7000h-707FhSPLK#081FEh,SCSR1;CLKOUT输出CPU时钟，PLL=4SPLK#0E8h,WDCR;WDCR[6]置1,表示禁止看门狗,;WDCR[3-5]=101LDP#0;DP指向数据存储器的页0(0000h-007Fh)SPLK#0000h,IMR;屏蔽所有的CPU中断退出第31页/共40页

SPLK#0FFFFh,IFR;清除所有的CPU中断

RET;(3)I/O端口初始化程序ioport_init:LDP#DP_PF2;DP指向7080h-70FFhLACLMCRA;IOPB0-7配置为通用I/O口

AND#00FFhSACLMCRALACLMCRB;IOPC6配置为通用I/O口

AND#0FFBFh

SACLMCRBLACLMCRC;IOPE1-3配置为通用I/O口

AND#0FFF1hSACLMCRCLACLPBDATDIR;IOPB0-7配置为输出方式退出第32页/共40页OR#0FF00hSACLPBDATDIR

LACLPCDATDIR;IOPC6配置为输出方式

OR#04000hSACLPCDATDIRLACLPEDATDIR;IOPE1-3配置为输入方式

AND#0F1FFhSACLPEDATDIRRET;(4)读按键程序read_button:CALLcy_read;第一次读输入按键值

LDP#4;DP指向数据存储器B0区

LACLoutput_flag;第一次读的按键值存入flag_tempSACLflag_temp;用来和第二次读的按键值相比较

CALLcy_delay;延迟50ms，用于消除按键抖动退出第33页/共40页CALLcy_read;第二次读输入按键的状态

LDP#4LACLoutput_flagSUBflag_temp;第二次读按键值和第一次相比较

BCNDright_read,EQ;两者相等转到right_readSPLK#0,output_flag;若两次不等，需重新读取，

;同时把output_flag清0right_read:NOPRETcy_read:LDP#DP_PF2;DP指向7080h-70FFhLACLPEDATDIR;PEDATDIR加载到ACC,读IOPE1-3SFR;ACC右移1位,即移到;PEDATDIF[3-1]到PEDATDIR[2-0]退出第34页/共40页

AND#0007h;提取PEDATDIR[2~0]LDP#4SACLinput_temp;PEDATDIR[2~0]存到input_tempLACL#7;无按键按下时,IOPE1~3为高电平

SUBinput_temp;减PEDATDIR[2~0],以得相应的译码值

SACLoutput_flag;译码值存到output_flagRETCy_delay:LACL#2400;本例采用6MHz时钟，PLL=4,故系统时

;钟为24MHzCy_delay1:;此处采用循环等待的方法实现延时

SUB#1;2400×500/(24×103)=50msRPT#499;循环500次

NOPBCNDcy_delay1,NEQ;ACC不为0时返回cy_delay1RET.END退出第35页/共40页

MEMORY;声明可以被使用的存储器范围{PAGE0:;程序空间

VECS:origin=0000h,length=0040h;中断向量存储空间

PVECS:origin=0044h,length=0100h