DSP原理与应用知识总结.docx

上海电力学院 题目：DSP原理与应用大报告 院系：计算机与信息工程 专业年级： 2008071 学生姓名： 王涛 学号： 20081938 TMS320LF240x芯片概述TMS320系列包括：定点、浮点、多处理器数字信号处理器和定点DSP控制器。TMS320系列DSP的体系结构专为实时信号处理而设计，该系列DSP控制器将实时处理能力和控制器外设功能集于一身，为控制系统应用提供了一个理想的解决方案。主要特性：灵活的指令集；内部操作灵活性；高速的运算能力；改进的并行结构；有效的成本。定点系列TMS320C2000、TMS320C5000，浮点系列TMS320C6000（也有部分是定点DSP）。TMS320系列同一产品系列中的器件具有相同的CPU结构，但片内存储器和外设的配置不同。派生的器件集成了新的片内存储器和外设，以满足世界范围内电子市场的不同需求。通过将存储器和外设集成到控制器内部，TMS320器件减少了系统成本，节省了电路板空间，提高了系统的可靠性。TMS320LF240x DSP的特点：采用高性能静态CMOS技术，使得供电电压降为3.3V，减小了控制器的功耗；30MIPS的执行速度使得指令周期缩短到33ns（30MHz），提高了控制器的实时控制能力。基于TMS320C2000 DSP的CPU核，保证了TMS320C240x DSP代码和TMS320系列DSP代码的兼容。片内有32K字的FLASH程序存储器，1.5K字的数据/程序RAM，544字双口RAM（DARAM）和2K字的单口RAM（SARAM）。两个事件管理器模块EVA和EVB，每个包括：两个16位通用定时器；8个16位的脉宽调制（PWM）通道。可扩展的外部存储器（LF2407）总共192K字空间：64K字程序存储器空间；64K字数据存储器空间；64K字I/O寻址空间。看门狗定时器模块（WDT）。10位A/D转换器最小转换时间为500ns，可选择由两个事件管理器来触发两个8通道输入A/D转换器或一个16通道输入的A/D转换器。控制器局域网络（CAN）2.0B模块。串行通信接口（SCI）模块。16位的串行外设（SPI）接口模块。TMS320F2812系列芯片的主要性能如下。1高性能静态CMOS（Static CMOS）技术l 150MHz（时钟周期6.67ns）l 低功耗（核心电压1.8V，I/O口电压3.3V）l Flash编程电压3.3V2JTAG边界扫描（Boundary Scan）支持3高性能的32位中央处理器（TMS320C28x）l 16位16位和32位32位乘且累加操作l 16位16位的两个乘且累加l 哈佛总线结构（Harvard Bus Architecture）l 强大的操作能力l 迅速的中断响应和处理l 统一的寄存器编程模式l 可达4兆字的线性程序地址l 可达4兆字的数据地址l 代码高效（用C/C+或汇编语言）l 与TMS320F24x/LF240x处理器的源代码兼容4片内存储器l 8K16位的Flash存储器l 1K16位的OTP型只读存储器l L0和L1：两块4K16位的单口随机存储器（SARAM）l H0：一块8K16位的单口随机存储器l M0和M1：两块1K16位的单口随机存储器5根只读存储器（Boot ROM）4K16位l 带有软件的Boot模式l 标准的数学表6外部存储器接口（仅F2812有）l 有多达1MB的存储器l 可编程等待状态数l 可编程读/写选通计数器（Strobe Timing）l 三个独立的片选端7时钟与系统控制l 支持动态的改变锁相环的频率l 片内振荡器l 看门狗定时器模块8三个外部中断9外部中断扩展（PIE）模块l 可支持96个外部中断，当前仅使用了45个外部中断10128位的密钥（Security Key/Lock）l 保护Flash/OTP和L0/L1 SARAMl 防止ROM中的程序被盗113个32位的CPU定时器12马达控制外围设备l 两个事件管理器（EVA、EVB）l 与C240兼容的器件13串口外围设备l 串行外围接口（SPI）l 两个串行通信接口（SCIs），标准的UARTl 改进的局域网络（eCAN）l 多通道缓冲串行接口（McBSP）和串行外围接口模式1412位的ADC，16通道l 28通道的输入多路选择器l 两个采样保持器l 单个的转换时间：200nsl 单路转换时间：60ns15最多有56个独立的可编程、多用途通用输入/输出（GPIO）引脚16高级的仿真特性l 分析和设置断点的功能l 实时的硬件调试17开发工具l ANSI C/C+编译器/汇编程序/连接器l 支持TMS320C24x/240x的指令l 代码编辑集成环境l DSP/BIOSl JTAG扫描控制器（TI或第三方的）l 硬件评估板18低功耗模式和节能模式l 支持空闲模式、等待模式、挂起模式l 停止单个外围的时钟19封装方式l 带外部存储器接口的179球形触点BGA封装l 带外部存储器接口的176引脚低剖面四芯线扁平LQFP封装l 没有外部存储器接口的128引脚贴片正方扁平PBK封装20温度选择l A：-40 +85l S：-40 +1252407与2812的比较：相同点：1 时间管理器,来管理定时器和pwm,及电机光电码盘的接口,2 多路ad来接受传感器的信号3通讯接口 spi can sci 使得可以方便的通讯4 程序存储器和内部ram都有一定的容量满足不同的需求5 3。3V电压供电,突出了低功耗的节电功能6 可以进行程序和数据空间的外扩7 jtag接口相同8 内核相同 ,方便程序移植不同：1 电压 2407 3.3V内核和IO供电,flash烧写电压5V 28121.8V或者1.9V内核和3.3V,IO供电,flash烧写电压3.3V 上电次序,2407没有关系 ,2812 io先上电,核后上电2 clk2407最大40M 2812 最大150M（内核电压1.9V）或者 135M（内核电压 1.8V）3 下载程序方式 2407 编程器下载 2812编程器下载 串口 spi4 cpu 2407为16位处理器 2812为32处理器5 程序和数据空间 2407 flash32k ram2。5K可扩展196K 2812 flash 16128K ram 1618K可扩展4M空间6 时间管理器 2407 定时器16位 一个光电码盘接口 2812 定期器32位 有两个光电码盘接口7 ad2407 10位2812 12位8 sci 2407 1个 没有缓冲单元 2812 两个 具有缓冲单元8 can 2407标准can符合2。0B协议 2812增强can和标准can 符合2。0B9 mcbsp 2407 没有2812 有10 语言 2407 汇编 c 2812 汇编 c c11 TI支持2407没有提供较多的例程支持 2812 提供完整的模块例程支持12 编程风格 2407倾向于模块编程 2812 类编程,并且结构性更强13 寄存器的保护。2407没有对系统寄存器的保护,2812提供了保护机制14 在开发环境的帮助文件上看,2407比2812要好点, 2812的寄存器的设置和定 义帮助文件基本没有说明对DSP及其开发环境及支持的一点建议：1 dsp没有象arm一样把用于外扩的数据地址线和IO功能复用,这对IO管脚使用较多的人来讲不方便,还要进行扩展,如果不需要外扩的话,这些线就浪费了2 对于现在3.3V和5V共存的时期,如果管脚能和5V兼容,那是最好不过了3 不明白为什么把管脚的电源和地总是放在相邻的位置上,焊不好很容易短路4 用程序下载器,下载程序速度很慢,耽误时间5 开发环境如果能实现软件仿真那就好了,不用非要硬件板了,调试起来那就方便多了6 作为芯片开发商,最了解自己的芯片的功能,如果能够免费为大家提供各种芯片,尤其是处理器的外设例程,无论对于大家对芯片的上手速度和开发进度来讲都是好事,而且对于芯片的推销也是很好的事情。系统设计摘要：随着社会的进步和工业技术的发展，人们越来越重视温度因素，许多产品对温度范围要求严格，而目前市场上普遍存在的温度检测仪器大都是单点测量，同时还有温度信息传递不及时、精度不够的缺点，不利于工业控制者根据温度变化及时做出决定。在这样的形式下，开发一种能够同时测量多点，并且实时性高、精度高，能够综合处理多点温度信息的测量系统就很有必要。 本次设计以DSP中的TMS320LF2407芯片作为系统为核心，通过系统设计实现对多点的温度进行实时巡检。各检测单元（从机）能独立完成各自功能，同时能够根据主控机的指令对温度进行定时采集，测量结果不仅能在本地显示，而且可以实现温度过高时，对于不正常温度点的及时警报，使其在第一时间查到问题点，及时排错修复。通过RS-485总线及通信协议将采集的数据传送到主控机，进行进一步的存档、处理。主控机负责控制指令的发送，控制各个从机进行温度采集，收集测量数据，并对测量结果（包括历史数据）进行整理、显示和存储。主控机与各从机之间能够相互联系、相互协调，从而达到系统整体统一、和谐的效果。系统概述：温度检测系统有则共同的特点：测量点多、环境复杂、布线分散、现场离监控室远等。若采用一般温度传感器采集温度信号，则需要设计信号调理电路、A/D 转换及相应的接口电路，才能把传感器输出的模拟信号转换成数字信号送到计算机去处理。这样，由于各种因素会造成检测系统较大的偏差；又因为检测环境复杂、测量点多、信号传输距离远及各种干扰的影响，会使检测系统的稳定性和可靠性下降 。所以多点温度检测系统的设计的关键在于两部分：温度传感器的选择和主控单元的设计。温度传感器应用范围广泛、使用数量庞大，也高居各类传感器之首。本设计运用主从分布式思想，由一台上位机（DSP芯片组成的最小系统），下位机（哥温度采集处理模块DS18B20）实现多点温度数据采集以及处理，组成两级分布式多点温度测量的巡回检测系统。该系统采用 RS-232串行通讯标准，通过上位机（DSP）控制下位机（DS18B20）进行现场温度采集。温度值既可以送回主控DSP芯片进行数据处理，并将处理完的数据在LCD液晶显示屏上显示。也可以由下位机（DS18B20）自身单独工作，实时显示当前各点的温度值，对各点进行控制。下位机采用的是数字温度传感器DS18B20的系统。DS18B20利用单总线的特点可以方便的实现多点温度的测量，轻松的组建传感器网络，系统的抗干扰性好、设计灵活、方便，而且适合于在恶劣的环境下进行现场温度测量。本系统可以应用在大型工业及民用常温多点监测场合。如粮食仓储系统、楼宇自动化系、医疗与健诊的温度测试、空调系统的温度检测、石化、机械等。传感器方案：方案一：温度采集器采用热敏电阻采集，热敏电阻可满足40摄氏度至90摄氏度测量范围，将热敏电阻采集处理之后的模拟量通过DSP的AD转换，经过DSP处理之后成为一个数字量再在DSP芯片中进行处理，输出。但热敏电阻的精度、重复性、可靠性较差，对于检测1摄氏度的信号是不适用的。而且在温度测量系统中,采用单片温度传感器,比如AD590,LM35等.但这些芯片输出的都是模拟信号,必须经过A/D转换后才能送给计算机,这样就使得测温装置的结构较复杂.另外,这种测温装置的一根线上只能挂一个传感器,不能进行多点测量.即使能实现，也要用到复杂的算法，一定程度上也增加了软件实现的难度。方案二：在多点测温系统中，传统的测温方法是将模拟信号远距离采样进行AD转换，而为了获得较高的测温精度，就必须采用措施解决由长线传输，多点测量切换及放大电路零点漂移等造成的误差补偿问题。采用数字温度芯片DS18B20测量温度，输出信号全数字化。便于DSP处理及控制，省去传统的测温方法的很多外围电路。且该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件，此元件线形较好。在0100摄氏度时，最大线形偏差小于1摄氏度。DS18B20的最大特点之一采用了单总线的数据传输，由数字温度计DS1820和微控制器AT89C51构成的温度测量装置,它直接输出温度的数字信号,可直接与计算机连接。这样,测温系统的结构就比较简单,体积也不大,且由于DSP可以带多个DSB1820,因此可以非常容易实现多点测量.轻松的组建传感器网络。采用温度芯片DS18B20测量温度，可以体现系统芯片化这个趋势。部分功能电路的集成，使总体电路更简洁，搭建电路和焊接电路时更快。而且，集成块的使用，有效地避免外界的干扰，提高测量电路的精确度。所以集成芯片的使用将成为电路发展的一种趋势。本方案应用这一温度芯片，也是顺应这一趋势。主控部分：此方案采用DSP中的TMS320LF2407芯片实现。DSP软件编程的自由度大，可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制。而且体积小，硬件实现简单，安装方便。既可以单独对多DS18B20控制工作，还可以与PC机通信。 系统方案：综上所述,温度传感器采用第二方案主控部分使用DSP芯片实现。系统采用针对传统温度测温系统测温点少，系统兼容性及扩展性较差的特点，运用分布式通讯的思想。设计一种可以用于大规模多点温度测量的巡回检测系统。该系统采用的是RS-232串行通讯的标准，通过下位机进行现场的温度采集，温度数据既可以由下位机模块实时显示，也可以送回上位机进行数据处理，具有巡检速度快，扩展性好，成本低的特点。硬件电路设计基本硬件设计思路：本设计用温度传感器将被测温度转换为数字量，无需放大即可与DSP芯片相连。CPU采用DSP中TMS320LF2407芯片，它具有较大的存储空间以及具有在线编程功能，减少了编程时配套工具的使用.LCD液晶显示也可以通过编程驱动和现实程序实现温度的显示,强大的数据处理模块也可以很容易将温度的数字信号加以处理。基本设计框图：(1)DS18B20检测温度，将温度值送CPU（TMS320LF2407）处理；(2)CPU接受DS18B20传送的温度数据并处理接着将处理好的数据送至LCD由液晶屏显示；(3)CPU将接受的温度与设定的最大值、最小值进行比较，如果温度超过所设温度限值，转报警处理程序；(4)由小键盘控制所需显示的温度点的温度，并在LCD上显示；数字温度传感器DS18B20DS18B20的描述DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，具有3引脚TO92小体积封装形式；温度测量范围为55125,可编程为9位12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.