基于DSP的流水灯系统设计

课程设计说明书题目: 基于 DSP 的流水灯系统设计 学 院： 专业班级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 2017 年 1 月 13 日安徽理工大学课程设计（论文）任务书电气与信息工程 学院 学号 学生姓名 专业（班级）题目 基于 DSP 的流水灯系统设计设计技术参数1. 使用 TMS320VC5416 作为 CPU；2. 具有简单的键盘输入可控制功能；3. 具有存放程序的外部 FLASH 芯片；4外部输入电压+5V 电源；5. 设计 JTAG 接口方便测试以及调试；6. 设计 8 为数码管显示电路，实现 8 个流水灯正向反向依次闪烁，时间间隔为0.5s设计要求1. 画出最小 DSP 系统电路图以及控制电路图（电源、存储、JTAG、复位等） ，使用 Protell 或者 Visio 画出硬件设计电路图或者框图；2. 给出系统设计软件流程图以及程序；3. 掌握运用 CCS 软件实现软件调试以及烧写。工作量注：可填写说明书（论文）的字数要求或要完成的图纸数量。1. 不少于 3000 字；2. 页数不少于 8 页；3. 给出所有电路图结构图。工作计划1. 选择 DSP 芯片；2. 硬件设计与调试；3. 软件编程与调试；4. 系统集成；5. 系统调试与性能测试；参考资料1 赵红怡. DSP 技术与应用实例.电子工业出版社，2003.6. 2 张雄伟. DSP 集成开发与应用实例. 电子工业出版社，2002.6 3 张雄伟. DSP 芯片原理的开发与应用. 电子工业出版社, 2000.2 4 戴逸民. 基于 DSP 的现代电子系统设计. 电子工业出版社, 2002.12 5 钮心忻, 杨义先. 软件无线电技术与应用. 北京邮电出版社, 2000.9 6 杨小牛，楼义才，徐建良. 软件无线电原理与应用. 电子工业出版社, 2001.1 7 郑红，吴冠. TMS320C54x DSP 应用系统设计. 北京航空航天大学出版社，2002.5 指导教师签字 系主任签字安徽理工大学课程设计成绩评定表学生姓名： 学号： 专业班级： 课程设计题目： 基于 DSP 的流水灯系统设计 指导教师评语：成绩： 指导教师： 年 月 日 目 录摘 要.1第一章 TMS320VC5416 芯片 .21.1 TMS320VC5416 芯片特点 .21.中央处理单元.22.存储器.33.数据寻址.34.程序存储器寻址.35.中断.36.流水线.37.运算速度.38.低功耗方式.49.片上的外设.410.JTAG 扫描逻辑电路.41.2 TMS320VC5416 的指令集 .41.算术指令.42.逻辑指令.53.程序控制指令.54.读取和存储指令.5第二章 硬件设计.62.1 整体框图.62.2 电源电路.62.3 存储电路.72.4 时钟电路.72.5 复位电路.82.6 JTAG 电路 .82.7 键盘电路.92.8 显示模块.9第三章 软件设计.101.1 设计流程.101.2 软件设计步骤.103.2.1 进入 CCS.103.2.2 新建一个项目.103.2.3 新建一个源文件.113.2.4 在项目中添加源文件.113.2.5 程序代码.111.初始化程序.112.主函数程序：.123.向量文件.134.MEMORY 程序 .153.2.6 对项目进行编译和链接.153.2.7 装载可执行文件.163.2.8 运行程序并查看结果：.16设计心得及体会.171摘 要DSP（Digital Signal Processing）也就是我们常说的数字信号处理，它是利用计算机或专用处理设备，以数字形式对信号进行采集，变换，滤波，估值，增强，压缩，识别等处理，以得到符合人们需要的信号形式。DSP 的主要应用有数字化移动电话，数据调制解调器，磁盘/光盘控制器需求，图形图像处理需求，汽车电子系统等。DSP 在航空航天方面，主要用于雷达和声纳信号处理；在通信方面，主要用于移动电话，IP 电话，ADSL 和 HFC 的信号传输；在控制方面，主要用于电机控制，光驱和因公安驱动器；在电子娱乐方面，主要用于高清晰电视，机顶盒，家庭影院，DVD 等应用；还有数字相机，网络相机等等。可以说没有 DSP 就没有对互联网的访问，也没有多媒体，也没有无线通信。随着科学技术的发展，将会出现更多的 DSP 新应用领域。本设计使用 TMS320VC5416 作为 CPU，进行基于 DSP 的流水灯系统设计，要求：1.具有简单的键盘输入可控制功能；2.具有存放程序的外部 FLASH 芯片；3.外部输入电压+5V 电源；4.设计 JTAG 接口方便测试以及调试；5.设计 8 为数码管显示电路，实现 8 个流水灯正向反向依次闪烁，时间间隔为 0.5s关键词： DSP；TMS320VC5416;流水灯；最小系统；JTAG 接口2第一章 TMS320VC5416 芯片1.1 TMS320VC5416 芯片特点本 设 计 用 到 的 芯 片 是 IT 公 司 的 TMS320VC5416， 其 引 脚 封 装 图 如 下 所 示 ：NCNCDVdVsA10HD7A1A12A13A14A15NCHASVsNCHCSCVdHR/WPSREADYDSISR/WMSTRBIOSTRBMSCXFHOLDAIAQHOLDBIODVdMP/MCVsNCNC NCNCVsDVdCLKMD1CLKMD2CLKMD3NCHD2TOUT0EMU0EMU1/OFTDOTDITRSTTMSTCKNCHPIENACVdVsCLKOUTHD3X1X2/CLKINRSD0D1D2D3D4A16D5VsA17A18NCNCVsHCNTL0BCLKR0BCLKR1BFSR0BFSR1BDR0HCNTL1BDR1BCLKX0BCLKX1VsHINT/TOUT1BFSX0CVd BFSX0 DVdHRDY VsHD0BDX0BDX1IACKHBILNMI INT0INT1INT2INT3 HD1CVd VsNCN19NCDVdVsD6D7D8D9D10D1D12HD4D13D14D15CVdHD5NCVsHDS1HDS2DVdA0A1A2A3HD6A4A5A6A7A9A8CVdNCNCTMS320VC5416TMS320VC5416 是 为 实 现 低 功 耗 ， 高 性 能 而 专 门 设 计 的 定 点 DSP 芯 片 ， 它 主 要 应用 于 无 线 系 统 中 。 TMS320VC5416 基 本 特 点 ：1.中央处理单元先 进 的 多 总 线 结 构 ， 有 一 条 程 序 总 线 （ PB） ， 三 条 数 据 总 线 （ CB， DB 和 EB） 和四 条 地 址 总 线 （ PAB， CAB， DAB 和 EAB） ;1 个 40 位 的 算 术 逻 辑 单 元 （ ALU） ， 1 个 403位 的 桶 形 移 位 器 和 2 个 独 立 的 40 位 累 加 器 A 和 B;1 个 17x17 的 乘 法 器 和 两 个 40 位加 法 器 ， 乘 法 器 可 以 耦 合 到 加 法 器 以 完 成 单 周 期 的 MAC 指 令 ;内 部 集 成 了 维 特 比 加 速器 以 及 与 它 相 关 的 比 较 ， 选 择 和 存 储 单 元 （ CSSU） ;指 数 编 码 器 用 来 在 单 周 期 内 计 算40 位 累 加 器 值 的 指 数 ;2 个 地 址 产 生 器 ， 其 中 包 括 8 个 辅 助 寄 存 器 和 2 个 辅 助 寄 存 器运 算 单 元 。2.存储器192Kx16-bit 可 寻 址 存 储 空 间 ， 其 中 包 括 64K 字 程 序 空 间 ， 64K 字 数 据 空 间 和64K 字 I/O 空 间 ， 对 于 548， 549， 5402 和 5410 还 可 以 外 部 扩 展 程 序 空 间3.数据寻址5416 提 供 了 7 种 数 据 寻 址 方 式 ： 立 即 数 寻 址 ； 绝 对 寻 址 ； 累 加 器 寻 址 ； 直 接 寻 址 ；间 接 寻 址 ； 存 储 器 映 射 寄 存 器 寻 址 ； 堆 栈 寻 址 ；4.程序存储器寻址使 用 程 序 计 数 器 （ PC） 寻 址 ， 但 是 ， 对 于 一 些 指 令 需 要 用 到 绝 对 寻 址 。5.中断5416 支 持 软 件 中 断 （ 如 INTR， TRAP， RESET） 和 硬 件 中 断 ， 中 断 可 分 为 可 屏 蔽 中断 （ 如 TINT， INT0 等 ） 和 不 可 屏 蔽 中 断 （ 如 RESET 和 NMI） ， 其 中 RESET 的 优 先 级最 高 ， 不 可 屏 蔽 中 断 的 优 先 级 高 于 可 屏 蔽 中 断 的 优 先 级 ， 硬 件 中 断 的 优 先 级 则 高 于 软件 中 断 的 优 先 级 。6.流水线5416 有 6 级 流 水 线 ： 预 取 指 ， 取 指 ， 解 码 ， 访 问 ， 读 取 和 执 行 。7.运算速度4指 令 周 期 为 25/20/15/12.5/10ns， 运 算 能 力 为 40/50/66/80/100MIPS（ 百 万 条 指令 /秒 ） 。8.低功耗方式TMS320VC5416 可 以 在 3.3V 或 2.7V 电 压 下 工 作 ， 三 个 低 功 耗 方 式（ IDLE1， IDLE2 和 IDLE3） 可 以 节 省 DSP 的 功 耗 ， 所 以 它 特 别 适 合 于 无 线 移 动 设 备 。9.片上的外设可 软 件 编 程 的 等 待 状 态 发 生 器 ， 使 得 与 速 度 较 慢 的 设 备 通 讯 更 加 方 便 ； 片 上 的 锁相 环 时 钟 发 生 器 可 以 对 外 部 始 终 信 号 进 行 倍 频 或 分 频 ， 从 而 得 到 自 己 所 需 要 的 时 钟 频率 ， 当 分 频 时 还 可 节 省 系 统 的 功 耗 ； 可 以 禁 止 对 外 部 数 据 总 线 ， 地 址 总 线 以 及 控 制 信号 的 控 制 ； 可 以 软 件 编 程 的 定 时 器 ；10.JTAG 扫描逻辑电路符 合 国 际 IEEE 1149.1 标 准 的 边 界 扫 描 逻 辑 接 口 ， 即 JTAG 扫 描 逻 辑 电 路 ， 用 于仿 真 和 测 试 ， 可 以 实 现 在 线 仿 真 。1.2 TMS320VC5416 的指令集5416 的 指 令 可 以 分 为 四 个 大 类 ： 算 术 指 令 ， 逻 辑 指 令 ， 程 序 控 制 指 令 ， 读 取 和 存储 指 令1.算术指令包 括 了 加 法 指 令 （ ADD.） ， 减 法 指 令 （ SUB.） ， 乘 法 指 令 （ MPY.） ， 乘 加指 令 （ MAC.） 和 乘 减 指 令 （ MAS.） ， 32 位 操 作 数 指 令 （ DADD,DSUB.） 和 一 些专 用 指 令 （ ABDST,FIRS,SQDST.） 。 其 中 大 部 分 指 令 都 只 需 要 一 个 指 令 周 期 ， 只 有个 别 指 令 需 要 2-3 个 指 令 周 期 。52.逻辑指令包 括 了 与 指 令 （ AND.） ， 或 指 令 （ OR .） ， 异 或 指 令 （ XOR.） ， 移 位 指 令（ ROL.） 和 测 试 指 令 （ BITF.） 。 根 据 操 作 数 的 不 同 ， 这 些 指 令 需 要 1-2 个 指 令周 期 。3.程序控制指令包 括 了 转 移 指 令 （ B,BC.） ， 调 用 指 令 （ CALL.） ， 中 断 指 令 （ INTR,TRAP） ，返 回 指 令 （ RET.） ， 重 复 指 令 （ RPT .） ， 堆 栈 操 作 指 令 （ FRAME,POPD.） 和其 它 程 序 控 制 指 令 （ IDLE, NOP.） 。 这 些 指 令 根 据 情 况 不 同 分 别 需 要 1-6 个 指 令周 期 。4.读取和存储指令包 括 了 读 取 指 令 （ LD.） ， 存 储 指 令 （ ST.） ， 条 件