《DSP综合实验箱》PPT课件.ppt

第第3 3章章 DSPDSP综合实验箱综合实验箱 Dr. Zhang Dr. Zhang JianpingJianping Shanghai University of Electric PowerShanghai University of Electric Power Shanghai , 200090Shanghai , 200090 2009.52009.5 基于DSP的数字信号处理实验指导教程 第第3 3章章 DSPDSP综合实验箱综合实验箱 3.1 3.1 实验系统结构实验系统结构 3.2 3.2 系统硬件模块系统硬件模块 3.3 3.3 硬件仿真系统硬件仿真系统 3.3.1 3.3.1 仿真器的安装仿真器的安装 3.3.2 3.3.2 仿真器的使用仿真器的使用 内容提要 基于DSP的数字信号处理实验指导教程 第第3 3章章 DSPDSP综合实验箱综合实验箱 3.1 实验系统结构 基于DSP的数字信号处理实验指导教程 第第3 3章章 DSPDSP综合实验箱综合实验箱 EL-DSP-EXPIIEL-DSP-EXPII教学实验系统其硬件资源主要包括：教学实验系统其硬件资源主要包括： 1 1、CPUCPU单元；单元； 2 2、数字量输入输出单元；、数字量输入输出单元； 3 3、静态存储器单元；、静态存储器单元； 4 4、BOOTLOADERBOOTLOADER单元；单元； 5 5、语音模块；、语音模块； 6 6、液晶模块；、液晶模块； 7 7、CPLDCPLD接口；接口； 3.2 系统硬件模块 8 8、A/DA/D转换单元；转换单元； 9 9、D/AD/A转换单元；转换单元； 1010、信号源单元；、信号源单元； 1111、温控单元；、温控单元； 1212、步进电机；、步进电机； 1313、直流电机单元；、直流电机单元； 1414、键盘接口；、键盘接口； 1515、其他接口说明。、其他接口说明。 基于DSP的数字信号处理实验指导教程 第第3 3章章 DSPDSP综合实验箱综合实验箱 3.2 系统硬件模块 1 1、 CPUCPU单元单元 CPUCPU单元包括单元包括CPU1CPU1、CPU2CPU2两块可以更换的两块可以更换的 CPU CPU 板，用户可根据需要选择不同种类的板，用户可根据需要选择不同种类的CPUCPU板。板上板。板上 除除CPUCPU之外还包括以下四个单元之外还包括以下四个单元： （1 1）CPUCPU模式选择模式选择； （2 2）电源模块电源模块； （3 3）电平转换电平转换； （4 4）复位电路以及时钟单元复位电路以及时钟单元。 基于DSP的数字信号处理实验指导教程 第第3 3章章 DSPDSP综合实验箱综合实验箱 3.2 系统硬件模块 2 2、 数字量输入输出单元数字量输入输出单元 （1 1）8bit8bit的数字量输入的数字量输入( (由八个带自锁的由八个带自锁的 开关产生开关产生) )，通过，通过74LS24474LS244缓冲；缓冲；8bit8bit的数的数 字量输出字量输出( (通过八个通过八个LEDLED灯显示灯显示) )，通过，通过 74LS27374LS273锁存。输入输出都映射到锁存。输入输出都映射到CPUCPU的的IOIO 空间空间； （2 2）数字量显示的八个数字量显示的八个LEDLED数码管，通过数码管，通过 HD7279HD7279控制控制。 基于DSP的数字信号处理实验指导教程 第第3 3章章 DSPDSP综合实验箱综合实验箱 3.2 系统硬件模块 3 3、 静态存储器单元静态存储器单元 在该实验板上，使用的存储器接口芯片是在该实验板上，使用的存储器接口芯片是ISSIISSI 公司的公司的IS61C256IS61C256，它具有以下特点，它具有以下特点： 访问速度访问速度1010、1212、1515、2020、25ns25ns可选可选 低功耗：低功耗：400mW(400mW(典型典型) ) 低静态功耗：低静态功耗：-250W(-250W(典型典型)CMOS)CMOS及及-55mW-55mW ( ( 典型典型)TTL)TTL器件器件 全静态操作，无需时钟或刷新全静态操作，无需时钟或刷新 输入输出和输入输出和TTLTTL电平兼容电平兼容 基于DSP的数字信号处理实验指导教程 第第3 3章章 DSPDSP综合实验箱综合实验箱 3.2 系统硬件模块 4 4、 BOOTLOADERBOOTLOADER单元单元 使用的存储器接口芯片是使用的存储器接口芯片是28C256 32K8bit28C256 32K8bit， 地址为数据空间地址为数据空间8000H8000H0FFFFH0FFFFH。 板上芯片序号板上芯片序号U24U24用来存放用户程序，可用来存放用户程序，可 以通过选择以通过选择CPUCPU板上板上 来选择来选择bootloaderbootloader 模式。出厂时存储器内固化了系统测试程序模式。出厂时存储器内固化了系统测试程序 ，上电后可对系统硬件进行自动测试。在本，上电后可对系统硬件进行自动测试。在本 系统中采用并行存储器引导模式。系统中采用并行存储器引导模式。 基于DSP的数字信号处理实验指导教程 第第3 3章章 DSPDSP综合实验箱综合实验箱 3.2 系统硬件模块 5 5、 语音处理语音处理单元单元 音频信号通过音频信号通过D/AD/A转换后输出，由于转换后输出，由于 TLC320AD50TLC320AD50输出的是差动信号，因此首先经过差动输出的是差动信号，因此首先经过差动 放大，然后可以推动功率为放大，然后可以推动功率为0.4W0.4W的板载扬声器，也的板载扬声器，也 可以接耳机输出可以接耳机输出。 基于DSP的数字信号处理实验指导教程 第第3 3章章 DSPDSP综合实验箱综合实验箱 3.2 系统硬件模块 5 5、 语音处理语音处理单元单元 语音处理单元原理框图语音处理单元原理框图 基于DSP的数字信号处理实验指导教程 第第3 3章章 DSPDSP综合实验箱综合实验箱 3.2 系统硬件模块 6 6、 液晶模块液晶模块 本实验系统选用中文液晶显示模块本实验系统选用中文液晶显示模块LCM12864ZKLCM12864ZK ，其字型，其字型ROM ROM 内含内含81928192个个16*16 16*16 点中文字型和点中文字型和128128 个个16*816*8半宽的字母符号字型；另外绘图显示画面提半宽的字母符号字型；另外绘图显示画面提 供一个供一个64*25664*256点的绘图区域点的绘图区域GDRAMGDRAM；而且内含；而且内含CGRAM CGRAM 提供提供4 4组软件可编程的组软件可编程的16*16 16*16 点阵造字功能。点阵造字功能。 基于DSP的数字信号处理实验指导教程 第第3 3章章 DSPDSP综合实验箱综合实验箱 3.2 系统硬件模块 跳线跳线JS1JS1的配置示意图的配置示意图 6 6、 液晶模块液晶模块 基于DSP的数字信号处理实验指导教程 第第3 3章章 DSPDSP综合实验箱综合实验箱 3.2 系统硬件模块 7 7、 CPLDCPLD接口接口 采用采用XILINXXILINX公司的公司的XC95144XLXC95144XL芯片，完成译码芯片，完成译码 和时序控制。和时序控制。JTAG4JTAG4为为CPLDCPLD下载接口，其定义说明下载接口，其定义说明 由表由表3-73-7给出。可用给出。可用XILINXXILINX公司的软件，通过并口公司的软件，通过并口 下载电缆对下载电缆对CPLDCPLD在线编程。其中，在线编程。其中，D2D2、D3D3为为CPLDCPLD工工 作指示灯作指示灯 ，正常工作时，正常工作时D2D2、D3D3点亮。点亮。CPU1CPU1复位时复位时 ，D3D3不亮，不亮，CPU2CPU2复位时，复位时，D2D2不亮。不亮。 基于DSP的数字信号处理实验指导教程 第第3 3章章 DSPDSP综合实验箱综合实验箱 3.2 系统硬件模块 JTAG4 CPLDJTAG4 CPLD下载接口定义下载接口定义 JTAG1 引脚序号JTAG功能组组相关说说明 1TCK时钟 2NC空脚 3TMS模式控制 4GND地 5TDI数据输入 6NC空脚 7TDO数据输出 8GND地 9+5V电源 10+5V电源 基于DSP的数字信号处理实验指导教程 第第3 3章章 DSPDSP综合实验箱综合实验箱 3.2 系统硬件模块 8 8、 D/AD/A转换单元转换单元 数模转换采用数模转换采用DAC08DAC08芯片，分辨率芯片，分辨率8 8位，精度位，精度1LSB1LSB，转换，转换 时间可达时间可达85ns 85ns ，D/AD/A单元原理框图如图单元原理框图如图3-63-6所示，其中，底所示，其中，底 板板DAC08DAC08参考电压参考电压Vref=+5VVref=+5V；输入；输入00h00h，输出电压，输出电压-5V-5V；输入；输入 ffhffh，输出电压，输出电压+5V+5V。DAC08DAC08可以应用在可以应用在8-bit, 1 us A/D8-bit, 1 us A/D变换变换 ，伺服电机、波形发生、语音编码、衰减器、可编程功率变，伺服电机、波形发生、语音编码、衰减器、可编程功率变 换器、换器、CRTCRT显示驱动、高速显示驱动、高速modems modems 以及其他要求低成本、高以及其他要求低成本、高 速等多功能场合。速等多功能场合。 在本实验系统中，在本实验系统中，DAC08DAC08采用对称偏移二进制输出方式采用对称偏移二进制输出方式 ，其编码图由表，其编码图由表3-83-8给出给出( (注：注：Vref=+10V)Vref=+10V)，输出电压范围，输出电压范围- - 5V+5V5V+5V。 基于DSP的数字信号处理实验指导教程 第第3 3章章 DSPDSP综合实验箱综合实验箱 3.2 系统硬件模块 D/AD/A单元原理框图单元原理框图 8 8、 D/AD/A转换单元转换单元 基于DSP的数字信号处理实验指导教程 第第3 3章章 DSPDSP综合实验箱综合实验箱 3.2 系统硬件模块 9 9、 A/DA/D转换单元转换单元 模数转换芯片选用模数转换芯片选用AD7822AD7822，其原理框图如图，其原理框图如图3-73-7所示，所示， 单极性输入，采样分辨率单极性输入，采样分辨率8BIT8BIT，并行输出；內含取样保持电，并行输出；內含取样保持电 路，以及可选择使用內部或外部参考电压源，具有转换后自路，以及可选择使用內部或外部参考电压源，具有转换后自 动动Power-DownPower-Down的模式，电流消耗可降低至的模式，电流消耗可降低至5A5A以下。转换时以下。转换时 间最大为间最大为420ns420ns， SNR SNR可达可达48dB48dB，INLINL及及DNLDNL都在都在0.75 LSB0.75 LSB 以內。可应用在数据采样、以內。可应用在数据采样、DSPDSP系统及移动通信等场合。系统及移动通信等场合。 在本实验系统中，参考电压源在本实验系统中，参考电压源+2.5V,+2.5V,偏置电压输入引脚偏置电压输入引脚 Vmid=+2.5VVmid=+2.5V。 基于DSP的数字信号处理实验指导教程 第第3 3章章 DSPDSP综合实验箱综合实验箱 3.2 系统硬件模块 模数单元原理框图模数单元原理框图 9 9、 A/DA/D转换单元转换单元 基于DSP的数字信号处理实验指导教程 第第3 3章章 DSPDSP综合实验箱综合实验箱 3.2 系统硬件模块 1010、 信号源信号源单元单元 频率、幅值可调双路三角波、方波和正弦波产生电路采频率、幅值可调双路三角波、方波和正弦波产生电路采 用两片用两片80388038信号发生器，输出频率范围信号发生器，输出频率范围2020100KHz100KHz，幅值范，幅值范 围围-10V+10V-10V+10V。输出波形、频率范围可通过波段开关来选择。输出波形、频率范围可通过波段开关来选择 。频率、幅值可独立调节。两路输出信号可以经过加法器进。频率、幅值可独立调节。两路输出信号可以经过加法器进 行信号模拟处理和混叠，作为信号滤波处理的混叠信号源。行信号模拟处理和混叠，作为信号滤波处理的混叠信号源。 混叠后的信号从信号源混叠后的信号从信号源1 1输出输出。 基于DSP的数字信号处理实验指导教程 第第3 3章章 DSPDSP综合实验箱综合实验箱 3.2 系统硬件模块 ICL8038ICL8038原理框图原理框图 1010、 信号源信号源单元单元 基于DSP的数字信号处理实验指导教程 第第3 3章章 DSPDSP综合实验箱综合实验箱 3.2 系统硬件模块 信号源单元原理框图信号源单元原理框图 1010、 信号源信号源单元单元 基于DSP的数字信号处理实验指导教程 第第3 3章章 DSPDSP综合实验箱综合实验箱 3.2 系统硬件模块 1111、 温度控制单元温度控制单元 由温度信号采集单元、加热信号驱动单元、模拟温箱加由温度信号采集单元、加热信号驱动单元、模拟温箱加 热控制电路组成。温度信号采集单元电路的热敏电阻的阻值热控制电路组成。温度信号采集单元电路的热敏电阻的阻值 随温度的变化而变化，经运放处理，输出一个电压变化随温度的变化而变化，经运放处理，输出一个电压变化( (逐逐 渐减小渐减小) )的温度信号给系统板的的温度信号给系统板的A/DA/D采集输入端；加热信号驱采集输入端；加热信号驱 动单元将系统板送来的加热信号分两路处理：一路放大后驱动单元将系统板送来的加热信号分两路处理：一路放大后驱 动加热指示二极管发光；另一路经隔离后驱动可控硅导通。动加热指示二极管发光；另一路经隔离后驱动可控硅导通。 模拟温箱加热控制电路由加热信号隔离电路、模拟温箱加热控制电路由加热信号隔离电路、AC220VAC220V控制电控制电 路路( (可控硅可控硅) )输出电路组成。输出电路组成。 基于DSP的数字信号处理实验指导教程 第第3 3章章 DSPDSP综合实验箱综合实验箱 3.2 系统硬件模块 1212、 步进电机单元步进电机单元 步进电机多为永磁感应式，有两相、四相、六相等多种步进电机多为永磁感应式，有两相、四相、六相等多种 ，实验所用的电机为两相四拍式，通过对每相线圈中的电流，实验所用的电机为两相四拍式，通过对每相线圈中的电流 的顺序切换来使电机作步进式旋转，驱动电路由脉冲信号来的顺序切换来使电机作步进式旋转，驱动电路由脉冲信号来 控制，所以调节脉冲信号的频率便可改变步进电机的转速。控制，所以调节脉冲信号的频率便可改变步进电机的转速。 脉冲信号是有脉冲信号是有DSPDSP的的IOIO端口端口( (地址地址8001H)8001H)的低四位提供。的低四位提供。 基于DSP的数字信号处理实验指导教程 第第3 3章章 DSPDSP综合实验箱综合实验箱 3.2 系统硬件模块 两相四拍式电机低四位关系图两相四拍式电机低四位关系图 1212、 步进电机单元步进电机单元 基于DSP的数字信号处理实验指导教程 第第3 3章章 DSPDSP综合实验箱综合实验箱 3.2 系统硬件模块 两相四拍式电机通电顺序表两相四拍式电机通电顺序表 相 顺顺 序 ABCD 01010 10110 20101 31001 基于DSP的数字信号处理实验指导教程 第第3 3章章 DSPDSP综合实验箱综合实验箱 3.2 系统硬件模块 1 13 3、 直流电机单元直流电机单元 该单元由电压调整、驱动电路、速度检测反馈电路组成该单元由电压调整、驱动电路、速度检测反馈电路组成 。由系统板送来的电压信号与可调节的基准电压经加法运算。由系统板送来的电压信号与可调节的基准电压经加法运算 后，输出驱动直流电机运行；速度检测、反馈电路由于电机后，输出驱动直流电机运行；速度检测、反馈电路由于电机 同轴转的转盘上的强力磁钢、霍尔磁感应放大器、单周期速同轴转的转盘上的强力磁钢、霍尔磁感应放大器、单周期速 度信号采集器组成，当与电机同轴运行的转盘上的磁钢与霍度信号采集器组成，当与电机同轴运行的转盘上的磁钢与霍 尔片正对时，霍尔片输出负电压，经整形、放大，供系统采尔片正对时，霍尔片输出负电压，经整形、放大，供系统采 集集。 基于DSP的数字信号处理实验指导教程 第第3 3章章 DSPDSP综合实验箱综合实验箱 3.2 系统硬件模块 1 14 4、 键盘键盘单元单元 键盘接口是由芯片键盘接口是由芯片HD7279HD7279按制的，按制的，HD7279HD7279是一片具有串是一片具有串 行接口的，可同时驱动行接口的，可同时驱动8 8位共阴式数码管或位共阴式数码管或(64(64只独立只独立LED)LED)的的 智能显示驱动芯片，该芯片同时还可连接多达智能显示驱动芯片，该芯片同时还可连接多达6464键的键盘矩键的键盘矩 阵阵, ,单片即可完成单片即可完成LEDLED显示显示, ,键盘接口的全部功能。键盘接口的全部功能。HD7279AHD7279A内内 部含有译码器，可直接接受部含有译码器，可直接接受BCDBCD码或码或1616进制码，并同时具有进制码，并同时具有2 2 种译码方式。种译码方式。 此外，还具有多种控制指令，如消隐、闪烁、左移、右此外，还具有多种控制指令，如消隐、闪烁、左移、右 移、段寻址等。移、段寻址等。HD7279AHD7279A具有片选信号，可方便地实现多于具有片选信号，可方便地实现多于8 8 位的显示或多于位的显示或多于6464键的键盘接口。在该实验系统中，仅提供键的键盘接口。在该实验系统中，仅提供 了了1616个键个键。 基于DSP的数字信号处理实验指导教程 第第3 3章章 DSPDSP综合实验箱综合实验箱 3.2 系统硬件模块 1 15 5、 其它接口说明其它接口说明 电源单元：为系统提供电源单元：为系统提供+5V+5V、+12V+12V、-12V-12V、+3.3V+3.3V电源电源 （1 1）拨码开关拨码开关S22S22； （2 2）拨码开关）拨码开关S3S3； （3 3）JTAG3JTAG3接口定义接口定义； （4 4）按键按键K1K1和和K10K10。 基于DSP的数字信号处理实验指导教程 第第3 3章章 DSPDSP综合实验箱综合实验箱 3.2 系统硬件模块 （1 1）拨码开关拨码开关S22S22及及CPUCPU中断源选择中断源选择 码码 位备备 注 1-ON；2-ONCPU中断2给键盘 接口 1-ON；2-OFFCPU中断2给A/D转换单 元 1-OFF；2-ONCPU中断3给键盘 接口 1-OFF；2-OFFCPU中断2、3置高，缺省设置 基于DSP的数字信号处理实验指导教程 第第3 3章章 DSPDSP综合实验箱综合实验箱 3.2 系统硬件模块 （2 2）拨码开关拨码开关S3S3 码码 位 备备 注 1 OFF, A/D单元采样时钟为 低频， 缺省设置； ON, A/D单元采样时钟为 高频 2 ON, J8为信号源1、2路的混频输 出； OFF,断开混频输 出，缺省设置 基于DSP的数字信号处理实验指导教程 第第3 3章章 DSPDSP综合实验箱综合实验箱 （3 3） JTAG3JTAG3 接口定接口定 义说明义说明 引脚序号JTAG功能组组相关说说明 1TMSJTAG模式控制 2TRSTJTAG复位 3TDIJTAG数据输入 4GND地 5电源+3.3V 6NC空脚 7TDOJTAG数据输出 8GND地 9TCLKJTAG时钟 10GND地 11TCLKJTAG时钟 12GND地 13EMU0仿真中断0 14EMU1仿真中断1 基于DSP的数字信号处理实验指导教程 第第3 3章章 DSPDSP综合实验箱综合实验箱 3.2 系统硬件模块 （4 4）按键按键K1K1和和K10K10 状 态态 备备 注 按 下 JTAG3连接到JTAG2 弹弹 起 JTAG3连接到JTAG1 基于DSP的数字信号处理实验指导教程 第第3 3章章 DSPDSP综合实验箱综合实验箱 3.3 硬件仿真系统 3.3.1 3.3.1 仿真器的安装仿真器的安装 硬件仿真器是进行系统开发的必备工具，它是采用边界扫描硬件仿真器是进行系统开发的必备工具，它是采用边界扫描 技术和技术和CPUCPU芯片通过芯片通过JTAGJTAG口