《Cx的硬件设计a》PPT课件.ppt

2019年4月13日,DSP原理及应用,1,第8章 TMS320C54x的硬件设计,内容提要 DSP系统的硬件设计，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TMS320C54x芯片的DSP系统硬件设计，内容有： 硬件设计概述 DSP系统的基本设计 DSP的电平转换电路设计 DSP存储器和I/O的扩展 DSP与A/D和D/A转换器的接口 DSP系统的硬件设计实例 首先介绍硬件设计概述，给出DSP系统硬件设计过程；然后介绍DSP系统的基本设计和电平转换电路设计。在基本设计中，讲述了DSP芯片的电源电路、复位电路和时钟电路的设计方法，并在此基础上介绍了电平转换电路；接着介绍了存储器和I/O的扩展以及DSP与数/模、模/数转换器的接口；最后通过两个设计实例，介绍了DSP芯片应用系统的设计、调试和开发过程。,2019年4月13日,DSP原理及应用,2,第8章 TMS320C54x的硬件设计,8.1 硬件设计概述 8.2 DSP系统的基本设计 8.3 DSP的电平转换电路设计 8.4 DSP存储器和I/O的扩展 8.5 DSP与A/D和D/A转换器的接口 8.6 DSP系统的硬件设计实例,2019年4月13日,DSP原理及应用,3,第8章 TMS320C54x的硬件设计,8.1 硬件设计概述,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,2019年4月13日,DSP原理及应用,4,第8章 TMS320C54x的硬件设计,8.1 硬件设计概述,一个典型的DSP目标板结构如下图。,2019年4月13日,DSP原理及应用,5,第8章 TMS320C54x的硬件设计,8.1 硬件设计概述,系统硬件设计过程：,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。,2019年4月13日,DSP原理及应用,6,第8章 TMS320C54x的硬件设计,8.1 硬件设计概述,第二步：器件的选择；, 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。, 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。,2019年4月13日,DSP原理及应用,7,第8章 TMS320C54x的硬件设计,8.1 硬件设计概述,第二步：器件的选择；, 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。, 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。,2019年4月13日,DSP原理及应用,8,第8章 TMS320C54x的硬件设计,8.1 硬件设计概述,第二步：器件的选择；, 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。, 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。,2019年4月13日,DSP原理及应用,9,第8章 TMS320C54x的硬件设计,8.1 硬件设计概述,第二步：器件的选择；, 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。, 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。,2019年4月13日,DSP原理及应用,10,第8章 TMS320C54x的硬件设计,8.1 硬件设计概述,系统硬件设计过程：,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；,2019年4月13日,DSP原理及应用,11,第8章 TMS320C54x的硬件设计,8.1 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。,2019年4月13日,DSP原理及应用,12,第8章 TMS320C54x的硬件设计,8.1 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。,2019年4月13日,DSP原理及应用,13,第8章 TMS320C54x的硬件设计,8.1 硬件设计概述,系统硬件设计过程：,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；,2019年4月13日,DSP原理及应用,14,第8章 TMS320C54x的硬件设计,8.2 DSP系统的基本设计,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TMS320C54x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,2019年4月13日,DSP原理及应用,15,第8章 TMS320C54x的硬件设计,8.2 DSP系统的基本设计,为了降低芯片功耗，C54x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,8. 2. 1 电源电路的设计,内核电源CVDD I/O电源DVDD,采用3.3V、2.5V，或1.8V电源； 采用3.3V供电。,2019年4月13日,DSP原理及应用,16,第8章 TMS320C54x的硬件设计,8. 2. 1 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,为了获得更好的电源性能，C5402芯片采用双电源供电方式。,可直接与外部低压器件接口，而无需额外的电平变换电路。,2019年4月13日,DSP原理及应用,17,第8章 TMS320C54x的硬件设计,理想情况下，两电源应同时加电。 若不能做到同时加电，应先对DVDD加电，然后再对CVDD加电。,内部静电保护电路：,1.电源电压和电流要求,C5402芯片的加电次序：,要求: DVDD电压不超过CVDD电压2V； CVDD电压不超过DVDD电压0.5V。,2019年4月13日,DSP原理及应用,18,第8章 TMS320C54x的硬件设计,内核电源CVDD所消耗的电流主要取决于CPU的激活度。,1.电源电压和电流要求,C5402芯片的电流消耗主要取决于器件的激活度。,外设消耗的电流取决于正在工作的外设及其速度。,时钟电路消耗一小部分电流，而且是恒定的，与CPU和外设的激活程度无关。,I/O电源DVDD消耗的电流取决于外部输出的速度、数量以及输出端的负载电容。,2019年4月13日,DSP原理及应用,19,第8章 TMS320C54x的硬件设计,8. 2. 1 电源电路的设计,2.电源电压的产生,DSP芯片采用的供电方式，主要取决于应用系统中提供什么样的电源。在实际中，大部分数字系统所使用的电源可工作于5V或3.3V，因此有两种产生芯片电源电压的方案。,第一种方案：,5V电源通过两个电压调节器，分别产生3.3V和1.8V电压。,第二种方案：,使用一个电压调节器，产生1.8V电压，而DVDD直接取自3.3V电源。,2019年4月13日,DSP原理及应用,20,第8章 TMS320C54x的硬件设计,8. 2. 1 电源电路的设计,3.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。,2019年4月13日,DSP原理及应用,21,第8章 TMS320C54x的硬件设计,3.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。,2019年4月13日,DSP原理及应用,22,第8章 TMS320C54x的硬件设计, 采用3.3V单电源供电,由MAX748芯片构成的电源。,电源电压：3.3V 最大电流：2A,2019年4月13日,DSP原理及应用,23,第8章 TMS320C54x的硬件设计, 采用可调电压的单电源供电,TI公司的TPS7101、TPS7201和TPS7301等芯片提供了可调节的输出电压，其调节范围为1.2V9.75V，可通过改变两个外接电阻阻值来实现。,2019年4月13日,DSP原理及应用,24,第8章 TMS320C54x的硬件设计, 采用可调电压的单电源供电,输出电压与外接电阻的关系式：,Vref为基准电压，典型值为1.182V。R1和R2为外接电阻，通常所选择的阻值使分压器电流近似为7A。,输出电压V0与外电阻R1和R2的编程表:,2019年4月13日,DSP原理及应用,25,第8章 TMS320C54x的硬件设计, 采用双电源供电,TI公司提供的双电源芯片： TPS73HD301 TPS73HD325 TPS73HD318,固定的输出电压: 3.3V 可调的输出电压: 1.2V9.75V, 固定的输出电压: 3.3V和2.5V, 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。,2019年4月13日,DSP原理及应用,26,第8章 TMS320C54x的硬件设计, 采用双电源供电,由TPS73HD318芯片组成的双电源电路。,2019年4月13日,DSP原理及应用,27,第8章 TMS320C54x的硬件设计,8.2 DSP系统的基本设计,8. 2. 2 复位电路的设计,2019年4月13日,DSP原理及应用,28,第8章 TMS320C54x的硬件设计,8. 2. 2 复位电路的设计,C54x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,2019年4月13日,DSP原理及应用,29,第8章 TMS320C54x的硬件设计,8. 2. 2 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。,2019年4月13日,DSP原理及应用,30,第8章 TMS320C54x的硬件设计,1. 上电复位电路,上电瞬间,由于电容C上的电压不能突变,使RS仍为低电平,芯片处于复位状态,同时通过电阻R对电容C进行充电,充电时间常数由R和C的乘积确定。,为了使芯片正常初始化，通常应保证RS低电平的时间至少持续3个外部时钟周期。但在上电后,系统的晶体振荡器通常需要100200ms的稳定期,因此由RC决定的复位时间要大于晶体振荡器的稳定期。,为了防止复位不完全，RC参数可选择大一些。,2019年4月13日,DSP原理及应用,31,第8章 TMS320C54x的硬件设计,1. 上电复位电路,复位时间可根据充电时间来计算。,电容电压：VC= VCC( 1-e-t/ ) 时间常数： = RC 复位时间：,设VC=1.5V为阈值电压,选择R = 100k,C = 4.7F,电源电压VCC = 5V，可得复位时间t = 167ms。,随后的施密特触发器保证了低电平的持续时间至少为167ms，从而满足复位要求。,2019年4月13日,DSP原理及应用,32,第8章 TMS320C54x的硬件设计,8. 2. 2 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。,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。,2019年4月13日,DSP原理及应用,33,第8章 TMS320C54x的硬件设计,8. 2. 2 复位电路的设计,3.自动复位电路,由于实际的DSP系统需要较高频率的时钟信号,在运行过程中极容易发生干扰现象，严重时可能会造成系统死机，导致系统无法正常工作。 为了解决这种问题，除了在软件设计中加入一些保护措施外，硬件设计还必须做出相应的处理。 目前，最有效的硬件保护措施是采用具有监视功能的自动复位电路，俗称“看门狗”电路。,2019年4月13日,DSP原理及应用,34,第8章 TMS320C54x的硬件设计,3.自动复位电路,自动复位电路除了具有上电复位功能外，还能监视系统运行。 当系统发生故障或死机时可通过该电路对系统进行自动复位。,基本原理：是通过电路提供的监视线来监视系统运行。当系统正常运行时，在规定的时间内给监视线提供一个变化的高低电平信号，若在规定的时间内这个信号不发生变化，自动复位电路就认为系统运行不正常，并对系统进行复位。,2019年4月13日,DSP原理及应用,35,第8章 TMS320C54x的硬件设计,3.自动复位电路,自动复位电路的设计方案： 用555定时器和计数器组成； 采用专用的自动复位集成电路。 如Maxim公司的MAX706、MAX706R芯片。,MAX706R是一种能与具有3.3V工作电压的DSP芯片相匹配的自动复位电路。,2019年4月13日,DSP原理及应用,36,第8章 TMS320C54x的硬件设计,3.自动复位电路,由MAX706R组成的自动复位电路如图：,2019年4月13日,DSP原理及应用,37,第8章 TMS320C54x的硬件设计,3.自动复位电路,引脚6为系统提供的监视信号CLK，来自DSP芯片某个输出端，是一个通过程序产生的周期不小于10Hz的脉冲信号。 引脚7为低电平复位输出信号，是一个不小于1.6s的复位脉冲，用来对DSP芯片复位。,当DSP处于不正常工作时，由程序所产生的周期脉冲CLK将会消失,自动复位电路将无法接收到监视信号，MAX706R芯片将通过引脚7产生复位信号，使系统复位，程序重新开始运行，强迫系统恢复正常工作。,2019年4月13日,DSP原理及应用,38,第8章 TMS320C54x的硬件设计,8.2 DSP系统的基本设计,8. 2. 3 时钟电路的设计,时钟电路用来为C54x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,C54x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。,2019年4月13日,DSP原理及应用,39,第8章 TMS320C54x的硬件设计,1.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。,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。,2019年4月13日,DSP原理及应用,40,第8章 TMS320C54x的硬件设计,1.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。,C1=C2=20pF,2019年4月13日,DSP原理及应用,41,第8章 TMS320C54x的硬件设计,2.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。,C54x的锁相环有两种形式： 硬件配置的PLL： 软件可编程PLL：,用于C541、C542、C543、C545和C546；,用于C545A、C546A、C548、C549、C5402、C5410和C5420。,2019年4月13日,DSP原理及应用,42,第8章 TMS320C54x的硬件设计,2.锁相环PLL,硬件配置的PLL是通过设定C54x的3个时钟模式引脚(CLKMD1、CLKMD2和CLKMD3)的状态来选择时钟方式。,(1) 硬件配置的PLL,上电复位时，C54x根据这三个引脚的电平，决定PLL的工作状态，并启动PLL工作。,2019年4月13日,DSP原理及应用,43,第8章 TMS320C54x的硬件设计,(1) 硬件配置的PLL,注意：, 时钟方式的选择方案是针对不同的 C54x芯片而言。, 停止工作方式等效于IDLE3省电方式。,2019年4月13日,DSP原理及应用,44,第8章 TMS320C54x的硬件设计,(1) 硬件配置的PLL,进行硬件配置时，其工作频率的是固定的。 若不使用PLL，则对内部或外部时钟分频，CPU的时钟频率等于内部振荡器频率或外部时钟频率的一半； 若使用PLL，则对内部或外部时钟倍频，CPU的时钟频率等于内部振荡器或外部时钟源频率乘以系数N， 即 时钟频率 = (PLLN),2019年4月13日,DSP原理及应用,45,第8章 TMS320C54x的硬件设计,2.锁相环PLL,软件配置的PLL具有高度的灵活性。它是利用编程对时钟方式寄存器CLKMD的设定，来定义PLL时钟模块中的时钟配置。 软件PLL的时钟定标器提供各种时钟乘法器系数，并能直接接通和关断PLL。 软件PLL的锁定定时器可以用于延迟转换PLL的时钟方式，直到锁定为止。,(2) 软件配置的PLL,2019年4月13日,DSP原理及应用,46,第8章 TMS320C54x的硬件设计,(2) 软件配置的PLL, 时钟方式寄存器CLKMD,用来定义PLL时钟模块中的时钟配置，为用户提供各种时钟乘系数，并能直接通断PLL。,PLL乘数,PLLMUL：为PLL的倍频乘数，读/写位。 与PLLDIV和PLLNDIV一起决定PLL的频率。,PLL除数,PLLDIV：为PLL的分频除数，读/写位。 与PLLMUL和PLL NDIV一起决定PLL的频率。,PLL计数器,PLLCOUNT：PLL的减法计数器，读/写位。 用来对PLL开始工作到锁定时钟信号之前的一段时间进行计数定时，以保证频率转换的可靠性。,PLL通/断位,PLLON/OFF：PLL的通/断位，读/写位。 与PLLNDIV一起决定PLL是否工作。,时钟发生器 选择位,时钟发生器 选择位,PLLNDIV：时钟发生器选择位，读/写位。 用来决定时钟发生器的工作方式。与PLLMUL和PLLDIV位同时定义频率的乘数。,当PLLNDIV=0时，采用分频DIV方式； 当PLLNDIV=1时，采用倍频PLL方式。,PLLNDIV,PLL工作 状态位,PLL工作 状态位,PLL STATUS：PLL的工作状态位，只读位。 用来指示时钟发生器的工作方式。,当PLL STATUS=0时，时钟发生器工作于分频DIV方式； 当PLL STATUS=1时，时钟发生器工作于倍频PLL方式。,PLLSTATUS,2019年4月13日,DSP原理及应用,47,第8章 TMS320C54x的硬件设计,(2) 软件配置的PLL, 软件PLL的工作方式,通过软件编程，可以使软件PLL实现两种工作方式：, PLL方式，即倍频方式。 芯片的工作频率等于输入时钟CLKIN乘以PLL的乘系数，共有31个乘系数，取值范围为0.2515。, DIV方式，即分频方式。 对输入时钟CLKIN进行2分频或4分频。,2019年4月13日,DSP原理及应用,48,第8章 TMS320C54x的硬件设计,(2) 软件配置的PLL, 软件PLL的乘系数,软件PLL的乘系数可通过PLLNDIV、PLLDIV和PLLMUL的不同组合确定。,2019年4月13日,DSP原理及应用,49,第8章 TMS320C54x的硬件设计,(2) 软件配置的PLL, 软件PLL的乘系数,根据PLLNDIV、PLLDIV和PLLMUL的不同组合，软件PLL共有31个乘系数，分别为: 0.25、 0.5、 0.75、 1、 1.25、 1.5、 1.75、 2、 2.25、 2.5、 2.75、 3、 3.25、 3.5、 3.75、 4、 4.5、 5、 5.5、 6、 6.5、 7、 7.5、 8、 9、 10、 11、 12、 13、 14、 15。,2019年4月13日,DSP原理及应用,50,第8章 TMS320C54x的硬件设计,(2) 软件配置的PLL, 复位时钟方式,当芯片复位后，时钟方式寄存器CLKMD的值是由3个外部引脚(CLKMD1、CLKMD2和CLKMD3)的状态设定，从而确定了芯片的时钟方式。,C5402复位时设置的时钟方式:,2019年4月13日,DSP原理及应用,51,第8章 TMS320C54x的硬件设计,(2) 软件配置的PLL, 复位时钟方式,通常，DSP系统的程序需要从外部低速EPROM中调入，可以采用较低工作频率的复位时钟方式，待程序全部调入内部快速RAM后，再用软件重新设置CLKMD寄存器的值，使C54x工作在较高的频率上。,例如，外部时钟频率为10MHz,CLKMD1CLKMD3=111,时钟方式为2分频。 复位后,工作频率为10MHz2=5MHz。 用软件重新设置CLKMD寄存器，就可以改变DSP的工作频率,如设定CLKMD=9007H，则工作频率为1010MHz=100MHz。,2019年4月13日,DSP原理及应用,52,第8章 TMS320C54x的硬件设计,(2) 软件配置的PLL, 倍频切换,若要改变PLL的倍频，必须先将PLL的工作方式从倍频方式(PLL方式)切换到分频方式(DIV方式)，然后再切换到新的倍频方式。,实现倍频切换的步骤：,步骤1：复位PLLNDIV，选择DIV方式； 步骤2：检测PLL的状态，读PLLSTATUS位； 步骤3：根据所要切换的倍频，确定乘系数； 步骤4：由所需要的牵引时间，设置PLLCOUNT的当前值； 步骤5：设定CLKMD寄存器。,2019年4月13日,DSP原理及应用,53,第8章 TMS320C54x的硬件设计,(2) 软件配置的PLL, 倍频切换,【例8.2.1】 从某一倍频方式切换到PLL1方式。,必须先从倍频方式切换到分频方式，然后再切换到PLL1方式。,其程序如下： STM #00H，CLKMD Status：LDM CLKMD，A AND #01H，A BC Status，ANEQ STM #03EFH，CLKMD,；切换到DIV方式 ；测试PLLSTATUS位 ；若A0，则转移，,；表明还没有切换到DIV方式,；若A=0，则顺序执行， ；已切换到DIV方式,STM #03EFH，CLKMD ；切换到PLL1方式,注意：2分频与4分频之间也不能直接切换。,2019年4月13日,DSP原理及应用,54,第8章 TMS320C54x的硬件设计,8.3 DSP的电平转换电路设计,5V CMOS、5V TTL和3.3V TTL电平的转换标准：,1.各种电平的转换标准,VOH: 输出高电平的下限值； VOL: 输出低电平的上限值； VIH: 输入高电平的下限值； VIL: 输入低电平的上限值。,5V TTL和3.3V TTL: 转换标准相同 5V CMOS和3.3V TTL: 存在电平匹配的问题,2019年4月13日,DSP原理及应用,55,第8章 TMS320C54x的硬件设计,8.3 DSP的电平转换电路设计,一个系统同时存在3.3V和5V系列芯片时，必须考虑它们之间的电压兼容性的问题。,2. 3.3V与5V电平转换的形式, 3.3V的芯片是否能承受5V电压； 驱动器件的输出逻辑电平与负载器件要求的输入逻辑电平是否匹配； 驱动电路允许输出的最大电流是否大于负载器件所要求的输入电流。,2019年4月13日,DSP原理及应用,56,第8章 TMS320C54x的硬件设计,驱动器件与负载器件的接口条件,2. 3.3V与5V电平转换的形式,2019年4月13日,DSP原理及应用,57,第8章 TMS320C54x的硬件设计,根据不同的应用场合，3.3V与5V电平转换有四种形式:,2. 3.3V与5V电平转换的形式,5V TTL器件驱动3.3V器件(LVC),3.3V TTL器件(LVC)驱动5V TTL器件,5V CMOS器件驱动3.3V器件(LVC),3.3V TTL器件(LVC)驱动5V CMOS器件,5V TTL,3.3V LVC,5V TTL,3.3V LVC,5V CMOS,3.3V LVC,5V CMOS,3.3V LVC,2019年4月13日,DSP原理及应用,58,第8章 TMS320C54x的硬件设计,2. 3.3V与5V电平转换的形式,(1) 5V TTL器件驱动3.3V TTL器件(LVC),电平转换标准相同，接口电平匹配。 只要3.3V器件能承受5V电压，并且满足接口电流条件，可以直接连接驱动，否则需加驱动电路。,2019年4月13日,DSP原理及应用,59,第8章 TMS320C54x的硬件设计,2. 3.3V与5V电平转换的形式,(2) 3.3V TTL器件(LVC)驱动5V TTL器件,电平转换标准相同，并满足接口电平条件。 只要满足接口电流条件，可以直接连接驱动，否则加驱动电路。,2019年4月13日,DSP原理及应用,60,第8章 TMS320C54x的硬件设计,2. 3.3V与5V电平转换的形式,(3) 5V CMOS器件驱动3.3V TTL器件(LVC),电平转换标准不相同的，但满足接口电平的要求，即VOHVIH，VOLVIL。 只要采用能承受5V电压的LVC器件，且满足接口电流的要求，可以直接驱动，否则需加驱动电路。,2019年4月13日,DSP原理及应用,61,第8章 TMS320C54x的硬件设计,2. 3.3V与5V电平转换的形式,(4) 3.3V TTL器件(LVC)驱动5V CMOS器件,电平转换标准不相同，接口电平不满足要求。 不能直接驱动，需加入双电源供电的接口电路,如: TI公司的SN74ALVC164245、SN74LVC4245等。,2019年4月13日,DSP原理及应用,62,第8章 TMS320C54x的硬件设计,8.3 DSP的电平转换电路设计,3. DSP与外围器件的接口,(1) DSP芯片与3V器件的接口,从目前的趋势来看，使用低电压的3V系列芯片已成为发展方向，所以在设计DSP系统时应尽量选用3V的芯片。这样既可以设计成一个低功耗的系统,也避免了混合系统设计中的电平转换问题。 DSP与3V器件的接口比较简单，由于两者电平一致，可以直接驱动。如DSP芯片可以直接与3V的Flash存储器连接。,2019年4月13日,DSP原理及应用,63,第8章 TMS320C54x的硬件设计,3. DSP与外围器件的接口,(2) DSP芯片与5V器件的接口,DSP与5V器件的接口属于混合系统的设计。设计时要分析它们之间的电平转换标准，是否满足电压的兼容性和接口条件。,以TMS320LC549与Am27C010EPROM接口为例，介绍接口设计的方法。, 分析电平转换标准,电平转换标准一致，C549到Am27C010单方向的地址线和信号线可以直接连接。 C549不能承受5V电压，从Am27C010到C549方向的数据线不能直接连接，需加一个缓冲器。,2019年4月13日,DSP原理及应用,64,第8章 TMS320C54x的硬件设计,(2) DSP芯片与5V器件的接口, 缓冲器的选择,可以选择双电压供电的缓冲器，也可以选择3.3V单电压供电并能承受5V电压的缓冲器，如选择74LVC16245缓冲器。,74LVC16245器件是一个双向收发器，可以用作2个8位或1个16位收发器。工作电压为2.73.6V。,DIR：数据方向控制端。用来控制数据的传输方向。,2019年4月13日,DSP原理及应用,65,第8章 TMS320C54x的硬件设计,(2) DSP芯片与5V器件的接口, 接口电路,Am27C010是EPROM存储器，数据总线是单向的，从Am27C010流向DSP芯片。,74LVC 16245,2019年4月13日,DSP原理及应用,66,第8章 TMS320C54x的硬件设计,8.4 DSP存储器和I/O的扩展,对于数据运算量和存储容量要求较高的系统，在应用DSP芯片作为核心器件时,由于芯片自身的内存和I/O资源有限，往往需要存储器和I/O的扩展。,在进行DSP外部存储器扩展之前，必须了解DSP片上存储资源，并根据应用需求来扩展存储空间。当片上存储资源不能满足系统设计的要求时，就需要进行外部存储器扩展。,2019年4月13日,DSP原理及应用,67,第8章 TMS320C54x的硬件设计,8.4 DSP存储器和I/O的扩展,外部存储器主要分为两类。, ROM RAM,包括EPROM、E2PROM和FLASH等。,分为静态RAM(SRAM)和动态RAM(DRAM),ROM主要用于存储用户的程序和系统常数表,一般映射在程序存储空间。,RAM常选择速度较高的快速RAM,既可以用作程序空间的存储器,也可以用作数据空间的存储器。,2019年4月13日,DSP原理及应用,68,第8章 TMS320C54x的硬件设计,8.4 DSP存储器和I/O的扩展,C54x的地址总线有1623条，芯片的型号不同其配置的地址总线也不同。 C5402芯片共有20根地址线，最多可以扩展1M字外部程序存储空间，其中高4位地址线(A19A16)是受XPC寄存器控制。 扩展程序存储器时,除了考虑地址空间分配外,关键是存储器读写控制和片选控制与DSP的外部地址总线、数据总线及控制总线的时序配合。,8. 4. 1 程序存储器的扩展,2019年4月13日,DSP原理及应用,69,第8章 TMS320C54x的硬件设计,程序存储器有三种工作方式:,8. 4. 1 程序存储器的扩展,1.程序存储器的工作方式, 读操作,程序存储器只能进行读操作。, 维持操作, 编程操作,当编程电源加规定的电压，片选和读允许端加要求的电平，通过编程器可将数据固化到存储器中，完成编程操作。,2019年4月13日,DSP原理及应用,70,第8章 TMS320C54x的硬件设计,8. 4. 1 程序存储器的扩展,2.扩展程序存储器, 注意事项, 根据应用系统的容量选择存储芯片容量； 根据CPU工作频率，选取满足最大读取时间、电源容差、工作温度等性能的芯片； 选择逻辑控制芯片，以满足程序扩展、数据扩展和I/O扩展的兼容； 与5V存储器扩展时，要考虑电平转换。,2019年4月13日,DSP原理及应用,71,第8章 TMS320C54x的硬件设计,2.扩展程序存储器, FLASH存储器,FLASH存储器与EPROM相比，具有更高的性能价格比，而且体积小、功耗低、可电擦写、使用方便，并且3.3V的FLASH可以直接与DSP芯片连接。,AT29LV1024是1M位的FLASH存储器。,地址线： A0A15；,控制线：,数据线：I/O0I/O15；,2019年4月13日,DSP原理及应用,72,第8章 TMS320C54x的硬件设计,2.扩展程序存储器, 存储器扩展,扩展连接图：,16,16,原理：,进行读操作；,地址和数据线呈高阻。,若只扩展一片程序存储器，可将CPU存储器选通信号MSTRB与存储器输出使能OE连接。,当PS=0，MSTRB=0时，可对存储器进行读操作。,2019年4月13日,DSP原理及应用,73,第8章 TMS320C54x的硬件设计,8.4 DSP存储器和I/O的扩展,8. 4. 2 数据存储器的扩展,1. 数据存储器ICSI64LV16,ICSI64LV16是一种高速数据存储器，其容量64K字16。,地址线：A15A0；,控制线：,数据线：I/O15I/O0；,2019年4月13日,DSP原理及应用,74,第8章 TMS320C54x的硬件设计,8. 4. 2 数据存储器的扩展,1. 数据存储器ICSI64LV16,结构图：,2019年4月13日,DSP原理及应用,75,第8章 TMS320C54x的硬件设计,8. 4. 2 数据存储器的扩展,1. 数据存储器ICSI64LV16,2019年4月13日,DSP原理及应用,76,第8章 TMS320C54x的硬件设计,8. 4. 2 数据存储器的扩展,2. 存储器扩展连接,2019年4月13日,DSP原理及应用,77,第8章 TMS320C54x的硬件设计,8.4 DSP存储器和I/O的扩展,8. 4. 3 I/O的扩展应用,在实际应用中，许多DSP系统需要输入和输出接口。键盘和显示器作为常用的输入输出设备，在便携式仪器、手机等产品中得到了广泛地应用。使用液晶模块和非编码键盘可以很方便地作为I/O设备与DSP芯片连接。 下面以TMS320VC5402芯片、EPSON的液晶显示模块TCMA0902和非编码键盘为例，介绍DSP芯片的I/O扩展和软件驱动程序的设计。,2019年4月13日,DSP原理及应用,78,第8章 TMS320C54x的硬件设计,8. 4. 3 I/O的扩展应用,1.显示器连接与驱动,复位端，低电平有效；,(1)液晶模块TCM-A0902的引脚,片选信号，低电平有效；,RD：读信号端，高电平有效；,写信号端，低电平有效；,A0：寄存器选择端；,当A0=0时，选择命令寄存器；,当A0=1时，选择数据寄存器。,DB7DB0：数据线。,2019年4月13日,DSP原理及应用,79,第8章 TMS320C54x的硬件设计,8. 4. 3 I/O的扩展应用,1.显示器连接与驱动,(2)连接图,命令端口地址：,COMMP=CFFFH,数据端口地址：,DATAP=EFFFH,2019年4月13日,DSP原理及应用,80,第8章 TMS320C54x的硬件设计,(3)驱动程序,LD #lcd_data,DP NOP ST #DTYSET,lcd_data CALL writecomm ST #031H,lcd_data CALL writddata ST #PDINV,lcd_data CALL writecomm ST #SLPOFF,lcd_data CALL writecomm,初始化液晶程序,；设定页指针,；送DTYSET命令字,#DTYSET,；调写命令字子程序,writecomm: PORTW lcd_data,COMMP CALL delay RET,；写命令字子程序 ；输出命令字 ；调延时子程序 ；子程序返回,；送显示数据,031H,；调写数据子程序,writedata: PORTW lcd_data,DATAP CALL delay RET,；送PDINV命令字,#PDINV,；调写命令字子程序,；送SLPOFF命令字,#SLPOFF,；调写命令字子程序,；设置液晶亮度程序 ST #VOLCTL,lcd_data CALL writecomm ST #010H,lcd_data CALL writedata,；送设定亮度命令字,#VOLCTL,；调写命令字子程序,；送亮度数据,010H,；调写数据子程序,；写数据子程序 ；输出显示数据 ；调延时子程序 ；子程序返回,2019年4月13日,DSP原理及应用,81,第8章 TMS320C54x的硬件设计,8. 4. 3 I/O的扩展应用,2.键盘的连接与驱动,键盘作为常用的输入设备应用十分广泛。它是由若干个按键所组成的开关阵列，分为编码键盘和非编码键盘两种。,编码键盘除了设有按键外，还包括有识别按键闭合产生键码的硬件电路，只要有按键闭合，硬件电路就能产生这个按键的键码，并产生一个脉冲信号，以通知CPU接收键码。,这种键盘的使用比较方便，不需要编写很多的程序，但使用的硬件电路比较复杂。,非编码键盘是由一些按键排列成的行列式开关矩阵。按键的作用只是简单地实现开关的接通和断开，在相应的程序配合下才能产生按键的键码。 非编码键盘硬件电路极为简单，几乎不需要附加什么硬件电路，故能广泛用于各种微处理器所组成的系统中。,2019年4月13日,DSP原理及应用,82,第8章 TMS320C54x的硬件设计,2.键盘的连接与驱动,由于C5402芯片的I/O资源有限，常用锁存器扩展成I/O口来组成非编码键盘。 常用的锁存器有74HC573。,逻辑符号：,真值表：,(1)锁存器74HC573,2019年4月13日,DSP原理及应用,83,第8章 TMS320C54x的硬件设计,2.键盘的连接与驱动,通过74HC573锁存器扩展的键盘由行锁存器、列锁存器和35矩阵式键盘组成。,(2)扩展键盘的组成,两端口的地址分别为： 读键盘端口地址：RKEYP=7FFFH； 写键盘端口地址：WKEYP=BFFFH。,该键盘占用两个I/O端口，分别为： 行锁存器为输出口，作为写键盘端口； 列锁存器为输入口，作为读键盘端口。,2019年4月13日,DSP原理及应用,84,第8章 TMS320C54x的硬件设计,2.键盘的连接与驱动,连接图：,(2)扩展键盘的组成,2019年4月13日,DSP原理及应用,85,第8章 TMS320C54x的硬件设计,2.键盘的连接与驱动,(3)工作原理, 按键的识别, 写端口输出，WKEYP=00000H；, 读端口输入，读RKEYP。, 判断RKEYP值。,如果RKEYP=111，则无按键按下；,如果RKEYP111，则有按键按下。,2019年4月13日,DSP原理及应用,86,第8章 TMS320C54x的硬件设计,(3)工作原理, 按键的识别, 行扫描确定按键的位置,行扫描：依次给每行线输入0信号，检测所对应的列信号。,从WKEYP口依次输出行代码:,11110X0；11101X1； 11011X2；10111X3； 01111X4。,由RKEYP口读入状态,查询读入的数据，确定列代码。,110Y0；101Y1；011Y2。,2019年4月13日,DSP原理及应用,87,第8章 TMS320C54x的硬件设计,(3)工作原理, 按键的识别, 行扫描确定按键的位置, 按键防抖,检测到有按键按下后，延迟1020ms，然后再进行行扫描。, 确定键值,键值=行码列码,例如：确定X键的键值。,X,X键的行代码X2=11011， 列代码Y1=101， X键码=X2Y1=11011101=DDH。,2019年4月13日,DSP原理及应用,88,第8章 TMS320C54x的硬件设计,2.键盘的连接与驱动,(4)驱动程序,LD #key_w,DP LD key_w,A AND #0000H,A STL A,key_w PORTW key_w,WKEYP CALL delay PORTR RKEYP,key_r CALL delay ANDM #07H,key_r CMPM key_r,#007H BC nokey,TC,;确定页指针,行输出数据,列输入数据,键 值,key_w,key_r,key_v,;取行输出数据 ;全0送入A ;送入行输出单元,0000H,;全0数据行输出 ;调延时程序 ;输入列数据,列数据,;调延时程序 ;屏蔽列数据高位，保留低三位,00XXX,;列数据与007比较,;若相等，无按键，转nokey 若不相等，有按键，继续执行,2019年4月13日,DSP原理及应用,89,第8章 TMS320C54x的硬件设计,2.键盘的连接与驱动,(4)驱动程序,LD #key_w,DP LD key_w,A AND #0000H,A STL A,key_w PORTW key_w,WKEYP CALL delay PORTR RKEYP,key_r CALL delay ANDM #07H,key_r CMPM key_r,#007H BC nokey,TC,nokey: ST #00H,key_v B keyend keyend: NOP RET,; 若无按键按下 ; 存储00标志 ; 返回,2019年4月13日,DSP原理及应用,90,第8章 TMS320C54x的硬件设计,(4)驱动程序,nokey: ST #00H,key_v B keyend keyend: NOP RET,; 若无按键按下 ; 存储00标志 ; 返回,CALL w