《DSP技术与应用》课程设计报告-AD接口设计1.doc

淮阴工学院 DSPDSP 技术与应用技术与应用课程设计课程设计 选题名称选题名称: A/D 接口设计 系（院）系（院）: 计算机工程学院 专专 业业: 计算机科学与技术（嵌入式方向） 班班 级级: 计算机 1073 姓姓 名名: 学学 号号: 指导教师指导教师: 学年学期学年学期: 2009 2010 学年 第 2 学期 2010年 6 月 10 日 摘要： 在DSP的外部设备中，A/D（模数转换器）是一个十分重要的器件，A/D先将 模拟信号转换成数字信号，A/D 转换器是将模拟信号转换为数字信号，转换过程通过 采样、保持、量化和编码四个步骤完成，DSP接受A/D输出的数字信号进行信号处理。 这次课程设计中使用TLV1571和TMS320VC5416芯片来实现模数转换。通过配 TLV1571的两个控制寄存器CR0和CR1选择不同的工作方式，数据总线D8和D9引脚， 也就是A0和A1引脚，用于区分配置哪一个寄存器，00表示配置CR0，01表示配置 CR1,10和11无效；数据总线其余8位用于配置控制寄存器。TLV1571收到写信号脉冲 信号后，就会将数据总线的值写入相应的控制寄存器。实验中只使用INT0与INT1，其 他中断使用RETE直接返回，防止误入使用。 关键词：A/D；TLV1571;C5416;中断；控制寄存器 目目录录 1 引言.1 2 CCS 软件概述 .1 3 TLV1571 的原理及应用.1 3.1 TLV1571 的内部结构.2 3.2 TLV1571 引脚与其功能.2 3.3 TLV1571 控制寄存器的配置.3 3.4 TLV1571 自测方式.4 3.5 TLV1571 的基准电压输入.4 3.6 TLV1571 的接地.4 4 主程序的运行和调试过程.5 4.1 建立工程文件.5 4.2 编译、链接和运行目标文件.5 4.3 仿真运行输出目标文件.5 4.4 查查看存储器信息.6 4.5 设设置断点.6 4.6 设置探针.6 4.7 图形显示.6 5 硬件原理图.7 6 程序代码及说明.8 6.1 A/D 主程序.8 6.2 中断程序.10 6.3 CMD 程序 .13 7 程序运行结果.13 总 结.15 参考文献.16 DSP 技术与应用课程设计 1 1 1 引言引言 随着计算机、通信和多媒体技术的飞速发展，全球高新技术领域数字化的程度已 不断加深。如今电子产业已经形成了以数字技术为主体的格局，特别是半导体产业显 的尤为突出。半导体技术数字化和集成化的日益提高，在推动微控制（MCU）、数字 信号处理器（DSP）、微机械电子系统（MEMS）的发展中，也推动了“嵌入” 或 “隐性”模数转换技术的发展。在这些因素的影响下，模数转换技术正朝着高精度、 高速度的发展方向迈进。 为了适应模数转换发展的要求，模数转换技术也变得越来 越复杂。 DSP 数字信号处理 (Digital SignalProcessing，简称 DSP)是一门涉及许多学科而又 广泛应用于许多领域的新兴学科。 20 世纪 60 年代以来，随着计算机和信息技术 的飞速发展，数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。数字信号处理是一种 通过使用数学技巧执行转换或提取信息，来处理现实信号的方法，这些信号由数字 序列表示。在过去的二十多年时间里，数字信号处理已经在通信等领域得到极为广 泛的应用。 2 2 CCSCCS软件概述软件概述 1999 年，TI 推出了 Code Composer Studio(以下简称 CCS)集成开发环境。CCS 的 出现时 DSP 开发软件的一次革命性变化。CCS 集成的源代码编辑环境，使程序的调 试与修改更为方便；CCS 集成的代码生成工具，使开发设计人员不必在 DOS 窗口键 入大量的命令及参数；CCS 集成的调试工具，是调试程序一目了然，大量的观察窗口 使程序调试与修改得心应手。更为重要的是，CCS 加速和增强了实时、嵌入信号处理 的开发过程，提供了配置、构造、调试、跟踪和分析程序的工具，在基本代码生成工 具的基础上增加了调试和实时分析的功能。开发设计人员可在不中断程序运行的情况 下查看算法的对错，实现对硬件的实时跟踪调试，从而大大缩短了程序的开发时间。 CCS 在 Windows 操作系统下运行，它集成了非集成开发环境的所有功能，并扩展了 许多其他的功能15。本次毕业设计采用 CCS 集成开发环境，在该环境下，不用在单 独调用汇编命令进行程序设计，汇编和链接，只要设置好了环境变量，就可以进行软 件的开发，调试，汇编和链接，并可以将输出目标文件写到目标版中；我们使用 CCS1.2 版本，用于 C54XDSP 应用程序的开发。 DSP 技术与应用课程设计 2 3 3 TLV1571TLV1571的原理及应用的原理及应用 3.1 TLV1571的内部结构 TLV1571 的内部结构如图 3.1 所示。TLV1571 的时钟源有内部时钟和外部时钟 两种方式。TLV1571 的时钟信号可以由 CLK 从外部引入，也可以由 TLV1571 的内 部时钟产生。和一般 AD 转换器不同，TLV1571 外部时钟信号必须经过 TLV1571 内部 MUX 时钟电路来提供给各 个通道。由于 TLV1571 内部本身也带有时钟，因 此 TLV1571 对各种时钟信号都兼容，这些时钟信号包括正弦波或者方波、TTL 电平 或者 CMOS 电平。 图 3.1TLV1571 的内部结构 3.2 TLV1571引脚与其功能 外部模拟信号从 TLV1571 的 AIN 引脚输入，信号到达 TLV1571 的中心元 （10bit 触发式AD），将模拟信号转换为数字信号，同时TLV1571内部的输入寄存器 和逻辑控制 元控 制信号转变的方式，数字信号经过逻辑校 元到达三态数据输出寄 存器输出。此外，TLV1571 提供外部数据输出中断信号 INT 引脚，该引脚信号连接 到 DSP 的中断信号，DSP 收到中断信号就可以读取数据总线，获得采样信号。 TLV1571 的引脚分布如图3.2 所示。其中 CS 是片选信号，用于选通芯片；RD 是读 信号，即 DSP 每读取一个数据通过该引脚通知TLV1571，TLV1571 从而开始下一次 采样；WR 是 写信号，对 TLV1571 初始化寄存器，通过该引脚通知 TLV1571，TLV1571 从而将数据总线 的数据写入到其内部寄存器；REFP 是高电平 参考电压，一般直接连接到 VCC；REFM 是低 电平参考电压，一般直接连接到地。 DSP 技术与应用课程设计 3 图 2.2 引脚分布 3.3 TLV1571 控制寄存器的配置 TLV1571 的控制寄存器用于配置采样控制。TLV1571 有两个控制寄存器 CR0 和 CR1，它们都必须由用户配置。通过配置控制寄存器，TLV1571 可以选择不同的 工作方式。数据总线的 D9 和 D8 引脚，也就是 A1 和 A0 引脚，用于区分当前配 置哪一个寄存器，00 表示配置 CR0 寄存器，01 表示配置 CR1 寄存器，10和11无 效；数据总线其余的8bit用于配置控制寄 存器。TLV1571 收到写信号脉冲信号后， 就会将数据总线的值写入相应的控制寄存器。TLV1571 内置有 10MHz 的振荡器， 通过设置 CR1 寄存器的 D6 位，可使内部振荡器的 速度提高 1 倍。如果 D6=0， 内部振荡器的速度不变；如果 D6=1，内部振荡器的速度提高到 20MHz。通过设置 CR1 寄存器的 D3 位，可以设置 TLV1571 数字信号输出格式。如果 D3=0， 输出 数据格式是直接二进制格式；如果 D3=1，输出数据格式是二进制的补码格式。 TLV1571 的启动方式由 CR0 寄存器的 D7 位决定，表3.1 给出了 TLV1571 转换启 动方式 的说明。 方式启动方式说 明 通道输入 CR0.D3=0 CR1.D7=0 硬件启动 CR0.D7=0 CSTART 下降沿启动采样 CSTART 上升沿启动转换 INT 方式时，每次转换后产生一个 INT 脉冲 EOC 方式时，转换开始时 EOC 将由高电平变至低电平， 转换结束时返 回高电平 DSP 技术与应用课程设计 4 软件启动 CR0.D7=1 最初由 WR 的上升沿启动采样。在 RD 的上升沿发生采 样 采样开始后的 6 个时钟后开始转换，INT 方式时，每次 转换后产生一个 INT 脉冲 EOC 方式时，转换开始时 EOC 由高电平变至低电平，转 换结束时返回 高电平 表3.1 TLV1571 转换启动方式 3.4 TLV1571自测方式 对于 TLV1571，通道输入设置 CR0.D3=0，CR1.D7=0；采用软件启动设置 CR0.D7=1； 采用内部时钟源方式设置 CR0.D5=0；时钟为 20MHz 设置 CR1.D6=1；采用二进制输出方式 设置 CR1.D3=0。最终控制寄存器的设置为 CR0=0080H，CR1=0140H，将这两个数据写到控 制寄存器，TLV1571 将按照以上设 置开始工作。TLV1571 提供 3 种自测试方式，并通过写 CR1 寄存器的 D1 和 D0 位来控制这 3 种测试 方式。这些方式可用于不必提供外部信号就可检查 TLV1571 本身工作是否正常。具体方法如 表3.2 所示。 CR1(D1,D0)自测试电压数字输出 D1=0,D0=0正常工作方式N/A D1=0,D0=1将 VREFM 作为基准电压加到 A/D000h D1=1,D0=0 将（VREFPVREFM）/2 作为基准电压加到 A/D200h D1=1,D0=1将 VIN= VREFP 作为基准电压加到 A/D3FFh 表 3.2TLV1571 自测方式 3.5 TLV1571的基准电压输入 TLV1571 具有两个基准电压输入引脚：REFP 和 REFM。REFP 引脚的电压， 是输入模拟 信号的最大值；REFM 引脚的电压，是输入模拟信号的最小值； REFP、REFM 以及模拟输入 一般不超出正电源电压或低于 GND，它们符合 TLV1571 规定的极参数。当输入信号等于 或高于 REFP 时，数字输出为最大值；当 输入信号等于或小于 REFM 时，数字输出为零。 3.6 TLV1571的接地 为了制反馈到电源和基准电压的高频瞬变和随机噪声，要注意印制电路板的设计。 为此，要求充分考虑旁路电容和基准引脚之间的距离。在许多情况下，0.1F 瓷片电容 足以 在宽频带范围内保持低阻抗，但由于它们的频率在很大程度上取决于各电源引 脚的靠近 程度，所以电容要尽可能放在靠近电源引脚的地方。为了减少高频和噪声 DSP 技术与应用课程设计 5 耦合，推荐把数 字和模拟地在芯片引脚处立即短路（可在引脚 DGND 和 AGND 之 间布一条低的阻抗线来实现）。 4 4 主程序的运行和调试过程主程序的运行和调试过程 4.1 建立工程文件 在 CCS 环境下，开发汇编应用程序，首先要建立一个工程项目文件，然后向工程 项目文件中添加汇编程序文件(.asm)，链接命令文件(.cmd)等等。 (1)建立一个新的工程项目文件 执行 Project-New 命令，所示对话框将.mak 文件建立在 D/myproject 目录下，输入 项目文件名 yym，单击确定。 (2)向工程文件中添加文件 执行 Project-Add Files To Project 命令，分别为项目文件添加汇编程序文件(.asm)， 链接命令文件(.cmd)。 完成了汇编程序文件和链接命令的添加，下面就可以进行汇编程序的编辑，编译 和目标文件的创建了。 4.2 编译、链接和运行目标文件 对程序进行编译：执行 Project-Compile File 命令，就可以对当前的汇编程序进行 编译，生成.obj 文件，如果程序存在语法错误，那么就会在下部的”编译链接”信息框 中显示错误信息，根据错误提示，可以对程序进行修改。 对程序进行编译链接：执行 Project-Build 命令，就可以对当前的项目文件同时进 行编译，汇编和链接操作，并生成.out 文件，如果用错误信息，则会在”编译链接”信 息框中显示 4.3 仿真运行输出目标文件 执行 File-Load Program 命令，选择需要加载的.out 文件 yym.out，加载到应用板 上，加载程序到应用板后，就可以进行仿真运行，执行 Debug-Run 命令，就可以仿真 运，加载的输出的文件；如果要终止程序的运行，可以执行 Debug-Halt 命令。 当然也可以对程序进行单步执行操作，单步运行的操作为：执行 Debug-Step Into(F8)命令，即可实现单步运行，连续按 F8 键也可以单步执行执行 Debug-Step Over(F10)命令，可以单步执行当前函数中的单条语句执行 Debug-Step Out(Shift F7)命 令，如果当前正处于子程序中，执行该命令可以完成子程序的执行执行 Debug-Run to DSP 技术与应用课程设计 6 Cursor(Ctrl F10)命令。可以使程序运行到鼠标当前所在的光标位置。 4.4 查查看存储器信息 当进行程序仿真调试时，可以对数据存储器，程序存储器和 I/O 空间的信息进行 查看，执行 View-Memory 命令，系统弹出”存储器窗口选项”对话框，此时可以选择查 看何种存储器，即选择 Data(数据存储器)，Program(程序存储器)和 I/O 空间。 在弹出的对话框中填入相应的数据; Address：输入要查看的存储器位置的起始地址：0X10； Q 值：可使用定点数的 Q 表示方法显示数据：0； Format：选择存储器数据显示格式：16-Bit Signed Integer，16 位带符号整数. 4.5 设设置断点 当加载了.out 文件到目标板后，在程序调试过程中，可以使用断点来帮助我们进 行程序调试，断点测试对于每一个软件的调试过程很有用。 断点是任何调试工作的一个基本内容。断点暂停程序的执行，断点暂停程序的执 行，当程序被暂停时，可以考察程序的状态，检查或修正变量，考察调用的堆栈等等。 执行 Debug-breakpoints 命令，系统会弹出“断点”对话框，如图 5-8 所示。在该选项 卡中，可以添加测试断点，即在 Location 编辑框中填入需要添加断点的位置。如果要 取消某个断点，在 Breakpoints 列表框中选中需要取消的断点，按 Delete 按钮即可。 4.6 设置探针 当加载了.out 文件到目标板后，在程序调试过程中，可以使用探针来使用试验箱 上的波形信号。在 PORTW*(10h),DAC_DAT 处设置探针。 4.7 图形显示 在调试应用程序时，将结果以图形方式显示出来，可以为调试带来很大的方便， 通常，DSP 应用程序是全数字形式的，因此在调试过程中是很难观察其执行过程的不 过采用将结果以图形的方式显示出来，就很容易实现这个目的了。最好的方法就 是通过观察程序中的数据图形显示结果来实现程序的调试。从 View 菜单，选择 Graph-Time/Frequency 命令，系统弹出“图形属性”对话框，如图 4-1 所示；在表中 填入参数，单击 OK 键，保存输入的参数，建立图形。 DSP 技术与应用课程设计 7 图4-1图形属性 5 5 硬件原理图硬件原理图 图5-1硬件原理图 DSP 技术与应用课程设计 8 图5-2模数转换与力图 6 6 程序代码及说明程序代码及说明 6.1 A/D主程序 .mmregs .def CodeEntry .def Eint1_ISR .data Data_DP: .text CodeEntry: .copy set_dp.asm;初始化DP，SP .copy set_iptr.asm;初始化中断向量表 ;Initialize the AD1571 K_STARTSEL.set 17;D7 0:HARDWARE START 1:SOFTWARE START 启 动方式。 K_PROGEOC.set 06;D6 0:INT1:EOC K_CLKSEL .set 05;D5 0:Internal Clock 1:External Clock K_SWPWDN .set 04;D4 0:Normal1:Power Down K_MODESEL .set 03;D3 0:Single Channel1:Sweep Mode DSP 技术与应用课程设计 9 K_CR0 .set (K_STARTSEL|K_PROGEOC|K_CLKSEL|K_SWPWDN|K_MODESEL)5 K_OSCSPD .set 06;D6 0:INT.OSC.SLOW1:INT. OSC. FAST 内部振荡器频率，1时频率提高到20MHz。 K_OUTCODE .set 03;D3 0:Binary1:2s Complement D3=0二进制 格式，D3=1二进制补吗 K_READREG .set 02;D2 0:Enable Self Test1:Register Read back K_STEST.set 0;0CONVERSION resultREADREG = 0 ;1SELF TEST 1 result ;2SELF TEST 2 result ;3SELF TEST 3 result ;0Contents of CR0READREG = 1 ;1Contents of CR1 K_CR1.set (100H|K_OSCSPD|K_OUTCODE|K_READREG|K_STEST) VECT PAGE 0/*中断向量表*/ STACK : DARAM PAGE 1/*堆栈*/ .bss: DARAM PAGE 1/*未命名段*/ .data: DARAM PAGE 1/*数据段*/ 7 7 程序运行结果程序运行结果 DSP 技术与应用课程设计 14 图6-1运行结果 DSP 技术与应用课程设计 15 总总结结 经历了这次实验，我想我们充分认识到了压力带给人的巨大动力。确定 A/D 实验 后，查了大量这方面的资料，并进一步学习了 CCS 环境下的操作、调试与运行。由于 之前对 DSP 程序学的不是很好，这方面学习我们去实验室操作了不少时间，终于熟悉 了它的操作步骤与调试方法。 然后具体针对 A/D 转换实验，我们经历了比较大的挫折。首先试验箱上用的 TLV1571 芯片与我们起初选择的芯片不一样，不得不重新找资料。尽管如此我们仍然 没能成功的编出属于我们自己的程序，因此我们找到了一份编好的程序，用我们已经 理解的知识去分析它，理解这份程序的原理，并根据我们的实际对它进行一些修改， 从而我们才得出我们现在的程序。虽然程序编写成功了但我们在调试上又遇到了很多 的问题；程序中复制部分有左移五位的。刚开始怎么也搞不懂，改了好几遍，但一改 动就得不到波形，最后在看硬件连接图时发现引脚是从 D5 开始接的。在程序调试阶 段，起初终是不能看