（信号与信息处理专业论文）多功能dsp开发实验平台的设计及实现.pdf

萝， - j 弩 原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。除本文已经注明引用的内容外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也 不包含为获得凼墓直盍堂及其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同 志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：虽邀堑 指导教师签名 e l期：丝丝! 殳芝之日期 在学期间研究成果使用承诺书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：内蒙古大学有权将 学位论文的全部内容或部分保留并向国家有关机构、部门送交学位论文的复印件和磁盘，允 许编入有关数据库进行检索，也可以采用影印、缩印或其他复制手段保存、汇编学位论文。 为保护学院和导师的知识产权，作者在学期间取得的研究成果属于内蒙古大学。作者今后 使用涉及在学期间主要研究内容或研究成果，须征得内蒙古大学就读期间导师的同意；若用 于发表论文，版权单位必须署名为内蒙古大学方可投稿或公开发表。 学位论文作者签名：墨垫丝 e t 期：迎鱼! 堡 指导教师签 日 k “v 。 i 一 ， 多功能d s p 开发实验平台的设计及实现 摘要 通过对现今数字信号处理器综合系统需求的分析，并结合漏水信号处理的 实际需要，本文设计并实现了基于d s p + c p l d 体系结构的多功能d s p 实验平台。 该实验平台硬件设计采用模块化思想。由t m s 3 2 0 v c 5 4 1 6 1 6 0 为核心的最 小系统模块和系统主板组成，其中最小系统构成了一套独立的d s p 控制系统， 并在c c s 平台上通过仿真器j t a g 接口实现了实时编程、调试、仿真及 b o o t l o a d e r 装载等功能。系统主板的硬件资源有：键盘阵列、点阵图形式 液晶显示、双路音频信号采集处理、电源及c p l d 控制等模块。软件使用汇编 语言、c 语言和混合编程等方式。除完成了通用例行实验外，还增添了d s p 的 b o o t l o a d e r 装载和模块间的结合应用。 。 该实验平台的一个重要特色是：设计了两套与d s p 芯片配套的 t l v 3 2 0 a i c l 0 数据采集芯片，能够完成双路音频信号的实时采集和处理，为专 业人员进行各类数据采集、滤波( f i r 、i i r ) 、去噪、相关运算、编解码、f f t 变 换等设计提供了良好的硬件平台。 论文重点介绍了在该平台上完成l c d 液晶屏模块硬件电路的设计方法和软 件编程设计方案，以及在d s p 控制系统中b o o t l o a d e r 的装载设计，提出了 采用二次下载法将b o o t 表头成功的设计在用户程序之中的编程技术。不仅实 现了b o o t l o a d e r 有效的装载运行，而且解答了d s p 研发人员b o o t 设计及 装载时的困惑。丰富的软硬件资源及先进的设计理念，使该系统成为一套高效， 功能完善，界面友好的嵌入式多功能d s p 开发实验平台。 i - 1 y _ i l 内蒙古大学硕士学位论文 关键词：d s p , c p l d ，b o o t l o a d e r ，液晶显示模块 k l 一 内蒙古大学硕士学位论文 t h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fm u l t i f u n c t i o nds p d e v e l o p m e n t a n de x p e r i m e n t a lp l a t f o r m a b s t r a c t t h i sd i s s e r t a t i o nd e s i g n sa n di m p l e m e n t st h em u l t i f u n c t i o nd s pe x p e r i m e n t a l p l a t f o r mb a s e do nt h ef r a m eo fd s p + c p l db ya n a l y z i n gt h er e q u i r e m e n t so ft h e d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s o ri n t e g r a t e ds y s t e ma n dt h e r e a ln e e d so fl e a k a g es i g n a l p r o c e s s m g t h ei d e ao fm o d u l a r i z a t i o nd e s i g ni sm a i n l yi n f u s e di nt h eh a r d w a r ed e s i g n so f t h i se x p e r i m e n tp l a t f o r m i tc o n t a i n st w op a r t s ：o n ei st h em i n i m u ms y s t e mm o d u l e ， l 、 w h i c ht a k e st m s 3 2 0 v c 5 4 1 6 - 1 6 0a st h ec o r ec h i p ；t h eo t h e ri st h es y s t e mh o s t v b o a r d t h ef i r s tp a r tc o n s t i t u t e sas u i t eo ft h ei n d e p e n d e n td s pc o n t r o ls y s t e m ， w h i c hc a r r i e so u tt h ef u n c t i o n so ft h er e a l t i m ep r o g r a m m i n g ，d e b u g g i n g ，s i m u l a t i o n a n db o o t l o a d e rl o a d i n gw i t ht h ej t a gi n t e r f a c eo nc c sp l a t f o r m t h e h a r d w a r er e s o u r c e so ft h es y s t e mh o s tb o a r di n c l u d et h ek e y b o a r dm a t r i xm o d u l e ， t h el i q u i d - c r y s t a ld i s p l a ym o d u l e ，t h ed u a lc h a n n e la u d i os i g n a la c q u i s i t i o na n d p r o c e s s i n gm o d u l e ，t h ep o w e rs u p p l ym o d u l e ，c p l dc o n t r o lm o d u l ea n de t c t h e p r o g r a m so fs o f t w a r ea r ew r i t t e nw i t hcl a n g u a g e ，a s s e m b l el a n g u a g ea n dh y b r i d p r o g r a m m i n g i n a d d i t i o nt ot h e g e n e r a l r o u t i n eo ft h e e x p e d m e n t s ，t h e b o o t l o a d e rl o a d i n go fd s pa n dc o m p o s i t ea p p l i c a t i o nb e t w e e nm o d u l e sa r e m 内蒙古大学硕士学位论文 a d d e d t h em o s ti m p o r t a n td i s t i n g u i s h e dc h a r a c t e r i s t i co ft h i se x p e r i m e n tp l a t f o r mi s t h a ti td e s i g n st w os e t so ft l v 3 2 0 a i c l 0d a t aa c q u i s i t i o nc h i p sm a t c h i n gw i t ht h e 。d s p ，w h i c hc a nm a n a g et h ed a t ar e a l t i m e a c q u i s i t i o na n dp r o c e s so ft h ed u a l 1 c h a n n e la u d i o i to f f e r sar i c hh a r d w a r es u p p o r tf o rs p e c i a l i s t st op r o g r a ma n dd e s i g n ， s u c ha s ：c o l l e c t i n gd a t aa c q u i s i t i o n ，f i l t e r i n g ( f i r ，i i r ) ，r e m o v i n gn o i s e ，c o r r e l a t i o n o p e r a t i n g ，c o d i n ga n dd e c o d i n g ，f f tt r a n s f o r m a t i o na n de t c t h i sd i s s e r t a t i o n f o c u s e so nt h eh a r d w a r ec i r c u i td e s i g n i n ga n dt h es o f t w a r ep r o g r a m m i n gd e s i g n i n g p r o p o s a lo ft h el i q u i d - c r y s t a ld i s p l a ym o d u l eo nt h i sp l a t f o r m ，a s w e l la st h e b o o t l o a d e rd e s i g n i n gm e t h o do nt h ed s pc o n t r o ls y s t e m t h ep r o g r a m m i n g s k i l l so fd o w n l o a d i n gt h eb o o th e a d e rw i t ht w i c et i m ed o w n l o a d i n gm e t h o da r e s u c c e s s f u li m p l e m e n t e di n t ot h eu s e rp r o g r a m s t h i sd i s s e r t a t i o nn o to n l yc a m et r u e t h ee f f e c t i v eb o o t l o a d e rl o a d i n ga n dr u n n i n g ，b u ta l s oe x p l a i n e dt h ep u z z l e si nt h e p r o c e s so fb o o td e s i g n i n ga n dl o a d i n gt or e s e a r c hp e r s o n n e l t h er i c hh a r d w a r ea n d s o f t w a r er e s o u r c e sa sw e l la sa d v a n c e dd e s i g nc o n c e p t ss p u ri tt oam u l t i f u n c t i o n d s pd e v e l o p m e n ta n de x p e r i m e n tp l a t f o r mw i t he f f e c t i v e ，p e r f e c ti n s h a p ea n d f u n c t i o n ，f r i e n d l yi n t e r f a c e k e y w o r d s ：d s p , c p l d ，b o o t l o a d e r ，t h el i q u i d c r y s t a ld i s p l a ym o d u l e i v 内蒙古大学硕士学位论文 目录 、r 、 弓i 言1 1 1 课题的来源及研究意义1 1 1 1 课题的来源1 1 1 2 课题的意义1 1 2 漏水处理设备选择1 1 3 多功能d s p 实验平台特点2 1 4 论文组织形式2 二、 系统总体结构及设计方案，”3 2 1 系统总体设计要求3 2 2 系统设计方案论证4 2 3 系统总框图5 三、系统硬件电路设计7 3 1d s p 核心电路设计7 3 1 1d s p 芯片的选择”7 _ 3 1 2 核心部件配置电路8 3 1 3d s p 最小系统”8 3 1 4 最小系统电源设计”1 0 3 1 5 时钟电路设计1 1 3 1 6 复位电路设计1 2 3 1 7f l a s h 存储器芯片s s t 3 9 v f 4 0 0 1 3 3 1 8j t a g 仿真接口电路1 4 3 2 电源输入模块”1 5 3 3i o 端口模块1 6 3 3 1i o 接口的编址方式1 6 3 3 2i o 读写实验数码管实验一1 7 3 3 3i o 读写实验一e d 实验1 8 v 内蒙古大学硕士学位论文 3 4 音频处理模块1 9 3 4 1 语音芯片t l v 3 2 0 a i c l 0 结构和性能”1 9 3 4 2d s p 多通道缓冲同步串行口- 2 0 3 4 3 语音芯片与d s p 接口硬件电路设计2 1 3 5 函数信号发生模块”2 2 3 5 1 函数信号发生方案论证2 2 3 5 2m a x 0 3 8 简介“2 3 3 5 3m a x 0 3 8 工作原理2 4 3 5 4m a x 0 3 8 芯片构成函数信号发生器2 4 3 5 5 波形指示灯2 5 3 6 键盘阵列模块2 6 3 6 1 键盘阵列简介2 6 3 6 2 键盘按键识别过程2 7 3 6 3 键盘电路框图及电路图o 2 8 3 7 液晶显示硬件接口模块”2 9 3 7 1l c d 简介2 9 3 7 2 液晶显示模块a t m l 2 8 6 4 d 硬件结构分析”3 0 3 7 3h d 6 1 2 0 2 指令系统“3 l 3 7 4 液晶显示模块接口电路设计3 2 3 8c p l d 模块3 3 3 8 1e p m 7 1 2 8 s l c 8 4 1 5 简介3 3 3 8 2c p l d 控制功能模块分析3 3 3 8 3c p l d 控制方式3 4 3 9 电平转换。3 4 3 9 1 各种电平标准3 4 3 9 23 3 v 与5 v 电平转换形式3 5 3 9 3l v c l 6 2 4 5 简介3 5 四、系统软件设计3 7 4 1 设计思想3 7 4 2d s p 的b o o t l o a d e r 装载设计3 8 内蒙古大学硕士学位论文 4 2 1 自举引导方式简介3 8 4 2 2d s p 引导过程分析3 9 4 2 3 利用f l a s h 实现t m s 3 2 0 v c 5 4 1 6 程序引导装载方法4 2 4 3 液晶显示部分编程软件设计实现4 6 o 4 3 1 液晶显示器模块显示控制指令4 6 4 3 2 液晶显示控制部分软件实现4 8 五、结语5 4 5 1 课题完成情况5 4 5 2 本论文所完成的工作一5 4 参考文献5 5 附录1多功能开发实验平台5 7 附录2d s p 自引导程序5 8 至炙谢j 6 1 v n 内蒙古大学硕士学位论文 1 1 1 课题的来源 一、引言 1 1 课题的来源及研究意义 本课题来源于国家自然科学基金资助项目自来水管道漏水检测技术研究。 1 1 2 课题的意义 水是自然界的宝贵资源。由于我国多数城市供水设施陈旧、管道埋设年久、技术水平提 高缓慢及管理体制存在较多问题等诸多因素，使我国城市供水管网漏损率普遍偏高。目前， 正当南方干旱黄色警报频频响起，北方管道漏水情况却司空见惯。因此，是否能够有效控制 水资源泄露已成为关乎国民经济发展和社会稳定的关键所在。 近几年，一些发达国家已经在管道检漏系统中综合应用了信号检测、处理、传输、微机 等技术，并且也同时成立了相应的检漏公司。我国一些大中型城市也引进了一些发达国家的 设备。这在一定程度上缓解了管道漏水检测问题。但是，这些仪器大部分价格昂贵，操作复 杂，很难让人们在短时间内操作自如。因此，选择合适、方便的漏水检测设备已成为我们处 理漏水问题的当务之急。 1 2 漏水处理设备选择 迄今为止，漏水处理设备主要分为两类：一类以笔记本电脑为核心的处理器，尽管笔记 本电脑处理速度快，并且有着强大的操作系统做支持，但是价格较高、体积庞大。另一类是 以d s p 为核心的处理器。d s p 是现代电子技术、计算机技术和信号处理技术相结合的产物， 是专门为快速实现各种数字信号处理算法而设计的、具有特殊机构的微处理器。它不仅采用 程序和数据分开的哈佛结构和流水线操作，而且还具有专门的硬件乘法器和特殊的指令集。 鉴于以上特点，本次设计决定选用第二种漏水处理设备，并且采用1 1 公司开发的 内蒙古大学硕上学位论文 t m s 3 2 0 v c 5 4 1 6 芯片作为d s p 核心处理器。该芯片价格适中、性能完备、体积小巧，使用方 便。能够较好的实现课题组的设计思想和理念。 1 3 多功能d s p 实验平台特点 本文所阐述的多功能d s p 实验平台是集高效、美观、灵活等特点于一身的多功能平台。 区别于一般的实验平台，本次设计的实验平台既可做为针对漏水处理提出的专用型平台，也 可做教学实验的应用性平台。它不仅在功能上得到了非常大的完善，在操作和应用上也极为 方便。 在硬件电路的设计上，该平台采用c p l d 来辅助d s p 进行协调管理。这样的设计大大缓解 了d s p 弓i 脚资源紧缺的问题，使得d s p 的工作效率得到了极大的提高，并且该实验平台将一 般实验平台上的c p u 模块和c p l d 模块二合为一，解决了实验平台布局的局促性。此外，除了 完成最基本的实验，如i o 读写模块、液晶显示模块，又增加了函数发生模块( 可在无信号发 生器的条件下，提供基本的函数) 、键盘阵列模块、液晶显示模块来提升系统的功能。在软件 设计方面，本实验平台支持c 语言、汇编语言以及二者的混合编程。 1 4 论文组织形式 基于以上所述的设计思想，本文所作的主要工作是采用数字信号处理芯片做为核心处理 器件，搭建硬件实验平台，为漏水信号的处理提供良好的软件和硬件环境。全文主要分为四 个部分： 第一部分主要介绍系统的总体结构和设计方法，从而使读者对本文的梗概有所了解。 第二部分主要介绍系统的硬件电路设计，包括该实验平台的各个硬件模块电源输入 模块、i o 端口模块、音频处理模块、点阵液晶显示模块、键盘阵列模块、c p l d 控制模块和 函数信号发生模块。 第三部分论述了系统软件程序设计，介绍各功能模块的程序设计思想，主要包括 b o o t l o a d e r 装载程序设计、l c d 程序设计。 第四部分则是对本系统的评价以及改进方法。 2 内蒙古大学硕士学位论文 系统总体结构及设计方案 2 1 系统总体设计要求 因为本课题足针对漏水问题提出的漏水检测系统。因此主要任务足设计一个可以作为漏 水信号采集、分析、处理的多功能d s p 实验平台。它首先可被广泛地应用为信号处理、自动 化、通信工程、物理、测量等专业工程技术人员的实验开发平台，其次也可作为教学实验平 台，方便学生更好的掌握d s p 芯片的基本原理、开发过程和应用方法。 故该实验平台应能够满足软件学习、硬件设计、实时处理、系统分析和验证等多个方面 的设计需求。 根据以上的分析，本实验平台应满足如下的设计要求： ( 1 ) 硬件方面： 应选择高速、高效的d s p 处理芯片，并且实验平台上应具有满足各种片内外设的测试 和性能分析的硬件资源，如i o 口、定时器设备、时钟设备等。 外部总线扩展接口资源，如必要的外部程序存储器、数据存储设备、输入输出设备等。 应用系统扩展所需要的资源，如可扩展的外部总线接口。 ( 2 ) 软件方面： 应提供进行硬件仿真调试的基本条件和环境 根据系统需要，可在平台上编写c 语言或汇编语言程序，并可以实现f i r 、i i r 、自适 应滤波、d s p 程序自举等； ( 3 ) 在数字信号综合应用方面： 由于不同的功能设计需要不同的硬件资源，因而有不同资源映像的需要，所以系统应具 备必要的功能重新组态能力和必须的功能模块。 除了满足以上三个需要，该数字处理系统还需采用市电2 2 0 v 供电，外形轻巧美观，各 模块清晰且易于观察测试。 基于以上的需求，我们可以将该数字信号处理器按功能分为两个部分：一个是满足实验 的需要，另外一个要求是满足开发的需要。 据此，本次设计完成的多功能实验平台应该可以进行验证性实验、综合性实验、设计性 实验及创新性实验这四大部分的实验： 3 内蒙古大学硕士学位论文 ( 1 ) 验证性实验：该部分实验旨在从微观上让操作者对t m s 3 2 0 v c 5 4 1 6 有所了解。重点 是对d s p 系统的内部硬件结构进行实验。例如存储器组织、软件可编程等待状态发生器、硬 件定时器、时钟发生器。 ( 2 ) 综合性实验：该部分实验主要为操作者实时处理数据所设计。 ( 3 ) 设计性实验：这部分实验是在对d s p 较为熟悉的基础上，由操作者自己开发和设计 的内容。属于提高性的实验操作，可使操作者达到熟练应用d s p 的水平。主要包括图形文字 显示、语音信号处理、键盘输入、d s p 自启动等功能。 ( 4 ) 创新性实验：这部分实验是进一步挖掘d s p 的更多潜能的部分。为其提供创新平台， 使之可以在该平台上完成模块间的合作，或者进行复杂的算法，如自适应算法、f i r 、i i r 。 在本课题中，主要应用此部分完成漏水信号处理的需要。 2 2 系统设计方案论证 本次设计的多功能实验平台主要满足实验和科研的需求。因此对系统的可靠性和功能要 求非常严格。所以必须寻找到一种合适的设计方案，在满足成本少，便携带的基础上，提高 性能，扩充功能。 在参考了目前市场上对数字信号处理综合实验平台的设计方案之后，结合漏水信号处理 的过程，拟定了两种设计方案： 方案一： 采用分立元器件设计固定逻辑控制电路和地址分配电路来实现整个系统的设计。该方案 实现框图如图2 1 所示： l 功能1 电路k 二二今c = 二别功能4 电路i ny 功能2 电路k 二二今 d s p 0 = 二纠功能5 电路 芯片 功能3 电路1 0 二二0 = = 刮功能6 电路 图2 1 设计拟定方案一 f i 9 2 1o p t i o n i 方案一清晰易懂，比较直观。但是，由于设计完成后，不易修改，因此设计人员必须认 真分析实验系统的所有功能，并且在设计应前对电路器件的接口时序和地址分配等十分了解。 4 内蒙古大学帧士学位论文 这样才能成功设计d s p 与各功能电路间的硬件控制电路。而一旦地址分配被固定下来，用户 不能再对其进行更改，不利用进行功能扩展。如果某一细节的设计中出现问题，将会造成整 个系统功能错乱，功亏一篑。因此，方案一适合于设计简单，功能模块较少的应用场合。 方案二： 采用复杂可编程逻辑器件来协调完成整个系统逻辑控制电路。此方案实现框图如图2 2 所示： 剖功能1 电路 o 刊功能2 电路 乌 c g 剖功能3 电路 群 耳 剖功能4 电路 图2 2 设计拟定方案二 f i g2 2o p t i o ni i 由图可知，方案二在d s p 和功能模块问增加了复杂可编程逻辑器件( c p l d ) 来完成系 统中的综合逻辑控制电路。由于c p l d 具有可灵活配置其引脚的特性，从而提高了设计系统 的灵活性和扩展性。 方案二与方案一相比，其优势在于：复杂可编程逻辑器件( c p l d ) 内部逻辑电路可根据 用户需求，通过修改软件程序来完成对整个系统的核心控制和创新设计。这不仅减轻设计人 员的负担，缩短开发周期而且降低了系统设计复杂程度。 综上所述，我们课题组选择了方案二为最终实现方案。 2 3 系统总框图 根据硬件系统结构模块的设计要求，功能模块可分为电源输入模块、微处理器单元、c p l d 控制模块单元、i o 模块单元、音频处理模块、液晶显示模块、键盘阵列模块等。设计实现的 系统总框架图，如图2 - 3 所示。本系统主要以d s p 芯片t m s 3 2 0 v c 5 4 1 6 和c p l d 芯片 e p m 7 1 2 8 s 为核心，整个系统硬件设计结构简单、体积小、功能灵活、扩展性好。 5 内蒙古大学硕上学位论文 图2 3 系统设计总框图 f i g2 3t h eg e n e r a lc h a r to fs y s t e md e s i g n 6 1 i j 内蒙古大学硕士学位论文 系统硬件电路设计 在这一章中，主要介绍本系统的硬件电路设计的几个模块：电源输入模块、i o 端口模块、 语音信号模块、键盘阵列模块、图形点阵液晶显示模块和函数产生模块。 3 1 1d s p 芯片的选择 3 1d s p 核心电路设计 数字信号处理是利用计算机或专用信号处理设备，处理真实世界生成的信号，如声音、 图像等；以数字形式对信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等各种处理， 以得到符合人们需要的信号形式。换而言之，就是将一个信号变换成在某种意义上比原始信 号更符合要求的另一种信号形式。典型的数字信号处理系统组成框图如图3 1 所示。 抗混叠滤加 dsp d a平滑 输入 波电路模数芯片数模滤波 斗 转换 电路 啼 转换 电路 图3 1d s p 系统组成框图 f i g3 1t h ec h a r to fd s ps y s t e m 由图可知，数字信号处理系统的核心是d s p 芯片电路。因此，选择合适的d s p 芯片是 关乎系统性能的重要指标和环节。 目前，选择d s p 芯片时我们总要从以下六个因素考虑：d s p 芯片的运算速度； d s p 芯片的价格；d s p 芯片的运算精度；d s p 芯片的硬件资源；d s p 芯片的开发工具；d s p 芯片的功耗及其他因素。 1 i 公司的主流d s p 有三种系列：t m s 3 0 2 v c 2 0 0 0 系列、t m s 3 2 0 v c 5 0 0 0 系列和 t m s 3 2 0 v c 6 0 0 0 系列。t m s 3 2 0 v c 2 0 0 0 系列的d s p 是控制用的d s p ，主要用途是工业自动 化、数字马达控制等领域；t m s 3 2 0 v c 5 0 0 0 系列的主要用途是有线和无线通信、口、便携式 信息系统、寻呼机等；t m s 3 2 0 v c 6 0 0 0 系列主要用于无线基站、中心局交换机、图像处理等 7 内蒙古大学硕士学位论文 领域。 根据本实验系统的实现目标结合功耗、费用和性能等因素的考虑，本此设计采用 t m s 3 2 0 v c 5 0 0 0 系列中1 m s 3 2 0 v c 5 4 1 6 1 6 0 作为硬件系统的核心微处理器。 3 1 2 核心部件配置电路 采用t m s 3 2 0 v c 5 4 1 6 1 6 0 作为系统的中央处理器器件，其系统核心部件的d s p 配置电路 设计应注意以下几个方面： ( 1 ) 硬件配置p l l 通过设定d s p 的3 个引脚( c l k m d l 、c l k m d 2 、c l k m d 3 ) 的状态来选择时钟方式。上 电复位时，d s p 自动根据这三个引脚电平的不同组合来设置时钟模式；本次设计使得 c l k m d l 、c l k m d 2 、c l k m d 3 均为高电平，即不使用p l l 。c p u 的时钟频率等于内部振 荡器频率的一半。 ( 2 ) m p m c 引脚 系统上电时将检测外端m p 湎口引脚，该引脚设计连接至一个拨动开关，以便用户 能根据需要对拨动开关进行设置，选择系统启动运行的运行模式。当处于微计算机模式时， 上电后d s p 从片内r o m 区0 f f 8 0 h 入口地址开始执行。 ( 3 ) 外端口h p l l 6 引脚 系统上电时还会检测外端口h p l l 6 引脚，该引脚用来选择主机接口模式，选择高电平， 主机接口模式数据总线宽度为1 6 b i t ；选择低电平时，主机接口模式数据总线宽度为8 b i t 。 在本次设计中选用1 6 b i t 的数据总线宽度。 ( 4 ) t m s 3 2 0 v c 5 4 1 6 具有多种中断源输入，为了能进行资源再配置，设计时应将大部分中 断引脚连接到c p l d 端，操作者可对终端资源重新配置。 ( 5 ) 标准的j t a g 接口提供系统调试和仿真的接口。 3 1 3d s p 最小系统 ( 1 ) d s p 芯片t m s 3 2 0 v c 5 4 1 6 1 6 0 简介 本系统选用的t m s 3 2 0 v c 5 4 1 6 1 6 0 是一款低功耗、高性能、低成本的d s p 芯片，它最 高工作频率1 6 0 m h z ，1 1 6 位定点，片内有6 4 k 字的d a r a m ，6 4 k 字的s a r a m ，1 6 k 字的 r o m 。 8 内蒙古大学硕士学位论文 此外，t m s 3 2 0 v c 5 4 1 6 1 6 0 具有高度灵活的可操作性和高速的处理能力。其性能特点如 下：操作速度可达1 6 0 m i p s ；具有先进的多总线结构，三条独立的数据空间总线和一条程序 空间总线；4 0 位算术逻辑单元( a l u ) ，包括一个4 0 位桶形移位器和两个4 0 位累加器；一个 1 7 x 1 7 乘法器和一个4 0 位专用加法器，允许1 6 位带不带符号的乘法：整合维比特加速器， 用于提高维比特编译码的速度；单循环归一化及指数编码；8 个辅助寄存器及一个软件栈； 数据程序寻址空间为8 m x l 6 b i t ：内置可编程等待状态发生器、锁相环( p l l ) 时钟产生器、 三个多通道缓冲串口、一个与外部处理器通信的8 1 6 位增强型h p i 、一个1 6 位定时器以及低 功耗的6 通道d m a 控制器；在指令设计上，它采用6 级流水线，且当执行重复指令( r p t ) 时，一些多周期指令就变成了单周期指令；芯片内部r a m 和r o m 可根据p m s t 寄存器中 的o v l p 和d r o m 位灵活设置。 ( 2 ) d s p 最小系统构成 d s p 最小系统是指能够保证d s p 可以正常工作的最少硬件构成。在本实验平台上d s p 最小系统是由电源模块、复位电路、时钟模块，f l a s h 模块和j t a g 接口构成的。图3 2 为本 系统中实现声音信号滤波处理及相关性分析的d s p 最小系统结构框图。 lt p s 犸3 3 q 0 u t - 斗 d v d d a ( 1 7 - 0 ) a i o 口 图3 2 8 矩阵键盘电路总体设计框图 f i g3 2 8t h eg e n e r a lc h a r to ft h ek e y b o a r dm a t r i xc i r c u i t 矩阵键盘电路图如图3 2 9 所示： i 。 目 矗 自 嚣 i o 1 。o 0 1 - o 1 。o 1 。1 。o 1”1 。o 1 缸on l 。o 1 。o 0 1”1。1 。1、，、，、 rrr r i 图3 2 9 矩阵键盘电路图 f i g 3 2 9t h ec i r c u i td i a g r a mo ft h ek e y b o a r dm a t r i x 其中键盘电路的k e y 0 一k e y 3 分别和c p l d 的3 3 、3 4 、3 5 、3 6 号管脚相连；k e y 4 一k e y 7 分别和c p l d 的3 7 、3 9 、4 0 、4 1 相连。 3 7 1l c d 简介 3 7 液晶显示硬件接口模块 目前，l c d 有两种类型：一种是带有驱动电路的l c d 显示模块，这种l c d 可以方便地与 各种低档单片机进行接口，! m 8 0 5 1 系列单片机。但是由于硬件驱动电路的存在，体积比较大。 这种模块常常使用总线方式来驱动；另一种便仅是l c d 显示屏，没有驱动电路，需要与驱动 电路配合使用。特点是体积小，但是却需要另外的驱动芯片。本实验系统使用带有驱动图形 式点阵液晶显示器a t m l 2 8 6 4 d 作为显示模块，采用d s p 的总线方式驱动。它是一种1 2 8 x 6 4 点 阵图像液晶显示器，主要有行驱动器、列驱动器及1 2 8 x 6 4 全点阵液晶显示器组成，可显示1 6 x 1 6 内蒙古大学硕士学位论文 点阵的8 3 f u 4 行的汉字，并且它与d s p 的接口电路简单，控制灵活方便。 液晶显示模块a t m l 2 8 6 4 d 主要功能有：电源采用+ 5 v 供电；模块内自带用于l c d 的驱 动负电压1 0 v ；全屏幕点阵内容显示1 2 8 x 6 4 点；全屏幕点阵，内部带有显示r a m ；七种控制 指令；与d s p 接口采用8 位数据总线并行输入输出和8 条控制线；外部接口信号共有2 0 条。 删1 2 8 6 4 d 引脚定义表如表3 4 所示。 3 7 2 液晶显示模块a t m l 2 8 6 4 d 硬件结构分析 a t m l 2 8 6 4 使用两片h d 6 1 2 0 2 作为1 2 8 点列的列驱动器组和一片h d 6 1 2 0 3 作为6 4 路行驱动 器，h d 6 1 2 0 2 液晶显示控制驱动器是一种带有驱动输出的图形液晶控制器。a t m l 2 8 6 4 内部 结构如图3 3 0 所示。 图3 3 0a t m l 2 8 6 4 内部结构 f i g3 3 0t h ei n t e r n a ls t r u c t u r eo f a t 1 2 8 6 4 从图中可以看出，a t m l 2 8 6 4 中的两片h d 6 1 2 0 2 除了片选信号时独立的以外，其他信号 都是共享的。两片h d 6 1 2 0 2 分别控制l c d 的左半屏和右半屏，通过c s l 和c s 2 来进行片选。 h d 6 1 2 0 2 与d s p 接口信号共分为三类：一是与d s p 的接口信号：二是与h d 6 1 2 0 3 行驱动器 的接口信号；三是与l c d 的接口信号。 啪璐啦盼 啪，嗽瞰聃叭e一嘲面 内蒙古大学硕士学位论文 表3 4 a t m l 2 8 6 4 引脚定义 t a b l e3 4t h ep i nd e f i n i t i o no f a n 订1 2 8 6 4 管脚号管脚名称电平管脚功能描述 1 g n d0 v电源地 2v c c+ 5 v 电源电压 3v o 负电源液品显示器驱动电压输入 4 d 仃h ld i = “h ”，表示d b 7 一d b 0 为显示数据 d i = “l ，表示d b 7 一d b 0 为指令数据 5删 h lr w = “h ”，e - h ”，数据被读到d b 7 - d b 0 r w = “l ，e = “h l ，d b 7 一d b 0 数据被写到内部寄存器 6 e h l 使能信号：r 、三“l ，e 信号下降沿锁存d b 7 一d b 0 r w 一- - - “h ”，e = “h ”，d r a m 数据读到d b 7 - d b 0 7 1 4d b 0 一d b 7肌 数据线d o d 7 1 5肌 低电平选择芯片( 右半屏) 信号 c s l 1 6肌 低电平选择芯片( 左半屏) 信号 c s 2 1 7h l 复位信号，低电平复位 r s t 1 8v -1 0 v l c d 驱动负电压输出 1 9l e d a+ 5 v 背光板电源正极 2 0l e d k0 v 背光板电源负极 3 7 3h d 6 1 2 0 2 指令系统 ( 1 ) 指令寄存器( m ) m 用来寄存指令码；当d i = 0 时，在e 信号下降沿的作用下，把指令控制代码通过d b 7 。d b 0 总线写入到m 寄存器。 ( 2 ) 数据寄存器( d r ) d r 用来寄存数据；当d i = 1 ，在e 信号下降沿作用下，图形显示数据d b 7 一d b 0 总线写入 d r 寄存器，或在e 信号作用下把d r 读至i j d b 7 。d b 0 总线上，其中d r 和d d r a m 之间的数据传 输时模块内部自