EXPII介绍及实验介绍(DSP).doc

数字信号处理EXPII型教学实验系统第一章 实验系统介绍一、系统概述 EL-DSP-EXPII教学实验系统属于一种综合的教学实验系统，该系统采用双CPU设计，实现了DSP的多处理器协调工作。两个DSP通过HPI口并行连接， CPU1可以通过HPI主机接口访问CPU2的存储空间。该系统采用模块化分离式结构，使用灵活方便用户二次开发。客户可根据自己的需求选用不同类型的CPU适配板，我公司所有CPU适配板是完全兼容的，用户在不需要改变任何配置情况下，更换CPU适配板即可作TI公司的不同类型的DSP的相关试验。除此之外，在实验板上有丰富的外围扩展资源（数字、模拟信号发生器，数字量IO扩展，语音CODEC编解码、控制对象、人机接口等单元），可以完成DSP基础实验、算法实验、控制对象实验和编解码通信试验。 EL-DSP-EXPII教学实验系统功能框图二、硬件组成该实验系统其硬件资源主要包括：l CPU单元l 数字量输入输出单元l 存储器及信号扩展单元l BOOTLOADER单元l 语音模块l 液晶模块l CPLD接口l A/D转换单元l D/A转换单元l 信号源单元l 温控单元l 步进电机l 直流电机l 键盘接口l 电源模块1、 CPU单元CPU单元包括CPU1、CPU2两块可以更换的 CPU板，用户可根据需要选择不同种类的CPU板。板上除CPU之外还包括以下单元：1） CPU模式选择CPU通常情况下可以根据用户需求工作在不同的模式下，主要用MP/的电平来决定。当MP/为高电平时，DSP工作在微处理器模式，当MP/为低电平时。DSP工作在为计算机方式。在不同模式下存储器映射表有所不同。详细信息请查阅相应的数据手册。2）电源模块在5402 CPU板上由于TMS320VC54X数字信号处理器内核采用3.3V和1.8V供电，因此需要将通用的5V转换成3.3V和1.8V。为中央处理器提供内部电源。转换电路如图所示：在2407 CPU板上由于TMS320LF2407数字信号处理器内核采用3.3V供电，因此需要将通用的5V转换成3.3V,为中央处理器提供内部电源。转换电路如图所示：3） 电平转换由于数字信号处理其内部采用3.3V和1.8V供电，而且其输入输出接口电平为3.3V，对于数字量输出而言完全可以和5V电平兼容。但对于数字量输入而言，由于其内部是3.3V，因此不能将中央处理器的输出口直接和外围扩展的5V器件相连，必须加入电平转换期间进行电平转换和信号隔离。典型的就是数据线，必须进行隔离，对于其他的涉及到的输入信号也要进行相应的转换。在CPU板上， LVTH16245完成了该项功能。） 复位电路以及时钟单元复位电路主要包括上电复位和硬件手动复位，每次复位要求至少要有8到10个系统时钟。因此要求适当的配置复位电路RC网络。时钟电源主要利用数字信号处理器内部晶振源，并通过外部锁相环控制电路，选择适当倍频倍数，为CPU内部提供系统时钟。5402 DSP倍频控制2407 DSP倍频控制2、数字量输入输出单元l 8bit的数字量输入（由八个带自锁的开关产生），通过74LS244缓冲；8bit的数字量输出（通过八个LED灯显示），通过74LS273锁存。数字量的输入输出都映射到CPU的IO空间。l 数字量显示的八个LED数码管，通过HD7279控制。3、存储器及信号扩展单元：1) 静态存储器SRAM(IS61C256 32K8bit) 在该实验板上，使用的存储器接口芯片是ISSI公司的IS61C256，它具有以下特点：l 访问速度10、12、15、20、25ns可选；l 低功耗：400mW（典型）；l 低静态功耗-250W（典型）CMOS器件；-55mW（典型）TTL器件；l 全静态操作，无需时钟或刷新；l 输入输出和TTL电平兼容；l 单5V供电。静态存储器分为两个部分,一部分是32K16bit的程序存储器（5402地址为8000H0FFFFH，2407地址为0000H7FFFH）芯片序号U20、U21和32K16bit的数据存储器（地址为5402地址为0000H7FFFH），2407地址为8000H0FFFFH芯片序号U22、U23。根据选择不同类型的CPU分别映射到相应地址的程序空间和数据空间。2)、DSK扩展信号插座：接插件P7、P8是和TI 公司DSK兼容的信号扩展接口，可连接图像处理、高速AD、DA、USB、以太网等扩展板，也可以连接TI公司的标准DSK扩展信号板。P7：CPU信号扩展（TI公司兼容DSK接口）序号符号备注1+12V电源2-12V电源3GND地4GND地5+5V电源6+5V电源7GND地8GND地9+5V电源10+5V电源11NC空脚12NC空脚13NC空脚14NC空脚15NC空脚16NC空脚17NC空脚18NC空脚19+3.3V电源20+3.3V电源21BCLKX0MCBSP0数据输出时钟22NC空脚23BFX0MCBSP0数据输出帧时钟24BDX0MCBSP0数据输出25+5V电源26GND地27BCLKR0MCBSP0数据输入时钟28NC空脚29BFR0MCBSP0数据输入帧时钟30BDR0MCBSP0数据输入31+12V电源32GND地33BCLKX1MCBSP1数据输出时钟34NC空脚35BFX1MCBSP1数据输出帧时钟36BDX1MCBSP1数据输出37GND地38GND地39BCLKR1MCBSP1数据输入时钟40NC空脚41BFR1MCBSP1数据输入帧时钟42BDR1MCBSP1数据输入43GND地44GND地45TOUT0定时器0输出46NC空脚47NC空脚48INT0中断049TOUT1定时器1输出50NC空脚51GND地52GND地53INT1中断154NC空脚55NC空脚56NC空脚57NC空脚58NC空脚59RES复位信号60NC空脚61GND地62GND地63NC空脚64NC空脚65NC空脚66NC空脚67INT2中断268INT3中断369NC空脚70NC空脚71NC空脚72NC空脚73NC空脚74NC空脚75GND地76GND地77GND地78CLK时钟79GND地80GND地P8：CPU信号扩展（TI公司兼容DSK接口）序号符号备注1+5V电源2+5V电源3A19地址4A18地址5A17地址6A16地址7A15地址8A14地址9A13地址10A12地址11GND地12GND地13A11地址14A10地址15A9地址16A8地址17A7地址18A6地址19A5地址20A4地址21+5V电源22+5V电源23A3地址24A2地址25A1地址26A0地址27A21地址28A20地址29NC空脚30NC空脚31GND地32GND地33NC空脚34NC空脚35NC空脚36NC空脚37NC空脚38NC空脚39NC空脚40NC空脚41+3.3V电源42+3.3V电源43NC空脚44NC空脚45NC空脚46NC空脚47NC空脚48NC空脚49NC空脚50NC空脚51GND地52GND地53D15数据54D14数据55D13数据56D12数据57D11数据58D10数据59D9数据60D8数据61GND地62GND地63D7数据64D6数据65D5数据66D4数据67D3数据68D2数据69D1数据70D0数据71GND地72GND地73DSKRE读写信号CPLD控制74SWE写信号75SOE读信号76READY准备好信号77CE3片选78CE2片选79GND地80GND地4、BOOTLOADER单元：使用的存储器接口芯片是28C256 32K8bit，地址为5402 DSP数据空间8000H0FFFFH，它具有以下特点：l 访问速度快于45nsl 低功耗：典型静态CMOS电流20Al 单5V供电l 供电电压可在10%变化l 典型编程时间4Sl 100mA闩锁保护从-1V到VCC + 1Vl 高噪声门限l CMOS/TTL 输入/输出电平兼容l 标准28脚DIP、PDIP封装或32脚PLCC封装 板上芯片序号U24用来存放用户程序，可以通过选择5402 CPU板上的MP/来选择bootloader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。在本系统中采用并行存储器引导模式。5、 语音处理单元语音CODEC采用TLC320AD50芯片。该芯片采用sigma-delta技术提供高精度低速信号变换，有两个串行同步变换通道、D/A转换前的差补滤波器和A/D变换后的滤波器。其他部分提供片上时序和控制功能。Sigma-delta结构可以实现高精度低速的数模模数转换。芯片的各种应用软件配置可以通过串口来编程实现。主要包括：复位、节电模式、通信协议、串行时钟速率、信号采样速率、增益控制和测试模式。最大采样速率22.05kb/s,采样精度16bit。 语音处理单元由语音输入模块、TLC320AD50模块、输出功率模块组成。语音输入模块采用偏置和差动放大技术，并经过滤波和处理后将输入到语音编解码芯片TLV320AD50，前端输入的电压范围为-2.5V-+2.5V。经过变换后输入到AD50的芯片的差动信号范围为0-5V。TLC320AD50C作为主方式，通过DSP的MCBSP0口进行通信。 音频信号通过D/A转换后输出，由于TLC320AD50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0.4W的板载扬声器，也可以接耳机输出。语音处理单元原理框图语音处理单元接口说明：J14：音频输入端子，可输入CD、声卡、MP3、麦克风等语音信号。J15：音频输出端子，可接耳机、音箱。J3： 语音处理单元输入信号接口J1： 语音处理单元输出信号接口J6： 地语音处理单元拨码开关说明：S1: 拨码开关：码位备注1ON：帧同步脉冲接通，缺省设置； OFF： 帧同步脉冲关断；2ON：串口时钟接通，缺省设置；OFF： 缓冲串口时钟关断；S2:拨码开关码位备注1ON：直流量输入，OFF：交流量输入，缺省设置2ON：扬声器输出; OFF：扬声器关闭，缺省设置语音处理单元可调电位器说明：“输入调节”：逆时针音量变大顺时针音量变小“输出调节”：逆时针音量变大顺时针音量变小注：语音处理单元的二号孔IN和OUT通过导线的连接，可以为温控单元，信号源单元提供A/D，D/A转换的功能。详细操作参见实验指导。6、液晶模块本实验系统选用中文液晶显示模块LCM12864ZK，其字型ROM 内含8192个16*16 点中文字型和128个16*8半宽的字母符号字型；另外绘图显示画面提供一个64*256点的绘图区域GDRAM；而且内含CGRAM 提供4 组软件可编程的16*16 点阵造字功能。电源操作范围宽(2.7V to 5.5V)；低功耗设计可满足产品的省电要求。同时，与CPU等微控器的接口界面灵活(三种模式并行8 位/4 位串行3 线/2 线)；LCD数据接口基本上分为串行接口和并行接口两种形式，本实验采用串行接口方式，用户根据需要改变跳线JS1改用并行接口方式。JS1123跳线JS1的配置示意图注：连接，并行方式连接，串行方式液晶模块拨码开关说明：S23:拨码开关码位备注1空位2ON, 液晶模块背光电源开；OFF, 液晶模块背光电源关，缺省设置；7、CPLD接口 采用XILINX公司的XC95144XL芯片，完成译码和时序控制。JTAG4为CPLD下载接口。可用XILINX公司的软件，通过并口下载电缆对CPLD在线编程。JTAG4 CPLD下载口定义JTAG1 引脚序号JTAG功能组相关说明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 D2、D3为CPLD工作指示灯 ，正常工作时D2、D3点亮。CPU1复位时， D3不亮，CPU2复位时，D2不亮。8、D/A转换单元 数模转换采用DAC08芯片，分辨率8位，精度1LSB，转换时间可达85ns 。DAC08可以应用在8-bit, 1 us A/D变换，伺服电机、波形发生、语音编码、衰减器、可编程功率变换器、CRT显示驱动、高速modems 以及其他要求低成本、高速等多功能场合。在本实验系统中，DAC08采用对称偏移二进制输出方式，输出电压范围-5V+5V。注：Vref=+10V对称偏移二进制输出编码图 底板DAC08参考电压Vref=+5V；输入00h，输出电压-5V；输入ffh，输出电压+5V。D/A单元原理框图数模转换单元接口说明： S24：拨码开关码位备注1ON, DA输出给直流电机控制端；OFF, DA输出悬空，缺省设置；2ON, DA输出给J4端子；OFF, DA输出悬空，缺省设置； J4：DA输出端子 J2：地9、A/D转换单元模数转换芯片选用AD7822，单极性输入，采样分辨率8BIT，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，具有转换后自动Power-Down的模式，电流消耗可降低至5A以下。转换时间最大为420ns， SNR可达48dB，INL及DNL都在0.75 LSB以內。可应用在数据采样、DSP系统及移动通信等场合。在本实验系统中，参考电压源+2.5V,偏置电压输入引脚Vmid=+2.5V。模拟输入信号经过运放处理后输入AD7822。 VinD7D0Vref/200000000Vref10000000Vref+Verf/211111111AD7822编码图模数单元原理框图模数转换单元拨码开关说明：S25：拨码开关码位备注1ON, 信号源1输出给AD；OFF, AD输入悬空，缺省设置；2ON, 信号源2输出给AD；OFF, AD输入悬空，缺省设置； S26：拨码开关码位备注1ON, 温控单元输出给AD；OFF, AD输入悬空，缺省设置；2ON, J12端子输入给AD；OFF, AD输入悬空，缺省设置； J12： AD输入端子 J23：地 拨码开关其它设置状态为非法状态10、信号源单元频率、幅值可调双路三角波、方波和正弦波产生电路采用两片8038信号发生器，输出频率范围20100KHz，幅值范围-10V+10V。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1输出。ICL8038原理框图信号源单元原理框图信号源单元波段开关说明：波形选择波段开关拨到底板丝印的相应位置选择对应的波形（正弦、三角、方波），频率选择波段开关拨到底板丝印的相应位置选择对应的频率范围（02K、2K10K、10K120K）。信号源单元电位器说明：“频率调节”左旋变小右旋变大“幅值调节”左旋变大右旋变小 J8：信号源1输出 J7：信号源2输出 J5：地11、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(逐渐减小)的温度信号给系统板的A/D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、AC220V控制电路（可控硅）输出电路组成。温度控制单元拨码开关说明：S5：拨码开关码位备注1ON, +5V电源给温控单元；OFF,断开+5V电源，缺省设置2ON, +12V电源给温控单元；OFF,断开+12V电源，缺省设置J10：温度控制单元反馈电压输出J11：地LED18：+12V电源指示灯。12、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，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DSP的IO端口(地址8001H)的低四位提供。位0对应“D”，位1对应“C”，位2对应“B”，位3对应“A”； 如下图所示，电机每相电流为0.2A，相电压为5V，两相四拍的通电顺序如下表所示：CDAB 相顺序ABCD01010101102010131001注:顺时针方向旋转通电顺序为0-1-2-3; 逆时针方向旋转通电顺序为3-2-1-0;步进电机单元拨码开关说明：S4：拨码开关码位备注1ON, +5V电源给步进电机单元；OFF,断开+5V电源，缺省设置2ON, +12V电源给直流电机单元；OFF,断开+12V电源，缺省设置LED16:+12V电源指示灯；LED17:+5V电源指示灯；13、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。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尔片正对时，霍尔片输出负电压，经整形、放大，供系统采集。J9：直流电机控制脉冲输入端J13：地 LED15:中断反馈指示灯；14、键盘接口键盘接口是由芯片HD7279按制的，HD7279是一片具有串行接口的，可同时驱动8位共阴式数码管或（64只独立LED）的智能显示驱动芯片，该芯片同时还可连接多达64键的键盘矩阵,单片即可完成LED显示,键盘接口的全部功能。HD7279A内部含有译码器，可直接接受BCD码或16进制码，并同时具有2种译码方式。此外，还具有多种控制指令，如消隐、闪烁、左移、右移、段寻址等。HD7279A具有片选信号，可方便地实现多于8位的显示或多于64键的键盘接口。在该实验系统中，仅提供了16个键。15、其它接口说明 电源单元：为系统提供+5V、+12V、-12V、+3.3V电源 S22：拨码开关，CPU中断源选择码 位备 注1-ON2-ONCPU中断2给键盘接口1-ON2-OFFCPU中断2给A/D转换单元1-OFF2-ONCPU中断3给键盘接口1-OFF2-OFFCPU中断2、3置高，缺省设置S3：拨码开关码 位备 注1OFF, 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2ON, J8为信号源1、2路的混频输出；OFF,断开混频输出，缺省设置JTAG接口：JTAG3接口定义引脚序号JTAG功能组相关说明1TMSJTAG模式控制2TRSTJTAG复位3TDIJTAG数据输入4GND地5电源+3.3V6NC空脚7TDOJTAG数据输出8GND 地9TCLKJTAG时钟10GND 地11TCLKJTAG时钟12GND 地13EMU0仿真中断014EMU1仿真中断1K1：非自锁按键，每按一下产生一个负的脉冲。 K10：自锁按键状态备 注按下JTAG3连接到JTAG2弹起JTAG3连接到JTAG1综上所述，本章介绍了该系统的硬件资源，看完本章内容，应该对实验系统有一个基本的了解，在余下的几章中将会结合实验详细介绍，每个单元在实验中的具体应用。第二章 调试软件安装说明一、CCS 2（2000）的安装安装CCS 2（2000）到系统中。将CCS安装光盘放入到光盘驱动器中，运行CCS安装程序setup.exe，出现以下画面。如果在WindowsNT下安装，用户必须要具有系统管理员的权限。（注意：要和CCS2 5000）安装到不同的磁盘分区） (1) 先点击”Code Composer Studio” 安装CCS2000集成开发环境。按系统提示安装，默认安装路径是“C：ti”。(2) 再点击”Parallel Port Drivers”安装并口驱动程序，安系统提示安装，默认安装路径是“C：ti”。(3) 安装完成后，在桌面上会有“CCS 2（C2000 ）”和“Setup CCS 2（C2000 ）”以及SDConfig三个快捷方式图标。分别对应CCS应用程序和CCS配置程序以及连接测试程序。第三章 硬件安装说明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CPU芯片通过JTAG口相连接。实现了主机对CPU芯片的完全检测和控制。可以通过JTAG和相应的软件调试环境实现系统的硬件调试和软件的再现调试开发工作。一、DSP硬件仿真器的安装第一步、取出开发系统，检查是否齐全EPP开发系统A 关闭PC机电源，将专用电缆插入并口中，注意插接要稳固。B 用+5V稳压电源通过电源插口给仿真器供电。C 启动PC机，安装新硬件，驱动程序eppdrive.zipUSB开发系统A关闭PC机电源，将专用电缆插入USB口中，注意插接要稳固。B启动PC机，安装新硬件，驱动程序usbdrive.zipPCI开发系统A关闭PC机电源，取下机箱盒，将PCI卡插入PCI插槽中，注意插接要稳固。B启动PC机，安装新硬件，驱动程序为pcitfsetup.zipC安装好PCI卡后，用37针专用连线，连接PCI卡与连接仿真盒，再将仿真盒另一端，连好JTAG接线。第二步、将以安装好的仿真器JTAG线，插入CPU板上的JTAG接口。 至此，硬件仿真器安装完成。二、DSP硬件仿真器的使用硬件仿真器的用法比较简单，只要将JTAG口连接正确，DSP芯片能够正常工作并且软件调试环境配置正确即可以应用。下面给出JTAG的定义：注意第六脚是空脚。接通电源，把实验箱后方的电源开关打到“1”位置，实验箱通电，实验箱电源单元的指示灯LED1、2、3、4指示灯点亮。 双击桌面上的CCS2（5000）或CCS 2 (2000)图标，进入CCS软件界面，可以开始。进行程序的开发和调试。第四章 常规实验指导(2407 CPU 板)实验一 常用指令实验一、 实验目的1、 了解DSP开发系统的组成和结构；2、 熟悉DSP开发系统的连接；3、 熟悉DSP的开发界面；4、 熟悉C24XX系列的寻址系统；5、 熟悉常用C24XX系列指令的用法。二、 实验设备计算机，CCS 2.0版软件，DSP仿真器，EXP-II实验箱。三、 实验步骤与内容a) 系统连接进行DSP实验之前，先必须连接好仿真器、实验箱及计算机，连接方法如下所示：PCI/USB/EPP接口JTAG接口计 算 机仿 真 器实验箱CPU板b) 上电复位 在硬件安装完成后，确认安装正确、各实验部件及电源连接正常后，接通仿真器电源或启动计算机，此时，仿真盒上的“红色指示灯”应点亮，否则DSP开发系统与计算机连接有问题。c) 运行CCS程序 待计算机启动成功后，实验箱220V电源置“ON”，实验箱上电，启动CCS，此时仿真器上的“绿色指示灯”应点亮，并且CCS正常启动，表明系统连接正常；否则仿真器的连接、JTAG接口或CCS相关设置存在问题，掉电，检查仿真器的连接、JTAG接口连接，或检查CCS相关设置是否正确。注：如在此出现问题，可能是系统没有正常复位或连接错误，应重新检查系统硬件并复 位；也可能是软件安装或设置有问题，应尝试调整软件系统设置，具体仿真器和仿真软件CCS的应用方法参见第三章。成功运行CCS程序后，首先应熟悉CCS的用户界面学会CCS环境下程序编写、调试、编译、装载，学习如何使用观察窗口等。d) 修改样例程序，尝试DSP其他的指令。 注： 实验系统连接及CCS相关设置是以后所有实验的基础，在以下实验中这部分内容将不再复述。e) 填写实验报告。6、样例程序实验操作说明 启动CCS 2.0，并加载“exp01.out”； 加载完毕，单击“Run”运行程序；实验结果：可见指示灯LED5以一定频率闪烁；单击“Halt”暂停程序运行，则指示灯LED5停止闪烁，如再单击“Run”，则指示灯LED5又开始闪烁；关闭所有窗口，本实验完毕。源程序查看：用下拉菜单中Project/Open，打开“Exp01.pjt”，双击“Source”，可查看源程序注意：试验程序均用C语言编写，可以如下操作，查看与C语言相对应的汇编语言。实验二 I/O实验一、 实验目的1、 了解I/O口的扩展；掌握I/O口的操作方法；2、 熟悉PORT指令的用法；3、 了解数字量与模拟量的区别和联系。二、 实验设备计算机，CCS 2.0版软件，DSP仿真器，EXP-II实验箱。三、 实验步骤与内容a) 运行CCS软件，装载示范程序，分别调整数字输入输出单元的开关K2K9，观察LED7LED14亮灭的变化，以及输入和输出状态是否一致。b) 样例程序实验操作说明启动CCS 2.0，并加载“exp03.out”； 单击“Run”运行程序； 任意调整K2K9开关，可以观察到对应的LED7LED14, 灯“亮”或“灭”；单击“Halt”，暂停持续运行，开关将对灯失去控制；关闭所有窗口，本实验完毕。源程序查看：用下拉菜单中Project/Open，打开“Exp03.pjt”，双击“Source”，可查看源程序。四、 实验说明实验中采用简单的一一映