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DSP原理与应用课程设计报告书 2012-2013 学年第 II 学期 学 院: 专 业: 学 生 姓 名: 学 号: 课程设计题目: TMS320LF2407A最小系统的设计 起 迄 日 期: 2 月 28 日 3 月 18 日 课程设计地点: DSP实验室 指 导 教 师: 系 主 任： 一、设计目的 随着科学技术的不断进步整个国家自动化水平和信息化水平的长足发展，社会对电气信息类人才的需求日益迫切，要求也更加严格。可编程DSP芯片是一种特别适合进行数字信号处理的微处理器，它的应用已越来越广泛。本设计通过对TMS320F2407A芯片的学习，制作出了一个完整的最小系统实验板的原理图，加深对该芯片最小系统电路的了解，学习该芯片的基本外设及其功能。使学生基本上掌握DSP的特点和开发应用技巧，通过具体的电路设计和调试，领会DSP系统的设计要领。培养将DSP应用到工程实践的能力。 二、设计任务 题目：设计出TMS320S2407A芯片的最小电路原理图，并设计出其PCB图，最后通过一个简单的软件程序进行对设计的最小电路图的验证。具体包括： 方案：1、硬件电路设计，包括TMS320LF2407A基本电路 、电源电路、晶振、扩展RAM和指示灯，需要用Altium_Designer_10下载及安装破解软件完成原理图和PCB的设计。 2、软件设计，主要指编写该设计电路的验证程序，在实验箱上运行调试。 3、课程设计报告，包括总体设计方案、硬件电路设计和软件设计的具体说明。 三、硬件电路 基本思想如图示 锁相环、指示灯、滤波电路 时钟复位电 路 TPS7333Q电源电路TMS320LF2407JTAG仿真电路ARM存储模块1、时钟复位电路 TMS320F2407A内部带有复位电路，因此可以直接在RS复位引脚外面连接上一个上拉电阻即可，这对于简化外围电路，减少电路板尺寸是很有用处的。但是为了调试方便经常采用如图所示的专用芯片MAX811手动复位电路，当调试的时候可以很方便地进行手动复位。 MAX811主要用于处理器电源电压监视，在上电和电压超限时产生复位信号，并具有手动复位功能，且功耗低，适合应用在手持设备和电池供电的设备中。 2、 时钟电路 首先要明确的一个概念是，如何选用系统时钟电路，这可以从系统所需时钟信号的电气指标来说明。系统时钟的选择主要关心： 频率。系统需要多大的频率，即系统工作于什么频率下。 信号电平。是5V还是3.3V，是TTL电平还是CMOS电平等。 时钟的沿特性。上升沿和下降沿的时间。 驱动能力。整个系统有多少芯片需要提供时钟。 本设计采用了一个有源晶体振荡器，而且这里的晶体振荡器采用的是低电压的型号（3.3V供电），可以直接接到DSP的XTAL1脚上（DSP外围电压是3.3V）。值得注意的是，使用有源晶振要注意时钟信号的电平，一般市场上的晶振输出信号的电平为5V或3.3V，如果采用5V供电的有源晶振，那么它的输出需要进行电平转换。有源晶振驱动能力比较强频率范围也很宽，在1Hz400MHz之间。 当然也可以采用无源晶体来连接。使用无源晶体的优点是价格便宜，但是它的驱动能力比较差，一般不能提供多个器件共享，而且它可以提供的频率范围也比较小(一般在20KHz60MHz)。 3、锁相环电路 TMS320LF2407A具有内部锁相环电路，可以从一个比较低的外部时钟通过锁相环倍频电路实现内部倍频。这对于整个电路板的电磁兼容性是很有好处的，因为外部只需要使用较低频率的晶振，避免外部电路干扰时钟，同时也避免了高频时钟干扰板上其他电路。 4、滤波电路和电源电路 TMS320LF2407A的PLL模块使用外部滤波器电路回路来抑制信号抖动和电磁干扰，使信号抖动和干扰影响最小。电路中存在大量的噪声，在设计外部滤波器电路时还需要通过试验确定。 电源电路的选择是系统设计的一个重要的部分，设计好坏对系统影响很大。 对于DSP芯片而言，一般有以下4种电压需要电源电路提供。 DSP CPU内核电压。现代DSP为了省电通常把内核电压和外围电路的供电分开，内核工作于低电压减少功耗外围电路与其它器件采用相同的电压规范。 DSP外设电压。主要给DSP的片内外设供电。 Flash编程电压。这仅对于有片上Flash的C2000系列的芯片。 模拟电路电压。这也仅对于具有丰富外设的C2000系列芯片。 首先需要注意的是，为了减少电源噪声和互相干扰，数字电路和模拟电路一般要独立供电，数字地和模拟地也要分开，并最终通过一个磁珠在一点连在一起。 对于电源芯片的选择，需要从以下几个方面考虑： 输入电压和输出电压。也就是说外部提供给系统的电压是多少，系统需要多大的电压。例如本系统外围供电为5V，但是我们需要的是3.3V的电压。 输出电流，也就是输出功率，设计的电路板需要多大的功率，这就需要考察每个器件的最坏情况（同时消耗各自的最大电流），看看所选的芯片能否提供这么大的功率。 转换效率。对于功率要求严格的地方（如手持设备），这点有时候是至关重要的。 成本和空间。成本是所有选型都必须考虑的，空间则是系统布板所要求的。本系统选用了TPS7333，输入电压5V，输出3.3V，输出最大电流500mA，连接电路如下图 本系统只需要3.3V电源，但是很多应用系统需要供很多不同的电压，如很多DSP本身就需要分内核和外围电压，此时就需要考虑一个上电次序的问题。一般来说，CPU内核先于外围上电，后于外围掉电，但是两者相差不能太大，否则将损坏芯片。 TMS320LF240xA等新一代DSP芯片的I/O工作电压是3.3V，因此其I/O电平也是3.3V逻辑电平。在设计DSP系统时，除了DSP芯片外，必须设计DSP芯片与其他外围芯片的接口，如果外围芯片的工作电压也是3.3V，那么就可以直接连接。但是由于现有的很多外围芯片的工作电压都是5V，因此就存在一个如何将3.3V DSP芯片与这些5V供电芯片的可靠接口问题。 5、JTAG仿真接口电路 JTAG英文“Joint Test Action Group（联合测试行为组织）”主要应用于电路的边界扫描测试和可编程芯片的在系统编程。 现在多数的高级器件都支持JTAG协议,如DSP、FPGA器件等。标准的JTAG接口是4线：TMS、TCK、TDI、TDO,分别为模式选择、时钟、数据输入和数据输出线。相关JTAG引脚的定义为：TCK为测试时钟输入，TDI为测试数据输入，数据通过TDI引脚输入JTAG接口，TDO为测试数据输出，数据通过TDO引脚从JTAG接口输出，TMS为测试模式选择，TMS用来设置JTAG接口处于某种特定的测试模式，TRST为测试复位，输入引脚，低电平有效。 JTAG最初是用来对芯片进行测试的,基本原理是在器件内部定义一个TAP（Test Access Port测试访问口）通过专用的JTAG测试工具对进行内部节点进行测试。JTAG测试允许多个器件通过JTAG接口串联在一起，形成一个JTAG链，能实现对各个器件分别测试。现在JTAG接口还常用于实现ISP（In-System Programmable;在线编程），对FLASH等器件进行编程。下图为LF240x的JTAG仿真接口电路。 6、系统RAM扩展电路设计 最小系统是不需要扩展RAM的。但是这样做的后果是对DSP的调试极为不利。因为TMS320LF2407A的中断向量位于固定的程序空间0000h0044h，单片机使用时此段空间为片内flash。Flash烧写次数有限（一般不大于1000次）， 而程序在调试过程中要经常性的修改，那么中断服务程序的具体定位就会发生移动，结果必须重新烧写程序代码。情况严重时会出现程序尚未调好，单flash已经失效，所以需要在DSP芯片上扩展RAM，实际应用中采用单片结构。扩展外部RAM有利于调试中程序的加载。此时使用外部RAM作为程序储存器，不必对flash进行烧写操作，待调试完毕，再将程序代码固化到flash中，此时可撤销外部扩展RAM。 一种扩展TMS320LF2407A外部RAM的方案如下图，储存器采用ISSI公司较为廉价的3.3V版本61C6416芯片，将其高字节选通UB和低字节选通LB接地，再将DSP的外部地址总线A15A00、数据总线D15D00、读写控制信号引脚和存储器相应引脚相连。7、指示灯电路 对于测试系统，通常会留出几个测试灯，用于指示状态，如下图示 四、软件设计 本设计通过一个点亮LED的C程序对最小系统进行验证。可以通过试验箱上的按键进行简单的时间调整，控制数字时钟的运行和停止以及调整时间等等。程序见附录2 五、实践总结 经过这几天的的课程设计，我对DSP有了跟进一步的认识，我设计的是最小系统。通过这个课设我们完成了TMS320LF2407A、RAM、电源芯片复位电路、时钟输入电路、JTAG仿真接口等的设计，对DSP的基本电路有了深刻的了解。其中我总结这几天的心得包括以下几点： 系统要求选择外围芯片。为了设计DSP应用系统，必须有相应的外围芯片，如复位芯片、电源转换芯片存储器等。设计时要选择常用的电路和芯片这样在调试设计过程中参考资料较多，可以使设计有好的稳定性和参考在实际搭接电路时也方便购买。 电平问题。LF2407DSP工作电压是3.3V，这样就需要一个电源转换电路把5V电源转换成3.3V，还有要注意设计