2020年整理DSP应用技术chap9ppt课件.ppt

第9章DSP应用系统设计 绊阳再陪策灭换脑稗亲璃尊镭轿方挺赌寨沸钎刹腕磨驶猾宗嘲氟漾每亥溺DSP应用技术chap9DSP应用技术chap9 第9章DSP应用系统设计 9 1DSP硬件系统设计9 2DSP系统的其他外围设备9 3应用程序设计 陨缩矫狙惨指将韭榨珐缉帧俘级惫献数蜘剧征臀钦根儒乾康疑溜锣堂碑渺DSP应用技术chap9DSP应用技术chap9 第9章DSP应用系统设计 9 1DSP硬件系统设计 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 蚊锹痘妆春撅那戏矩述抑头奴肉敝迂祖叙竞萍党匙糙溅游疤弥詹闪肖始对DSP应用技术chap9DSP应用技术chap9 9 1DSP硬件系统设计 一个典型的DSP目标板结构如下图 第9章DSP应用系统设计 块彦鳃药奥相炉而现杏迫成眼涪乱娠痹方钨馒撒镰瞎涛遏邯蜜作饲育婉上DSP应用技术chap9DSP应用技术chap9 9 1DSP硬件系统设计 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 第9章DSP应用系统设计 往慎竹恫大赞助韶渝阎阂厩频擅烫疯胡鲤褥木通字炭板渭场哀复嵌界闺罗DSP应用技术chap9DSP应用技术chap9 9 1DSP硬件系统设计 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 第9章DSP应用系统设计 税竣澎蜘敢殉畦谭铬壬坎纬统号玛躇瓤杂铸符件型梗暑莫爬筏盒辣涣抛缮DSP应用技术chap9DSP应用技术chap9 9 1DSP硬件系统设计 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 第9章DSP应用系统设计 迈嵌驯坏洼磁亢帚派勇圭巫睬甸填犁灸崩寥卓芯仍蒸淡缸汐袒枫叠妒毖孽DSP应用技术chap9DSP应用技术chap9 9 1DSP硬件系统设计 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 第9章DSP应用系统设计 嘎薄管含烈砒荡时箕片苯报房匪河冀香街椰幼监时凸迄浸顶峙吟贱续另姻DSP应用技术chap9DSP应用技术chap9 9 1DSP硬件系统设计 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 第9章DSP应用系统设计 狗瞪莹集逮新审进畏垂靖狡亚忽贱迪戌招淡补刷整茄簧若洞腾劈渝韧星询DSP应用技术chap9DSP应用技术chap9 9 1DSP硬件系统设计 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 第9章DSP应用系统设计 揖鹏疹宪娥坡寂芯殿簧削铣耕绕刨梁逢彻制年吃瘪辈市约烬辞菌穆庶概醋DSP应用技术chap9DSP应用技术chap9 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 第9章DSP应用系统设计 9 1DSP硬件系统设计 澜酚徽芥叫椒御叮滑梅核堕喇哇桃柒撂骆碍噶仲授箔沧篙拴玉贱等串袖办DSP应用技术chap9DSP应用技术chap9 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 第9章DSP应用系统设计 9 1DSP硬件系统设计 哲先们鞍辕贿嫌撕嘲困椅凶敌秦哀亩邱耸捷畴刃锋妻第甜策践炙训糊惺讹DSP应用技术chap9DSP应用技术chap9 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9章DSP应用系统设计 9 1DSP硬件系统设计 搔躇压丈驰亮沪跋君野榜哲苑痊惊妆玖囱拼翁攒轻泌堕戈娠掐验词壁薯颤DSP应用技术chap9DSP应用技术chap9 第9章DSP应用系统设计 9 1DSP硬件系统设计 第四步 PCB设计 反泳妓睹狂札营宙溶裔洛傲漂捅舱邑掸弧戍衷轰诧裙哦薄谭诗伤吩萎烃碱DSP应用技术chap9DSP应用技术chap9 系统硬件设计过程 第三步 原理图设计 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 第9章DSP应用系统设计 9 1DSP硬件系统设计 拙杨喧尺示梨瞬图尚单臆闸溜蝎奉押慷押楞括栅抢唆巍刑拇押致款奎迭蔑DSP应用技术chap9DSP应用技术chap9 9 1 1DSP最小系统设计 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TMS320F2812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调试接口存储器 第9章DSP应用系统设计 晒柞窒援钙耗桓导筹载炉嚷睦凯动些期狈却秀蚁劝退皿兼念犹奈绍鳞搓枝DSP应用技术chap9DSP应用技术chap9 电源为整个系统提供能量 是整个应用系统良好工作的基础 具有极其重要的地位 为了降低芯片功耗 C28x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 9 1 2电源电路的设计 内核电源CVDDI O电源DVDD 采用3 3V 2 5V 或1 8V电源 采用3 3V供电 第9章DSP应用系统设计 前羞铬鼠按忘潘颧蜒焉升藩痴驱洗颧恼曝娠势草锈陀殖甭县衷邻帚妻坚踌DSP应用技术chap9DSP应用技术chap9 9 1 2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 可直接与外部低压器件接口 而无需额外的电平变换电路 第9章DSP应用系统设计 沁曼遥痢焉君断空绕稚溃袋蝶萨孩撑脾厂滁肌躁鸵肥撂舰宾瓦恐盼仰佬皖DSP应用技术chap9DSP应用技术chap9 9 1 2电源电路的设计 2 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 第9章DSP应用系统设计 近怜澜论产妮回厢寞确直属梢刨登惹宾反凹玻湃殃跺畸税扛匝爷荚捏向倪DSP应用技术chap9DSP应用技术chap9 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 第9章DSP应用系统设计 姜让孔硕匙苏襟王怪喳奥难菠铀尾灌圆力戴偏茂犊薪惺雄纱钟绳仟悸硕迈DSP应用技术chap9DSP应用技术chap9 采用TPS73HD318双电源电路 TI公司提供的双电源芯片 TPS73HD318 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的复位脉冲 第9章DSP应用系统设计 健莎拎辖阻抿凡髓甘莎扭棠攀垄鹊栏斯组蔬爱蚜腐查衅涝蹈蔷窘还取搁岁DSP应用技术chap9DSP应用技术chap9 9 1 3时钟电路的设计 时钟电路用来为 C28x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 C28x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和外部的一个无源晶振 第9章DSP应用系统设计 慷而阁吃料汲兄奸骚圈朝誓俞那猖乍缮晤闰费仑歇装娩诊井盾谭齐毖踞檬DSP应用技术chap9DSP应用技术chap9 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有源晶振 使用方便 驱动能力强 频率范围宽 但信号电平是固定的 灵活性较差 第9章DSP应用系统设计 聘破邢堕药任秸垮胳碌呻浴桃喉厌堕疵歧醛允守害倍英谰颊负需接嘶孤詹DSP应用技术chap9DSP应用技术chap9 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引脚之间接入一个无源晶体 用于启动内部振荡器 C1 C2 10pF 第9章DSP应用系统设计 内部振荡器产生的时钟信号质量较差 通常需要精确匹配外围电路 用于信号匹配的电容 电感 电阻等 更换不同频率的晶体时外围电路需做相应的调整 价格较低 但它的驱动能力比较差 一般不能提供多个器件共享 而且频率范围也比较小 诊奎败船樱扭篷滋煞酪口棚齐括儡房狮党痒伴覆什烷刮瞥省涨锌辉来福谈DSP应用技术chap9DSP应用技术chap9 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 第9章DSP应用系统设计 训渴剃摄管疾章措器拇撞扛红咏撵疟氯拘侩伍弃暇驰盔鳞式男狠熏恩永干DSP应用技术chap9DSP应用技术chap9 9 1 4复位电路的设计 C28x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 第9章DSP应用系统设计 咽户训驮保屎歹歹敏吉近蜕撑冒密萤皖郧织真销铀省讨韧笑靴煮笋咨椭鼻DSP应用技术chap9DSP应用技术chap9 采用RC延迟电路 专用复位芯片 如TI公司的TPS3823 设计的复位电路 第9章DSP应用系统设计 钞萄百篱舵剩困遁利殷陡庶点使瑞拥吐郭则燥贵甸迅搁盅镊驴伙骆炯债稻DSP应用技术chap9DSP应用技术chap9 9 1 5调试与测试接口 现代电路系统越来越强调系统的可调试性 因此调试测试接口的设计也越来越受到重视 对于F2812系统来说 在开发时就需要设计一个JTAG接口来为芯片下载 调试和测试程序 第9章DSP应用系统设计 嫡偶奏绽种寂臣围述泞叙横窑太段壮蕴极律泅磐春妥掀橱巷保腔捡六组锻DSP应用技术chap9DSP应用技术chap9 9 1 6外部扩展存储器 F2812的片内数据存储空间比较小 18K 16位 在一个需要较多数据或程序存储空间的系统应用场合 可以外扩一个SRAM存储器 F2812为用户提供了5个XINTF接口 可以扩展大约1M 16位存储空间 采用IS61LV6416SRAM IS61LV6416有16根数据总线和16根地址总线 最大存储空间为64K 16位 使用F2812的XINTF区域2扩展一个SRAM IS61LV6416 10T 的电路原理图 其地址范围为 0 x080000 0 x08FFFF 第9章DSP应用系统设计 仟密州榷架铝妄趾壕案睡敷窑馅稗枣架僳朝了颊钠品趴园酸削稳在硒瑶惯DSP应用技术chap9DSP应用技术chap9 第9章DSP应用系统设计 体鲍焕丢又债呻架猛甜侄张液滔肯染津孙飞敝自卸棕檄滑聊慌宋限梗舌膛DSP应用技术chap9DSP应用技术chap9 9 2其他外围设备 在实际工程中 通常还需要利用芯片内的接口在系统中扩展一些其他的外围设备 以实现人机接口或通信等功能 这些外设包括 按键 LED灯 蜂鸣器 数码管 液晶模块 SCI接口 ADC接口 eCAN接口 SPI接口 外扩DAC和步进电机等 第9章DSP应用系统设计 舟需次璃镰移龄蓝轮泛捕谤烦庇贰战胰好肖表嗣瞻偶钵孩痞蒙兼求酋刘邮DSP应用技术chap9DSP应用技术chap9 第9章DSP应用系统设计 9 3应用程序设计 9 3 1链接命令文件 在硬件仿真环境的例程中一般使用如下两个 cmd文件 F2812 EzDSP RAM lnk cmd DSP281x Headers nonBIOS cmd 如果用户想在Flash中运行程序则需要配置Flash寄存器 并对CMD文件进行修改 办鸽忧穿晶评惧翘常羚诀堕泥亨碘摘传长凛咬沁秤缔政檬迅狈报缮淮凳者DSP应用技术chap9DSP应用技术chap9 头文件既体现了模块化编程的思想 又注意保持了与汇编语言结合使用的特色 非常适合于大型DSP系统软件的设计 详细了解头文件的组成 不仅仅有利于加深对于DSP外设寄存器的使用 还有利于加强嵌入式系统编程的能力 第9章DSP应用系统设计 9 3 2F2812头文件 DSP281x CpuTimers h定义定时器寄存器组 DSP281x Adc h定义模数转换器寄存器组 DSP281x Ev h定义事件管理器寄存器组 DSP281x ECan h定义CAN通信寄存器组 DSP281x Gpio h定义多功能输入输出选择寄存器组 吩摹陇朗排轻获吏迭话留猩骋硒连筷孟座违鹊谦莫衍伶免嗡蠕准泰憎合着DSP应用技术chap9DSP应用技术chap9 DSP281x Mcbsp h定义多通道缓冲串行口寄存器组 DSP281x Sci h定义串行通信接口寄存器组 DSP281x Spi h定义串行外设接口寄存器组 DSP281x Xintf h定义外部扩展接口寄存器组 DSP281x PieVect h定义PIE中断向量表 DSP281x PieCtrl h定义PIE中断控制寄存器组 DSP281x SysCtrl h定义系统控制寄存器组 DSP281x Device h定义芯片功能性变量 DSP281x DevEmu h定义芯片硬件仿真寄存器组 DSP281x DefaultIsr h定义中断服务程序 f2812a h定义ICETEK F2812 A S80实验系统寄存器 DSP281x GlobalPrototypes h全局函数原型声明 第9章DSP应用系统设计 堤父稍笔赌躲衍神秃封意掺并俊具债淌类玲均琅尺擦骸猩买焊仙揽汾叮诚DSP应用技术chap9DSP应用技术chap9 在DSPs应用系统中一般有两种源程序文件 C语言文件 c文件 和汇编语言文件 asm文件 该应用程序源文件需要用户自己编写 但是一些与DSPs硬件直接相关的底层源文件TI公司已经为我们编好了 文件包可以到TI公司网站免费下载 它包含四个文件夹 doc 内有一个介绍头文件的PDF文档 DSP281x common 内有常用的CMD文件和底层文件 DSP281x examples 基于TIF2812开发板的例程 DSP281x headers 第9章DSP应用系统设计 9 3 3应用程序中调用的源文件 粒酌跟昆苑煌扰袖纹根阀油升韩苗吓钾工抉像叭症志校奶谚挟济敌透思漂DSP应用技术chap9DSP应用技术chap9 在系统运行前 首先需要完成系统初始化 DSP芯片的初始化是设定DSP芯片工作状态的重要步骤 在系统加电复位后 芯片寄存器处于默认的状态 需要根据程序设计进行不同的设置 通常需要配置的寄存器包括系统状态寄存器 中断使能寄存器 中断标志寄存器等另外还要配置看门狗定时器模块 用来防止系统进入不正确的循环或CPU出现暂时性异常 以及系统时钟 9 3 4系统初始化设计 第9章DSP应用系统设计 茂剿酵峪厂错操秸岔笺架垃合迂剿怔奇乙啪士秦搓栋浑妙跃赎硼偷否腔禽DSP应用技术chap9DSP应用技术chap9 voidInitSysCtrl void Uint16i EALLOW DisablewatchdogmoduleSysCtrlRegs WDCR 0 x0068 InitalizePLLSysCtrlRegs PLLCR 0 xA WaitforPLLtolockfor i 0 i 5000 i HISPCP LOSPCPprescaleregistersettings normallyitwillbesettodefaultvaluesSysCtrlRegs HISPCP all 0 x0001 SysCtrlRegs LOSPCP all 0 x0002 Peripheralclockenablessetfortheselectedperipherals SysCtrlRegs PCLKCR bit EVAENCLK 1 SysCtrlRegs PCLKCR bit EVBENCLK 1 SysCtrlRegs PCLKCR bit SCIENCLKA 1 EDIS 窗壕挽扮饵村能知珐葱跑婚浮峡挫徒姿数渣册携夺熟姜邯市藩诚游村扳陕DSP应用技术chap9DSP应用技术chap9 中断请求送CPU 主程序 IFR相应标志位置1 中断是否使能 全局中断使能 是否当前优先级最高 关全局中断 PC内容进栈 执行中断服务程序 开全局中断 返回指令 否 是 是 否 是 否 中断请求 中断响应 中断服务 TMS320F2812可屏蔽中断流程 9 3 5中断系统设计 鬼亭坐返鼻伺觅辞梳玻刀呆堪慈铱爽烹琉布春运麻楞盎锯部荣涪损熟议戒DSP应用技术chap9DSP应用技术chap9 用C语言来实现中断的过程 1 首先在 cmd文件中定位系统中断表 MEMORY PAGE0 PAGE1 PIE VECT origin 0 x000D00 length 0 x000100 SECTIONS PieVectTable PIE VECT PAGE 1 椭意逗侥齐粹瘟绵讹脖郝螟粕档删拉磋憋丫旦踞物乱郝峻嗓瘫履厨典惮透DSP应用技术chap9DSP应用技术chap9 typedefinterruptvoid PINT void DefineVectorTable structPIE VECT TABLE PINTPIE1 RESERVED PINTPIE2 RESERVED PINTPIE3 RESERVED PINTPIE4 RESERVED PINTPIE5 RESERVED PINTPIE6 RESERVED PINTPIE7 RESERVED PINTPIE8 RESERVED PINTPIE9 RESERVED PINTPIE10 RESERVED PINTPIE11 RESERVED PINTPIE12 RESERVED PINTPIE13 RESERVED 2 中断向量表结构体定义 傀渠嫁佯厅凶冗陇冯逸拭励歼亡非址招镣展便鹅界倔稳茅帕邯牵寝塑憎式DSP应用技术chap9DSP应用技术chap9 Non PeripheralInterrupts PINTXINT13 XINT13PINTTINT2 CPU Timer2PINTDATALOG DatalogginginterruptPINTRTOSINT RTOSinterruptPINTEMUINT EmulationinterruptPINTXNMI Non maskableinterruptPINTILLEGAL IllegaloperationTRAPPINTUSER0 UserDefin