基于DSP的数字信号源

06041217 管俊阳 基于 DSP 的数字信号源 1 第一章第一章系统的设计要求与技术指标系统的设计要求与技术指标 本次课程设计所研制系统的设计要求和技术指标 以 DSP 芯片 TMS320F2812 为核心 以数模转换器 DAC 为辅助而做成信号源 同时利用 TFT3224 3 5 型号的液晶屏显示出对应的波形及主要参数 主要技术指标 1 输出信号电压范围 峰 峰值 100mV 5V 2 输出信号包含的频率成分范围 250Hz 10kHz 3 频率分辨力 20Hz 4 液晶显示频率 幅值 波形 同时波形跟随频率 幅值的变化而变化 06041217 管俊阳 基于 DSP 的数字信号源 2 第二章第二章 系统的组成及工作原理系统的组成及工作原理 2 12 1 系统组成系统组成 本系统主要由以下几个部分组成实现的 即DSP最小系统 液晶显示电路 键盘 控制电路和D A转换处理电路 系统组成基本框图如下图2 1所示 图 2 1 信号源系统框图 通过系统组成框图可以看出系统的各个模块及其模块间的关系 根据此框图你 可以看出 利用 DSP 芯片强大的计算能力 根据键盘的输入值 将波形通过 D A 转 换处理电路输出 并将其送入液晶屏上显示显示出来 键盘是为了输入不同波形 不同频率 不同幅值而定的 幅值与频率采用纯数字输入 同时具有启动与关闭功 能 2 22 2 系统工作原理系统工作原理 周期信号通过 DSP 芯片的处理 由输入值的幅度 频率 波形而确定 而根据 本系统的设计要求和技术指标 在分析整个系统的组成的基础上 采用 TMS320F2812 作为本次系统的主要芯片 主要有两方面的设计 一是将键盘输入的 键值实时的处理显示 将 DA 输出的波形通过算法在液晶上显示出来 二是通过 DA 输 出对应的波形 并通过示波器进行观察 实现第一个功能对信号进行处理显示 这里主要包括两个部分 分别为将处理 好的信号送入 TFT3224 3 5 型号的液晶屏上显示出来以及利用键盘对所显示的数据 进行改变调整 这里一个的主要的难点就是液晶显示部分 这也是本系统的一个重 点和关键所在 因此要做好本次系统 这部分是必须掌握的内容 信号在液晶屏上 显示出来的数据 那就是通过计算处理的信号 此处第二个功能那就是信号的产生 模块 此模块主要由一个 D A 转换芯片 MAX7545 和四个放大器 OP07 组成 在此模块 06041217 管俊阳 基于 DSP 的数字信号源 3 下能够得到各种不同的波形信号 第三章第三章 系统硬件设计系统硬件设计 本系统是以TMS320F2812为核心芯片 此DSP芯片在信号处理方面有很好的性价 比 在硬件设计方面本系统主要是由以下几个模块组成实现的 即DSP最小系统 液 晶显示电路与键盘控制电路和D A转换处理电路 接下来将详细介绍各个模块的作用 及它在本次系统中所要实现的功能 3 13 1 DSPDSP 最小系统最小系统 在此模块下主要核心芯片是 TMS320F2812 和 TPS73HD138 两个芯片 而 TPS73HD138 芯片的主要作用就是为 TMS320F2812 提供所需要的不同电源而设定的 在这里为了更好的进行表示就将其分两个部分来分别进行介绍 3 1 13 1 1 电源提供电路电源提供电路 由于 TMS320F2812 芯片需要不同种类的电源 因此这里就需要 TPS73HD138 芯片 来进行电压的转换 其实 TPS73HD138 除了电源转换功能外还具有上电复位功能 可 以直接和 DSP 芯片的复位端相连接 下图 3 1 为 TPS73HD138 的管脚图 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize C Date 5 Jun 2008 Sheet of File F 件件 件件 件件件件件 件件件件件 MyDesign ddbDrawn By NC 1 NC 2 1GND 3 1EN 4 1IN 5 1IN 6 NC 7 NC 8 2GND 9 2EN 10 2IN 11 2IN 12 NC 13 NC 14 NC 15 NC 16 2OUT 17 2OUT 18 2SENSE 19 2REST 20 NC 21 NC 22 1OUT 23 1OUT 24 NFB SENSE 25 NC 26 NC 27 1REST 28 U6 TPS73HD138 图 3 1 TPS73HD138 的管脚图 在此部分 TPS73HD138 主要为 TMS320F2812 提供两种不同的电源 即为 VDD 提供 1 8V 电源 为 VDDA 和 VDDI0 提供 3 3V 电源 TPS73HD138 的供电电压为 5V 在电 源提供端需要加个滤波电路 目的是使得进入的电压更加稳定 在 1OUT 脚将输出 1 8V 的电压而 2OUT 脚也将输出 3 3V 的电压 其转换电压电路图如下图 3 2 所示 06041217 管俊阳 基于 DSP 的数字信号源 4 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize C Date 10 Jun 2008Sheet of File F 件件 件件 件件件件件 件件件件件 M yDesign ddbDrawn By C6 0 1uF GND3 C7 0 1uF GND3 GND3 R10 100K R11 100K C8 0 1UF C9 1UF C10 10UF R12 0 GND3VSS VSS C11 0 1UF C12 1UF C13 10UF R13 0 GND3VSS VSS C14 0 1UF C15 1UF C16 10UF R14 0 GND3VSSA VSSA NC 1 NC 2 1GND 3 1EN 4 1IN 5 1IN 6 NC 7 NC 8 2GND 9 2EN 10 2IN 11 2IN 12 NC 13 NC 14 NC 15 NC 16 2OUT 17 2OUT 18 2SENSE 19 2REST 20 NC 21 NC 22 1OUT 23 1OUT 24 NFB SENSE 25 NC 26 NC 27 1REST 28 U6 TPS73HD138 VDD VDDIO VDDA vss 图 3 2 TPS73HD138 电压转换电路图 3 1 23 1 2 DSPDSP 芯片介绍及电路芯片介绍及电路 DSP 芯片 TMS320F2812 1 特征 高性能静态 CMOS Static CMOS 技术 150MHz 时钟周期 6 67ns 低功耗 135MHZ 核心电压 1 8V 150MHZ 核心电压 1 9V I O 口电压 3 3V 设计 高性能的 32 位中央处理器 TMS320C28x 16 位 16 位和 32 位 32 位乘且累加操作 16 位 16 位的两个乘且累加 哈佛总线结构 Harvard Bus Architecture 强大的操作能力 迅速的中断响应和处理 统一的寄存器编程模式 可达 4 兆字的线性程序地址 可达 4 兆字的数据地址 代码高效 用 C C 或汇编语言 与 TMS320F24x LF240 x 处理器的源代码兼容 片内存储器 8K 16 位的 Flash 存储器 1K 16 位的 OTP 型只读存储器 06041217 管俊阳 基于 DSP 的数字信号源 5 L0 和 L1 两块 4K 16 位的单口随机存储器 SARAM H0 一块 8K 16 位的单口随机存储器 M0 和 M1 两块 1K 16 位的单口随机存储器 根只读存储器 Boot ROM 4K 16 位 带有软件的 Boot 模式 标准的数学表 外部存储器接口 仅 F2812 有 有多达 1MB 的存储器 可编程等待状态数 可编程读 写选通计数器 Strobe Timing 三个独立的片选端 时钟与系统控制 支持动态的改变锁相环的频率 片内振荡器 看门狗定时器模块 三个外部中断 外部中断扩展 PIE 模块 当前使用了 45 个外部中断 3 个 32 位的 CPU 定时器 128 位的密钥 Security Key Lock 保护 Flash OTP 和 L0 L1 SARAM 防止 ROM 中的程序被盗 马达控制外围设备 两个事件管理器 EVA EVB 与 C240 兼容的器件 串口外围设备 串行外围接口 SPI 两个串行通信接口 SCIs 标准的 UART 改进的局域网络 eCAN 多通道缓冲串行接口 McBSP 和串行外围接口模式 12 位的 ADC 16 通道 06041217 管俊阳 基于 DSP 的数字信号源 6 2 8 通道的输入多路选择器 两个采样保持器 单个的转换时间 200ns 单路转换时间 60ns 最多有 56 个独立的可编程 多用途通用输入 输出 GPIO 引脚 高级的仿真特性 分析和设置断点的功能 实时的硬件调试 低功耗模式和节能模式 支持空闲模式 等待模式 挂起模式 停止单个外围的时钟 温度选择 A 40 85 S 40 125 Q 40 125 2 芯片封装图 TMS320F2812 为 176 引脚 PGF 低剖面四芯线扁平 LQFP Low profile Quad 封 装 其封装如图 3 3 所示 06041217 管俊阳 基于 DSP 的数字信号源 7 图 3 3TMS320F2812 封装图 3 所用管脚说明 表 3 1 将详细描述芯片 F2812 引脚功能及信号情况 所有输入引脚的电平均与 TTL 兼容 所有引脚的输出均为 3 3V CMOS 电平 输入不能承受 5V 电压 上拉电流 下拉电流均为 100 A 在这里对于芯片的电源端口 GPIO 端口以及信号输入端口 将不做详细介绍了 表 3 1 F2812 引脚功能及信号情况 名 字引脚号 179 针 GHH 封装 176 针 PGF 封装 128 针 PBK 封装 I O Z PU PD S 说 明 XINTF 信号 仅 F2812 XMP MCF117 IPU 可选择微处理器 微计算机模式 可以在两者之间切换 为高电 平时外部接口上的区域 7 有效 为低电平时区域 7 无效 可使 用片内的 Boot ROM 功能 复位 时该信号被锁存在 XINTCNF2 寄 06041217 管俊阳 基于 DSP 的数字信号源 8 存器中 通过软件可以修改这 种模式的状态 此信号是异步 输入 并与 XTIMCLK 同步 XHOLD E7159 IPU 外部 DMA 保持请求信号 为低电平时请求 XINTFXHOLD 释放外部总线 并把所有的总 线与选通端置为高阻态 当对 总线的操作完成且没有即将对 XINTF 进行访问时 XINTF 释放 总线 此信号是异步输入并与 XTIMCLK 同步 XHOLDA K1082 O Z 外部 DMA 保持确认信号 当 XINTF 响应的请求时XHOLD 呈低电平 所有的XHOLDA XINTF 总线和选通端呈高阻态 和信号同时发出 XHOLDXHOLDA 当有效 低 时外部器XHOLDA 件只能使用外部总线 1AND0XZCS P144 O Z XINTF 区域 0 和区域 1 的片选 当访问 XINTF 区域 0 或 1 时有 效 低 2XZCS P1388 O Z XINTF 区域 2 的片选 当访问 XINTF 区域 2 时有效 低 7AND6XZCS B13133 O Z XINTF 区域 6 和 7 的片选 当 访问区域 6 或 7 时有效 低 XWE N1184 O Z 写有效 有效时为低电平 写 选通信号是每个区域操作的基 础 由 XTIMINGx 寄存器的前一 周期 当前周期和后一周期的 值确定 XRDM342O Z 读有效 低电平读选通 读选 通信号是每个区域操作的基础 由 XTIMINGx 寄存器的前一周期 当前周期和后一周期的值确定 注意 和是互斥信号XRDXWE XR WN451 O Z 通常为高电平 当为低电平时 表示处于写周期 当为高电平 时表示处于读周期 06041217 管俊阳 基于 DSP 的数字信号源 9 续表 引脚号 名 字 179 针 GHH 封装 176 针 PGF 封装 128 针 PBK 封装 I O Z PU PDS 说 明 XREADYB6161 IPU 数据准备输入 被置 1 表示外设已为 访问做好准备 XREADY 可被设置为 同步或异步输入 在同步模式中 XINTF 接口块在当前周期结束之前的 一个 XTIMCLK 时钟周期内要求 XREADY 有效 在异步模式中 在当 前的周期结束前 XINTF 接口块以 XTIMCLK 的周期作为周期对 XREADY 采样 3 次 以 XTIMCLK 频率对 XREADY 的采样与 XCLKOUT 的模式无 关 JTAG 和其他信号 X1 XCLK IN K97758I 振荡器输入 内部振荡器输入 该引 脚也可以用来提供外部时钟 28x 能 够使用一个外部时钟源 条件是要在 该引脚上提供适当的驱动电平 为了 适应 1 8V 内核数字电源 VDD 而 不是 3 3V 的 I O 电源 VDDIO 可 以使用一个嵌位二极管去嵌位时钟信 号 以保证它的逻辑高电平不超过 VDD 1 8V 或 1 9V 或者去使用一个 1 8V 的振荡器 X2M97657I 振荡器输出 XCLKOUT F1111987O 源于 SYSCLKOUT 的单个时钟输出 用 来产生片内和片外等待状态 作为通 用时钟源 XCLKOUT 与 SYSCLKOUT 的 频率或者相等 或是它的 1 2 或是 1 4 复位时 XCLKOUT SYSCLKOUT 4 TESTSEL A1313497IPD 测试引脚 为 TI 保留 必须接地 06041217 管俊阳 基于 DSP 的数字信号源 10 XRS D6160113I OPU 器件复位 输入 及看门狗复位 输 出 器件复位 XRS 使器件终止运 行 PC 指向地址 0 x3F FFC0 注 0 xXX XXXX 中的 0 x 指出后面的数是 十六进制数 例如 0 x3F FFC0 3FFFC0h 当 XRS 为高电平时 程序从 PC 所指出的位置开始运行 当看门狗产生复位时 DSP 将该引脚 驱动为低电平 在看门狗复位期间 低电平将持续 512 个 XCLKIN 周期 该引脚的输出缓冲器是一个带有内部 上拉 典型值 100mA 的开漏缓冲器 推荐该引脚应该由一个开漏设备去驱 动 TEST1M76751I O 测试引脚 为 TI 保留 必须悬空 TEST2N76650I O 测试引脚 为 TI 保留 必须悬空 TRST B1213598IPD 有内部上拉的 JTAG 测试复位 当它 为高电平时扫描系统控制器件的操作 若信号悬空或为低电平 器件以功能 模式操作 测试复位信号被忽略 注意 在上不要用上拉电阻 TRST 它内部有上拉部件 在强噪声的环境 中需要使用附加上拉电阻 此电阻值 根据调试器设计的驱动能力而定 一 般取 22k 即能提供足够的保护 因 为有了这种应用特性 所以使得调试 器和应用目标板都有合适且有效的操 作 TCKA1213699IPU JTAG 测试时钟 带有内部上拉功能 TMSD1312692IPU JTAG 测试模式选择端 有内部上拉 功能 在 TCK 的上升沿 TAP 控制器计 数一系列的控制输入 TDIC1313196IPU 带上拉功能的 JTAG 测试数据输入端 在 TCK 的上升沿 TDI 被锁存到选择 寄存器 指令寄存器或数据寄存器中 TDOD1212793O Z JTAG 扫描输出 测试数据输出 在 TCK 的下降沿将选择寄存器的内容从 TDO 移出 EMU0D11137100 I O ZPU 带上拉功能的仿真器 I O 口引脚 0 当为高电平时 此引脚用作中TGST 断输入 该中断来自仿真系统 并通 过 JTAG 扫描定义为输入 输出 06041217 管俊阳 基于 DSP 的数字信号源 11 EMU1C9146105 I O ZPU 仿真器引脚 1 当为高电平时 TGST 此引脚输出无效 用作中断输入 该 中断来自仿真系统的输入 通过 JTAG 扫描定义为输入 输出 注 除了 TDO CLKOUT XF XINTF EMU0 及 EMU1 引脚之外 所有引脚的输出缓 冲器驱动能力 有输出功能的 典型值是 4mA I 输入 O 输出 Z 高阻态 PU 引脚有上拉功能 PD 引脚有下拉功能 对于 DSP 芯片的最小系统连接图如下图 3 4 所示 其晶振频率选择为 30MHZ 其晶体旁边的两个负载电容接地 实际上就是电容三点式电路的分压电容 接地点 就是分压点 以接地点即分压点为参考点 振荡引脚的输入和输出是反相的 但从 并联谐振回路即石英晶体两端来看 形成一个正反馈以保证电路持续振荡 需要注 意的是 这两个电容串联的值是并联在谐振回路上的 会影响振荡频率 当两个电 容量相等时 反馈系数是 0 5 一般是可以满足振荡条件的 但如果不易起振或振 荡不稳定可以减小输入端对地电容量 而增加输出端的值以提高反馈量 在这里晶 振的两个负载电容都选择 20PF 负载电容除了具有负载能力外 同时还可以微调频 率 06041217 管俊阳 基于 DSP 的数字信号源 12 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize C Date 5 Jun 2008 Sheet of File F 件件 件件 件件件件件 件件件件件 MyDesign ddbDrawn By ADRESEXT 16 XMP MC 17 XA0 18 VSS 19 F13 MDRA 20 XD0 21 F12 MDXA 22 VDD 23 XD1 24 F9 MCLKRA 25 F10 MFSXA 26 XD2 27 F8 MCLKXA 28 F11 MFSRA 29 XD3 30 VDDIO 31 VSS 32 XD4 33 F2 SPICLKA 34 F3 SPISTEA 35 XD5 36 VDD 37 VSS 38 XD6 39 F0 SPISIMOA 40 F1 SPISOMIA 41 XRD 42 XA1 43 XZCS0AND1 44 B0 PWM7 45 B1 PWM8 46 B2 PWM9 47 B3 PWM10 48 B4 PWM11 49 B5 PWM12 50 XR W 51 VSS 52 B6 T3PWM CMP 53 XD7 54 B7 T4PWM CMP 55 VDD 56 B8 CAP4 QEP3 57 VSS 58 B9 CAP5 QEP4 59 B10 CAP6 QEPI2 60 B12 C4TRIP 61 B14 C5TRIP 62 B15 C6TRIP 63 VDDIO 64 XD8 65 TEST2 66 TEST1 67 XD9 68 VDD3VFL 69 VSS 70 B11 TDIRB 71 B12 TCLKINB 72 XD10 73 XD11 74 VDD 75 X2 76 X1 XCLKIN 77 VSS 78 D5 T3CTRIP PDPINTB 79 XA2 80 VDDIO 81 XHOLDA 82 D6 T4CTRIP EVBSOC 83 XWE 84 XA3 85 VSS 86 F6 CANTXA 87 XZCS2 88 F7 CANRXA 89 G4 SCITXDB 90 G5 SCIRXDB 91 A0 PWM1 92 A1 PWM2 93 A2 PWM3 94 A3 PWM4 95 XD12 96 XD13 97 A4 PWM5 98 VSS 99 VDD 100 A5 PWM6 101 A6 TI PWM CMP 102 XA4 103 T2 PWM CMP 104 VSS 105 CAP1 QEP1 106 CAP2 QEP2 107 XA5 108 A10 CAP3 QEP1 109 D0 T1CTRIP PDPINA 110 XA6 111 VDD 112 VSS 113 VDDIO 114 D1 T2CTRIP EVASOC 115 A11 TDIRA 116 A12 TCLKINA 117 XA7 118 XCLKOUT 119 VSS 120 XA8 121 A13 C1TRIP 122 A14 C2TRIP 123 A15 C3TRIP 124 XA9 125 TMS 126 TDO 127 VDD 128 VSS 129 XA10 130 TDI 131 XA11 132 XZCS6AND7 133 TESTSEL 134 TRST 135 TCK 136 EMUO 137 XA12 138 XD14 139 F14 XF XPLLDIS 140 XA13 141 VSS 142 VDD 143 XA14 144 VDDIO 145 EMU1 146 XD15 147 XA15 148 E0 XINT XBIO 149 E2 XNMI XINT13 150 E1 XINT2 ADCSOC 151 XA16 152 VSS 153 VDD 154 F4 SCITXDA 155 XA17 156 F6 SCIRXDA 157 XA18 158 XHOLD 159 XRS 160 XREADY 161 VDD1 162 VSS1 163 ADBGREFIN 164 VSSA2 165 VDDA2 166 ADA7 167 ADA6 168 ADA5 169 ADA4 170 ADA3 171 ADA2 172 ADA1 173 ADA0 174 ADCLO 175 VSSAIO 176 VDDAIO 1 ADB0 2 ADB1 3 ADB2 4 ADB3 5 ADB4 6 ADB5 7 ADA6 8 ADB7 9 ADREFM 10 ADREFP 11 AVSSREFBG 12 AVDDREFBG 13 VDDA1 14 ASSAI 15 tms320 TMS320F2812 VDDA VDDA VSSA VSS VSS VDD VSS VDD VSS VSS VDD VSS VDD VSS VDDIO VSS TMS TDO VDD VSS TDI VSSA VSSA VDD REST VSSA RX VDD VSS VDDIO VDD VSS TCK TRST VSS VDDA R70 10K VDDIO EMU1 R72 10K EMU0 Y020MHz C61 20P C62 20P VSS X2 X1 VSSA VDDA XRD VDDIO R71 10K VDDIOVDDIO R69 10K VDDIO TX XA1 XA0 VSS VDD VSS VDDIO VDDIO VSS VDD X1 VSS VDDIO VSS X2 PB0 PB1 PB2 PB3 PB4 PB5 PB7 PB8 PB9 PB10 PB13 PB11 PB12 PB14 XWE XA18 PWM PA12 PA13 PA14 PA15 INT1 PF1 PF0 PF3 PF2 PF8 PB15 VSS PG5 PG4 PF7 PF6 PD6 PD5 PF13 PF12 XA9 PE2 PE1 XD0 XD1 XD3 XD4 XD5 XD6 XD2 XD7 VSSA PF11 PF9 PF10 PA2 PA3 图 3 4 DSP 芯片的最小系统连接图 3 23 2 LCDLCD 显示接口电路显示接口电路 本系统的显示电路采用在TFT3224 3 5型号的液晶屏上进行显示 这里将对 TFT3224 3 5型号的LCD进行简单介绍 TFT3224 3 5是专门针对单片机用户而设计的 液晶显示器 带触摸屏 其主要性能参数为 图像点阵为320 RGB 240行 视域 尺寸为70 08 52 56mm 视域对角线为3 5英寸 接口方式为总线方式 显示颜色 为TFT 256色 背光类型为LED 背光亮度为250 工作电压为 3 3V 5V 消耗功 率为0 7W 外型尺寸为95 77 8 64 5 8 5mm 工作环境温度为 30 85 保 存温度为 40 95 而且可以直接与MCS51 MCS96 MC68 ARM以及DSP相连 适合 各种仪器仪表 工业设备的应用 其低功耗 轻薄设计亦能满足单节锂电池供电设 备的需求 软件性能全面升级 能提供以下功能 06041217 管俊阳 基于 DSP 的数字信号源 13 1 快速清屏功能 只需发送一条指令 控制板在16 6毫秒内以指定的颜色对整个画 面进行清屏 清屏过程无须单片机的干预 极大地提高了开机和单一背景色的显示 速度 2 提供8点写模式 使得彩色屏的操作与单色屏一样 极大地提高了汉字 英文字 母 数字 以及单色位图的显示速度 3 提供灵活的地址自动加一功能 地址自动加一的方向可以任意设置为X方向或Y方 向 地址沿X方向自动加一时 遇到行尾将自动跳到下一行的行首 地址沿Y方向自 动加一时 遇到列尾将自动跳到下一列的列首 通过以上各种加强的功能 使得普通的单片机驱动彩色屏 也可以得到非常流 畅的显示效果 对于 TFT3224 3 5 型号的 LCD 的接口 其显示器接口采用并行总线方式 数据 总线 D 7 0 地址总线 A 1 0 片选 CS 读 RD 写 WR 可以很方便地连接到 单片机或微处理器的总线上 用户可以象使用普通存储器一样使用它 由于采用了 命令方式 只需要两个地址信号线 大量节约了处理器的存储空间 减少了接口信 号的个数 有效简化了硬件系统连接 综上所示可知选择 TFT3224 3 5 型号的 LCD 显示器作为本次系统的显示屏来进行显示处理在用起来简单而且很方便 TFT3224 3 5 型号的 LCD 是一个具有 24 个接口的 LCD 其接口引脚图如下图 3 5 所示 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize C Date 10 Jun 2008Sheet of File F 件件 件件 件件件件件 件件件件件 MyDesign ddbDrawn By 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 J29 CON24 图 3 5 LCD 接口引脚图 关于其每个引脚的功能下表 3 2 将进行详细介绍 表3 2 引脚定义 插座类型 1mm的24脚FFC 引脚 符号 功能 1 GND 2 GND TFT3224 3 5A 3 3V 3 VCC1 TFT3224 3 5B 5V 4 RD 读操作信号 低电平有效 5 WR 写操作信号 低电平有效 6 CS 片选信号 低电平有效 7 A0 地址 8 A1 地址 06041217 管俊阳 基于 DSP 的数字信号源 14 9 DATA0 数据总线 10 DATA1 数据总线 11 DATA2 数据总线 12 DATA3 数据总线 13 DATA4 数据总线 14 DATA5 数据总线 15 DATA6 数据总线 16 DATA7 数据总线 17 XR 触摸屏 右 18 YD 触摸屏 下 19 XL 触摸屏 左 20 YU 触摸屏 上 21 TFT3224 3 5A 3 3V 22 VCC2 TFT3224 3 5B 5V 23 24 N C 通过上面的介绍能够初步了解 TFT3224 3 5 型号的 LCD 在本系统中液晶显示 屏的接口电路连接图如下图 3 6 所示 这里液晶板的电源为 3 3V 与 DSP 芯片的 VDDIO 口相连 4 脚和 5 脚分别接 DSP 芯片的读写脚 6 脚接 DSP 芯片的脚作2XZCS 为 CS 片选信号口 只有当脚提供信号有效的时候才将要显示的数据送到液晶2XZCS 板上显示出来 而 7 8 脚分别接到 XA0 和 XA1 口 9 16 脚为数据输入口接到 DSP 芯片的 XD0 XD7 口 这样就完成了液晶板电路的连接 图 3 6 液晶显示屏的接口电图 3 33 3 键盘控制电路键盘控制电路 06041217 管俊阳 基于 DSP 的数字信号源 15 图 3 7 5 5 矩阵扫描电路 在键盘中按键数量较多时 为了减少I O口的占用 通常将按键排列成矩阵形式 如图所示 在矩阵式键盘中 每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通 而是通过 一个按键加以连接 这样 一个端口 如P1口 就可以构成5 5 25个按键 比之直 接将端口线用于键盘多出了一倍多 而且线数越多 区别越明显 由此可见 在需 要的键数比较多时 采用矩阵法来做键盘是合理的 扫描键盘的接法如图3 7所示 分别接到GPIOA0到GPIOA9 因为DSP的IO口里有上拉电阻 因此 电阻与电源可以省 略 不影响功能的实现 3 43 4 D AD A 转换处理电路转换处理电路 此模块也可以叫做信号的产生检测模块 主要是利用 DSP 芯片来产生了一个波 形信号源或对输入信号进行波形检测 在此部分主要涉及到三个芯片 MC1403 OP07 MAX7545 下面将简单地介绍下这三个芯片 3 4 13 4 1 MC1403MC1403 的介绍的介绍 MC1403 是低压基准芯片 一般用作 8 12bit 的 D A 芯片的基准电压等一些需 要基本精准的基准电压的场合 只有 8 个引脚 其输出电压 2 5 V 25 mV 输入电压范围 4 5 V 40 V 输出电流 10 mA 因为输出是固定的 所以电路 很简单 就是 Vin 接电源输入 GND 接底 Vout 加一个 0 1uf 1uf 的电容就可以了 Vout 一般用作 8 12bit 的 D A 芯片的基准电压 其管脚图如图 3 15 所示 06041217 管俊阳 基于 DSP 的数字信号源 16 3 4 23 4 2 OP07OP07 芯片的介绍芯片的介绍 下图 3 16 为芯片 OP07 的管脚图 从其管脚图就可以看出此芯片只有 8 个管脚 是一个比较简单的芯片 在此芯片中 1 8 脚是对芯片的调 0 而设定的 在这里我们 可以选择在两者之间接个滑动变阻器来进行调整 2 3 脚为信号输入端 我们可以 选择一端接地来处理 而 4 7 脚是芯片的工作电压提供端此工作电压可选择 15V 左 右 6 脚是一信号输出端口 5 脚可以不接 你可以根据选择电阻的不同来调整运放 的放大倍数 Vos 1 IN 2 IN 3 V 4 NC 5 OUT 6 V 7 Vos 8 Vin 1 Vout 2 GND 3 NC 4 NC 5 NC 6 NC 7 NC 8 图 3 8 OP07 管脚图 图 3 9 MC1403 管脚图 3 4 33 4 3 D AD A 芯片芯片 MAX7545MAX7545 的介绍的介绍 MAX7545 是美国 MAXIM 公司近几年推出的 12 位 D A 转换器 MAX7545 具有 4MSPS 的数 模转换速度 它们集跟踪 保持器于一体 因而由它构成滤形产生电路 结构较为简单 与其它同类产品相比 具有性能 价格比高的优点 故在高速数据采 集 数字信号处理及可变增益放大器等动态性能要求比较高的系统中 用它作为波形 产生器件或控制信号的产生器件十分理想 其管脚图如下图 3 17 所示 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize C Date 5 Jun 2008 Sheet of File F 件件 件件 件件件件件 件件件件件 MyDesign ddbDrawn By OUT1 1 AGND 2 DGND 3 DB11 4 DB10 5 DB9 6 DB8 7 DB7 8 DB6 9 DB5 10 DB4 11 DB3 12 DB2 13 DB1 14 DB0 15 CS 16 WR 17 VDD 18 VREF 19 VFB 20 U5 max7545 图 3 10 MAXA7545 芯片管脚图 MAX7545 与高速数字信号处理器 DSP 接口时 就需要从软硬件的设计上仔细 考虑时序问题和其它问题 如图 3 11 中所示 MAX7545 在一个转换周期内 片选信 06041217 管俊阳 基于 DSP 的数字信号源 17 号 CS 有效时间 tcs 需要 180ns 写信号 WR 的有效时间 tWR 需要 160ns TWR VIH VIL DATA VALID TDS TDH TCS TCH VDD VDD VDD 0 0 0 CS ER DATA IN DB0 DB11 图 3 11 MAX7545 时序电路图 在此系统中 MAX7545 芯片选择了 15V 作为其电源 其输入端电压需要大于 2 4V 而本系统由 DSP 输出的电压为 3 3V 因此此 D A 芯片可直接和 DSP 芯片相连 接 由图 3 12 电路可以看出 MC1403 作为一个基准电压提供芯片 在这里接一个 100 的滑动变阻器来调整输出电压的电压 在此电压输出后紧接着结个电压跟随 器来使得进入 D A 芯片的基准电压更加的稳定 电压跟随器是以 OP07 芯片来实现的 在这里我们设定 D A 芯片的基准电压为 2V 其电路图如下图 3 12 所示 06041217 管俊阳 基于 DSP 的数字信号源 18 图 3 12 D A 转换模块电路图 D A 芯片的 CS 片选端接 DSP 芯片的脚 通过软件控制脚来选择2XZCS2XZCS D A 芯片是否工作 D A 芯片的 WR 写端口与 DSP 芯片的写端口 XWE 连接在一起 DB0 DB11 口分别与 DSP 芯片的 XD0 XD11 脚相连 波形产生从 1 脚输出 值得注 意的是这里产生的波行为电流信号 需要通过电路转化才能输出电压波形 器件 U9 取到的作用是将电流信号转换为电压信号 其输出的电压为 当输入为 1111 1111 1111 是为 VIN 当输入信号为 1000 0000 0000 时输出电压为 0 5VIN 当输入电压为 0000 0000 0001 时为 1 4096 VIN 当输入电压为 0000 0000 0000 时输入电压为 0V 由于虚短和虚端可以计算出来 Vout 得出以下等式 1 Vout 20 Vin 20 V 10 式 1 其中 V 即为从第一个 OP07 输出来的电压 Vin 为 2V 经过计算我们可以得出输出电 压 Vout 的结果 Vout 2 V 1 式 2 从上面得出的 Vout 的结果我们可以看出由 D A 转换电路最终得出的电压波形是以 0V 为平衡点的电压 即为 1111 1111 1111 的时候电压为 Vin 为 1000 0000 0000 的时候为 0V 为 0000 0000 0000 的时候为 Vin 从这里我们可以看出要得到正确 的输出的电压要在输入端口加 80H 才能准确的输出 这样 D A 波形信号提供模块就 设计完成了 同时也结束了本系统的整个硬件设计 06041217 管俊阳 基于 DSP 的数字信号源 19 第四章第四章 系统软件设计系统软件设计 4 14 1 程序设计思想程序设计思想 本软件设计是在编程软件 CCS2000 上利用 C 语言来进行编程的 在本软件设计 中可以将其分为三个模块来进行设计 即显示模块 中断键盘处理模块 主程序模 块 本系统中首先要完成主程序的设计 在主程序的基础上需要先完成中断处理模 块的设计 只有在完成了中断键盘处理模块才能很好地将主程序模块与其余的几个 模块很好地联系起来 在完成了主程序模块和中断处理模块后才开始进入到对其它 子程序模块的设计中去 首先选择对显示模块进行编程设计 在此模块中用到的是 TFT3224 3 5 型号的 LCD 显示屏 本软件设计正是基于模块化的设计从而简化了软件设计的难度 而且在软件调 试方面分模块对于软件进行纠正和调试带来了极大的方便 4 24 2 主程序设计主程序设计 主程序是软件设计的一个核心 系统的软件设计就是根据主程序来完善子程序 因此对于主程序的设计就显得相当重要了 本系统根据设计要求设计出了整个系统 的主程序模块 其流程图如下图 4 1 所示 06041217 管俊阳 基于 DSP 的数字信号源 20 图4 1 主程序设计流程图 4 34 3 子程序设计子程序设计 子程序就是主程序中的具体化 子程序的设计为软件设计提供了一个重要的设 计理念 使得软件的设计更加的简便和清晰 也让主程序看起来更加的舒畅 同时 子程序中有些公用的模块 统一调用 及子程序中再调用子程序 减低程序长度 方便纠错 4 3 14 3 1 中断子程序中断子程序 中断服务用于键盘扫描 显示使用 同时作为计数器来使用 当中断到一定次 数 对信号进行输出 其程序流程图如下图4 2所示 图 4 2 中断服务子程序流程图 定时中断提高了程序的效率 使得主程序在同一时间段内 效率更高 扫描键 盘和 LCD 显示的定时刷新 只有在定时时间到了之后才会执行 降低了 CPU 执行完 全部程序程序的时间 具体的程序代码见附录 C 06041217 管俊阳 基于 DSP 的数字信号源 21 4 3 24 3 2 矩阵键盘扫描处理子程序矩阵键盘扫描处理子程序 流程图 图 4 3 矩阵键盘扫描处理子程序 由图 4 3 可知 这种判断按键的流程提高了效率 键盘扫描时并不是所有的程 序执行一遍 而是根据不同的情况 进行处理 同时利用程序消除键抖动和一直按 键的情况 满足了实际情况 根据扫描到的键值进行散转 完成数字的输入 再加 加上前面按键的情况将数值存到不同的单元中去 实现频率 幅值的输入处理 具体的程序代码见附录 C 06041217 管俊阳 基于 DSP 的数字信号源 22 4 3 34 3 3 LCDLCD 显示处理子程序显示处理子程序 由模块化的程序组成 程序中有很多细节需要处理 尤其对于变化的波形 不 同的采样点 不同的频率 不同的幅值都要显示连续的波形 因次对波形的显示 增 加了一系列的算法 将一个个离散的点用平滑的曲线连接起来 使得波形更贴近于 实际的情况 对于波形的显示花了较长的时间来分析 调整 上网查阅了有关的液 晶显示的算法 最通过几种算法的结合 使得输出地波形取得了满意的效果 同时 针对不时要调整的数据显示 使用数组存放变化的数据 提高了效率 给用户更直 观的感觉 使得设计界面 简洁 方便用户使用 具体的程序代码见附录 C 06041217 管俊阳 基于 DSP 的数字信号源 23 第五章第五章 系统调试系统调试 整个系统设计采用的是模块化的设计思想 将系统分成几个模块进行具体的硬 件电路设计 因此系统调试也将按照硬件模块进行模块的调试 总体上在调试过程 中所应用到的仪器仪表和工具是稳压电源一台 一个万用表 一台示波器 5 15 1 硬件电路调试硬件电路调试 首先是要确认原理电路图的正确性 对原理图做个理论的分析论证 确认无误 就开始了PCB的制作 在画PCB图的时候要注意系里制版的一些技术要求 防止影响 了电路的焊接 装配 在PCB图确认并检测无误后就进入了PCB板的制作部分 对电 路进行综合调试 在PCB板制作完成后 按照设计的PCB进行装配焊接 完成后要用万用表进行测 试 防止短路 其中按照由低到高的顺序进行装配 对于过孔 当过孔全部焊完后 先在将所有焊点焊好检查一遍再进行其他元器件的焊接 焊接好了所有元器件后经 过万用表的检查有没短路 虚焊才进入到上芯片调试部分 至于液晶显示部分只有在加入了DSP最小系统板之后才能进行检测和调试 在上 电后可以在液晶显示板上看到你所要显现的数据 在这里开始的时候在液晶板上存 在许多的小点 在经过清屏处理后这个现象也就解决了 对于键盘部分可以用万用表来完成其检测 确保焊接到位 在D A部分也就是波形信号的提供部分 要先调节好D A芯片所要的基准电压 这里的基准电压是由MC1403提供的 因此需要调节MC1403上的滑动变阻器来使得进 入D A的基准电压为2V输入 在完成基准电压的调试并检查其电源提供无误后就可以 上芯片进行检测了 同时用示波器观察与LCD的对应情况 并通过程序进行适当的修 正 5 25 2 综合调试综合调试 在完成了硬件调试和软件调试后就进入了综合调试部分 在采样到所要得到的数据后就进入了显示调节阶段 这里采用的是型号为 TFT3224 3 5的液晶显示屏 在显示上是以图像加数据的形式进行显示的 这样就使 得看起来更加的清晰明了 在分别完成了硬件和软件编程后 在显示屏上出现波形 不连续 经过多种尝试 通过一些算法进行处理 无论幅值 频率如何改变 波形 都是连续的而且比较美观 界面通过综合调试提高了整洁美观性 06041217 管俊阳 基于 DSP 的数字信号源 24 5 35 3 运行结果运行结果 系统功能实现以后 就对结果进行分析 以下为系统运行时 通过键盘使信号 发生器输出不同频率 幅度正弦 三角 方波信号时的图片 图 5 1 F 1000Hz V 10 0v 正弦波 图 5 2 F 600Hz V 5 0v 正弦波 图 5 3 F 1000Hz V 10 0 方波 图 5 4 F 600Hz V 5 0v 方波 图 5 5 F 1000Hz V 5 0 三角波 图 5 6 F 600Hz V 5 0v 三角波 06041217 管俊阳 基于 DSP 的数字信号源 25 图5 7 硬件平台 06041217 管俊阳 基于 DSP 的数字信号源 26 第六章第六章 结论结论 6 16 1 实现功能实现功能 通过将近三个星期的设计与制作 完成了软件硬件原理图设计 PCB 线路板的 制作 线路的焊接 软件编写和系统调试等几项工作 系统成功的达到了设计的要 求 本次设计主要完成的功能是输出频率为 20Hz 10kHz 输入信号电压范围 峰 峰值 在 100mV 5V 的正弦 三角或方波 6 26 2 改进意见改进意见 本系统虽然能够达到设计的要求 但是还是存在一些不足 这里是对于其不足 提出的一些改进措施 1 波形显示的范围较小 为 250HZ 到 1500HZ 高于或低于这段频率 波形显 示不太平滑 存在较大的误差的 以后应对波形进行分段处理 拓宽频率显示的范 围 提高实际应用能力 2 硬件结构各模块间的连线不太稳定 以后应尽量用双排连接线 提高系统稳 定性 为软件调试打下一定的基础 3 本系统用到的电源较多 应当对电源进行规划 合理分配减少电源的种类 挺高系统的实际应用的可行性 6 36 3 心得体会心得体会 专业课程设计是阶段学习效果的一次大的检测 是专业理论知识 动手能力和 自学能力的综合应用 通过这次专业课程设计 获得了很多的经验和教训 例如做 软件也应该知道硬件的基本知识 硬件的也应当了解软件 否则无法有效的进行编 程 同时提高了自学能力 在老师的引导下 学会利用网络这个资源 来寻找有用 的信息 解决课设过程中遇到的问题 同时在这过程中 从指导老师身上学到很多 有用的东西 不光在专业知识上 而且在治学态度上使我受