DSP课程设计（论文）-基于DSP的BIOS语音通信功能的实现.doc

此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 目目 录录 绪绪 论论 1 1 DSP BIOS 系统基本原理系统基本原理 2 1 1 DSP BIOS 系统介绍 2 1 2 DSP BIOS 实现功能 2 2 系统总体设计系统总体设计 3 2 1 系统模块介绍 3 2 2 芯片工作原理 8 2 3 系统设计原理图 11 3 系统程序设计系统程序设计 12 3 1 系统程序设计流程图 12 3 2 系统程序设计 13 3 3 软件程序流程图 13 4 系统调试系统调试 14 4 1 系统硬件调试过程 14 4 1 1 USB设备驱动程序安装 14 4 1 2 CCS设置 16 4 1 3 CCS运行 19 4 2 调试结果与分析 19 结束语结束语 20 参考文献参考文献 21 致致 谢谢 22 附录 源程序附录 源程序 23 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 绪绪 论论 BIOS 是英文 Basic Input Output System 的缩略语 直译过来后 中文名称就是 基本输入输出系统 其实 它是一组固化到计算机内主 板上一个 ROM 芯片上的程序 它保存着计算机最重要的基本输入输出的程 序 系统设置信息 开机后自检程序和系统自启动程序 其主要功能是为 计算机提供最底层的 最直接的硬件设置和控制 DSP BIOS 是一个用户可剪裁的实时操作系统 主要由三部分组成 多 线程实时内核 实时分析工具 芯片支持库 利用实时操作系统开发程序 可以方便快速的开发复杂的 DSP 程序 操作系统维护调度多线程的运行 只需将定制的数字信号算法作为一个线程嵌入系统即可 芯片支持库帮助 管理外设资源 复杂的外设寄存器初始化可以利用直接图形工具配置 实 时分析工具可以帮助分析算法实时运行情况 DSP BIOS 以模块化方式提供给用户对线程 中断 定时器 内存 资源 所有外设资源的管理能力都可以根据需要剪裁 实际应用中需要 的定制算法作为一个线程插入 DSP BIOS 的调度队列 由 DSP BIOS 进 行调度 这次设计主要是基于 DSP 的 BIOS 语音通信功能的实现 第一部分为系统基本原理 先简单的介绍了 DSP BIOS 再详细阐述其 实现功能以及整个系统的工作原理 第二部分为系统整体设计 介绍了 3 个主要芯片的结构和工作原理并 画出系统设计的原理图和 PCP 图 第三部分为系统程序设计 基于 DSP BIOS 语音通信的软件算法流程 和程序设计 第四部分为硬件调试及实验结果分析 在此次大作业中 我主要负责 dsp bios 模块的硬件设计 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 1 DSP BIOS 系统基本原理系统基本原理 1 1 DSP BIOS 系统介绍系统介绍 DSP BIOS 是 TI 公司特别为其 TMS320C6000TM TMS320C5000TM 和 TMS320C28xTM 系列 DSP 平台所设计开发的一个尺寸可裁剪的实时多任务操 作系统内核 是 TI 公司的 Code Composer StudioTM 开发工具的组成部分 之一 1 2 DSP BIOS 实现功能实现功能 1 DSP BIOS 是 CCS 提供的一套工具 是一个尺寸可伸缩的实时内核 它是为了那些需要实时线程调度与同步 主机与目标 DSP 间通信或者实时 监测的应用而设计的 2 DSP BIOS 提供了抢占式多线程 硬件抽象 实时分析和配置工具 1 3 DSP BIOS 工作原理 如下图所示 音频信号 音频信号 A D AMcBSP1 软中断 SWI 串行口 硬中断 McBSP1 HWI DXP DXP 中断程序的工作原理 通过 PHONE2 采集数据 先由 TLC274 前级放大和调理经 AD50 转换通 过同步串行口经 CPLD 选择 MCBSP1 与 5402 连接 经采集后的数据经 5402 处理后 同样经 MCBSP1 传回 AD50 通过 TLC274 放大后经 PHONE1 输出 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 DX DR FSX FSR CLKX CLKR MCLK DIN DOUT FS FSD SCLK M S 2 系统总体设计系统总体设计 2 1 系统模块介绍系统模块介绍 发光管 D1 指示 5V 电源 表示评估板正常供电 语音信号采集和转换 通过 PHONE2 采集数据 先由 TLC274 前级放大和调理经 AD50 转换通 过同步串行口经 CPLD 选择 MCBSP1 与 5402 连接 经采集后的数据经 5402 处理后 同样经 MCBSP1 传回 AD50 通过 TLC274 放大后经 PHONE1 输出 AD50 与 MCBSP1 接口图 10M DV DD TMS320VC5402 TLC320AD50 MCBSP1 接口 引脚名称输入 输出引脚的作用 DXO 数据的发送 DRI 数据的接受 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 FSXI 发送输出的帧同步脉冲 FSRI 接收输入的帧同步脉冲 CLKXI 接受时钟 CLKRI 发送时钟 上述引脚的具体作用 引脚名称输入 输出引脚定义 MCLKI 主时钟输入脚 DINI 数据输入脚 DIN 接收来自 DSP 的输入数据 与 SCLK 同步 FS 为低电位时 在 SCLK 的下 降沿数据被锁存 DOUTO 数据输出脚 DOUT 输出 ADC 或寄存器的数据 与 SCLK 同步 FS 为低电位时 在 SCLK 的上 升沿数据被送出 FSI O 帧同步信号 当 M S 为高电位 FS 输出信号 当 M S 为低电位时 FS 为输入信号 低有效 FSD0 帧延时输出脚 SCLKI O 移位时钟脚 当 M S 为高点位时 SCLK 为输 出信号 其值为 FS 信号的 256 倍 当 M S 为 低电位时 SCLK 为输入信号 M SI 主 从工作模式选择管脚 1 TLC274 是 TI 公司出品的低功耗 LinCMOSE 工艺双电源四运放 用于语 音信号的前级放大和调理 TLC274 R26 2 TMS320VC5402PGE100 是 TI 公司出品的 16 位定点数字信号处理器 DSP 指令执行速率高达 100MIPS 已经广泛用于实时语音处理 个 人数字助理 PDA 和数字无线通信等嵌入式系统 具有低功耗 高性能 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 的特点 3 EPM7128SLC84 15 是 ALTERA 生产的 CPLD 用于 SY EVM5402 V2 0 的译 码和扩展功能 用户可通过修改 CPLD 改变 SY EVM5402 V2 0 的内存 配置 复位信号 外设配置等 也可扩展其他功能以适应不同的外设 芯片 4 TLC320AD50 是 TI 公司出品的语音采集和输出集成芯片 最大采样率 22 5KHz 16bit 5 R26 10K 可变电阻 用于调整 AD50 的参考电压 CRYSTALL 6 CRYSTALL 10M 3 3V 有源晶振提供给 DSP CPLD 和 AD50 作为时钟信号 源 7 ST1 为复位按钮 按下后输出低电平经 CPLD 与其它复位信号综合后复 位 DSP S1 J1 10 J1 为 CPLD 的下载接口 用于下载 CPLD 程序 11 J7 为板上外设接口 包括 MCBSP0 MCBSP1 外部中断 高位地址 16C550 的输出 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 JP7 JTAG1 12 JTAG1 插座管脚 仿真器采用边界扫描技术和 DSP 芯片通过 JTAG 口相连接 实现了主 机对 DSP 芯片的完全检测和控制 JTAG1 口提供给用户以使仿真器下 载程序的方法 管脚编号名称管脚编号名称 1TMS2TRST 3TDI4GND 5PD 5V 6 不接 7TD08GND 9TCK RET10GND 11TCK12GND 13EMU014EMU1 13 PHONE2 为模拟信号输入口 14 PHONE1 为模拟信号输出口 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 15 硬件中一些跳线 JP1 是 AD50 与 MCBSP1 接口使能 如下图所示 1 2将 AD50 的同步串行口连接到 MCBSP1 2 3 将 MCBSP1 释放到外部接口 初始配置 1 2 JP3 CLKMD1 JP5 CLKMD2 JP4 CLKMD3 跳线示意图 改变 JP3 CLKMD1 JP5 CLKMD2 JP4 CLKMD3 可以选择时钟倍频数 从而改变 CPLD 运行速度 示意图如下所示 1 2 CLKMDx 1 2 3 CLKMDx 0 初始配置 JP3 1 2 JP4 2 3 JP5 2 3 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 JP6 跳线示意图 JP6 为 MP MC 方式选择 1 2 MP 微处理器模式 2 3 MC 微电脑模式 初始配置 JP6 1 2 JP10 跳线示意图 JP10 为参考源选择 可以选择固定的 0V 或通过 R26 得到可调的参考电平 范围 0 5V 示意图如下 1 2 直流输入 2 3 交流输入 JP12 为程序空间配置选择 JP13 JP14 JP15 为数据空间配置选择 2 2 芯片工作原理芯片工作原理 此次主要用到 DSP 芯片 其晶体振荡器的频率为 100MHZ 在接受输入和 发送输出的帧同步脉冲为高电平时 并且接收时钟和发送时钟到来 进行 数据的接受和发送 芯片主要是对数字信号处理的过程 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 其次是 CPLD 可编程逻辑器件 其是从 PAL 和 GAL 器件发展出来的 器件 相对而言规模大 结构复杂 属于大规模集成电路范围 是一种用 户根据各自需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路 其基本设计方法是 借助集成开发软件平台 用原理图 硬件描述语言等方法 生成相应的目 标文件 通过下载电缆 在系统 编程 将代码传送到目标芯片中 实 现设计的数字系统 如下芯片为 84 管脚芯片 其通过 JTAG 下载口 将可执行文件 pof 文件烧写至 CPLD 芯片中 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 2 3 系统设计系统设计原理图原理图 确定硬件设计实现方案 器件的选择 原理图设计 硬件调试 PCB 设计 第一步 确定硬件方案 硬件的实现方案的确定是在考虑系统性能指标 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 包括画出硬件 系统框图 第二部 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 DSP 芯片的选择 根据系统对运算量的需求来选择 此次我们选择的的是 TMS320VC5402 ADC 和 DAC 的选择 A D 转换器的选择应根据采样频率 精度等来选型 D A 转换器因根据信号频率 精度等来选择 此次我们选择的芯片是 TLC320AD50CDW 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 首先我们采用 CPLD 芯片型号 ALTERA EPM7128SLC84 15 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 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 第三步 原理图设计 第一步和第二步的工作是完成系统的分析 从第三步进入系统的综合 在 所有的系统综合工作中 原理图设计是最关键一步 它关系到所设计的 DSP 系统是否正常工作 因此 在原理图设计阶段必须清楚的了解器件的 特性 使用的方法和系统的开发 必须时可对单元电路进行功能仿真 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 模拟数字混合电路设计 主要用来实现 DSP 与模拟混合产品的无 缝连接 包括信号的调整 A D 和 D A 转换电路 数据缓冲等 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 在设计时要考虑存储映射地址 存储器 容量和存储器速度等 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 第四步 PCB 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 第五步 硬件调试 3 系统程序设计系统程序设计 3 1 系统程序设计流程图系统程序设计流程图 创建工程 选择BIOS配置模板 配置 cdb数据库文件 编写主程序 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 3 2 系统程序设计系统程序设计 第一步 进入 CCStudio 集成环境 新建一个工程文件 点击 Project New 进入如下图所示环境 把工程命名为 bios audio 即可 第二步 进入 DSP BIOS 组件管理器中进行 DSP 片上资源的设置 并将生 成的配置文件加到工程文件中去 点击 File New DSP BIOS Configuration 第三步 文件和一个空的主程序文件 需要加入 DSP BIOS 运行支持库 和 c 语言支持库 第四步 编写主函数 实现所需要的功能 这一步是在上面框架下完善 主程序文件 将 CPU 初始化 将 CSL 初始化 并使用 CSL 的 API 函数完 成对串口的读写操作 完成后的工程文件如图所示 3 3 软件程序流程图软件程序流程图 调用CSL int 完成DSP初始化 调用 CSL cfgInit 完 成McBSP初始化 调用 MCBSP start0完 成AD50初始化 准备接收数 据 接收 发送数据 发送 Y N N Y 开始 语音通信的 DSP BIOS 实现流程 1 DSP 初始化完成对系 统时钟和状 态寄存器等的设置 2 McBSP 初始化完成对 McBSP 相应寄存器的初始化 3 调用 API 函数对 AD50 初始化 4 通过查询方式 完成对 数据的发送和接收 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 4 系统调试系统调试 4 1 系统硬件调试过程系统硬件调试过程 4 1 1 USB 设备驱动程序安装设备驱动程序安装 1 不连接目标板 将仿真器通过 USB 电缆连接到主机的 USB 接口 2 系统将提示找到新 USB 设备 根据系统安装新设备向导 选择自动搜 索设备驱动程序 并将搜索路径指定为 TDS510USB2 A 仿真器驱动程序所 在路径 CDROM 下 driver 目录 按 下一步 按钮 根据提示完成驱动 程序安装 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 3 设备驱动程序安装完成后在系统设备列表里应该可以看到在 WintechDigital 里增加了 WintechDigital TDS510 USB2 0 JTAG Emulator 设备 4 安装 WintechDigital TDS510 USB2 0 JTAG Emulator 支持软件 双击 setup exe 进行安装 安装过程中需要指定正确的 CCS 的安装路径 截图 时未接仿真器 5 USB 驱动安装了 再检测 USB 与计算机连接是否正常 可从 设备管 理器 查看是否有 wintech DSP 开发系统 图标 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 4 1 2 CCS 设置设置 1 先在桌面上打开 Setup CCS 2 C5000 进入以下画面 点击右边的 Install a Device Driver 2 弹出对话框 在 CCS 的安装目录中找到 drivers 找到相应的设备 3 点击 OK 按钮 会发现在中的框中多了 tixds54X 这个设备 然后 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 点击 Add To System 出现 Board Properties 对话框 4 在 Board 下面的下拉菜单中选择第二项 Auto generate board data file with extra configuratic 这里 Configuratic File 变成可见 点击 Browse 5 在 CCS 目录中的 bin 目录中找到 wintech cfg 这个文件 选中打开 然 后点击 Next 按钮 出现下面的对话框后 将 I O port 的 Value 改成 0 x0 点击 Next 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 6 选中 TMS320C5400 点击旁边的 Add Single 按钮 在右边的框中 会出现 CPU 1 点击 Next 7 在 startup GEL 中点击右边的小按钮 8 在打开对话框中选择需要的文件 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 9 点 File 菜单中的 Save 存盘 然后退出 弹出对话点击是 就会 启动 CCS 软件 4 1 3 CCS 运行运行 1 编译 运行后 2 导入程序 3 全速运行后 4 2 调试结果与分析调试结果与分析 1 连接硬件测试后 从 phone1 不能收到音频信号 先检查程序确保无误 后 对开发板进行调试 2 按照所画的 PCB 图及芯片管脚图 对开发板各管脚连线用万用表进行测 试 看是否有短路或断路发生 确保不是硬件电焊的原因而导致无音频输 出 3 测试无短路或断路后 接示波器上电检测 观察有无输入输出 电源 输入端可以从示波器观察到 5V 正弦波 由于噪声存在 有毛刺 输出端 也能从示波器观察到 5V 左右正弦波 误差 5 以内为正常 所以我判断是 DSP 芯片 CPLD AD50 芯片中间连线处元器件有问题 后来方练师兄发现 是 L1 L2 两个电感焊成了电阻 换好之后硬件调试成功 可以收到音频 信号 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 结束语结束语 此次课程设计的课题是基于 DSP 的 BIOS 系统模块设计 主要是利用 TMS320C54xDSP 来实现音频的输入输出 这不仅需要我们对 DSP 原理有 所了解 还需要我们熟练的掌握 CCS 集成开发环境和使用方法 数字信 号处理是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科 20 世纪 60 年代以来 随着计算机和信息技术的飞速发展 数字信号处理技术应运 而生并得到迅速的发展 并在通信等领域得到极为广泛的应用 经过学习 DSP 这门课 我不仅对程序编程有了更全面的认识 而且学会了利用 CCS 此文档收集于网络 如有侵权 请联系网站删除 精品文档 集成开发环境下完成工程定义 程序编辑 编译链接 调试和数据分析等 工作环节 DSP 原理对我们来说还算简单 主要过程是将理论转化成实际 程序调试 这就考验我们如何把复杂的程序理解并成功的调试出来 再调 试的过程中 更全面的理解课本上所学的内容 关于这次实验 我也有许多收获 拿到材料后 经过认真的预习 让 我对 DSP 系统有了更加全面的认识 了解了如何利用 TMS320C54xDSP 来实现音频的输入输出 可是在电路调试的过程中我也遇到了问题 由于 输入时的粗心 程序中错误很多 起初只是着急 经过耐心的检查 错误 一个