DSP基带处理平台母板部分设计毕业论文.doc

DSP 基 带 处 理 平 台母板部分设计【摘要】数字信号处理(DSP)是利用专用或通用的数字信号处理芯片，以数字计算的方法对信号进行处理，具有处理速度快、灵活、精确、抗干扰能力强、体积小等优点。DSP已经成为一个新的技术领域和独立的学科体系，。DSP在数字通信中的应用，主要是进行基带信号处理，如信道编解码、调制解调等。本文在DSP基带技术的基本原理和体系结构的基础上，介绍了自行研发的一个基带信号处理系统，针对该系统的硬件设计展开讨论。【关键词】 数字信号处理 数字通信 基带 硬件 一、引言数字信号处理器是在模拟信号变换成数字信号以后进行高速实时处理的专用处理器，其处理速度比最快的CPU还快10-50倍。在当今的数字化时代背景下，DSP已成为通信、计算机、消费类电子产品等领域的基础器件。DSP将是未来集成电路中发展最快的电子产品，并成为电子产品更新换代的决定因素，它将彻底变革人们的工作、学习和生活方式。DSP发展历程大致分为三个阶段：70年代理论先行，80年代产品普及 ，90年代突飞猛进。90年代DSP发展最快，相继出现了第四代和第五代DSP器件。现在的DSP属于第五代产品，它与第四代相比，系统集成度更高，将DSP芯核及外围元件综合集成在单一芯片上。这种集成度极高的DSP芯片不仅在通信、计算机领域大显身手，而且逐渐渗透到人们日常消费领域。DSP应用广泛，其主要应用市场为3C(Communication、Computer、Consumer-通信、计算机、消费类)领域。DSP技术的发展趋势在于可编程DSP芯片，可编程DSP给系统开发提供了很大的灵活性。系统设计者可在同一个DSP平台上开发出各种不同型号的系列产品，以满足需求。同时，可编程DSP也为用户提供了易于升级的良好途径。本课题设计的这个DSP基带处理平台有相当的通用性和可扩充性，通过改变写入EEPROM中的程序和CPLD控制逻辑可以实现系统功能的改变与扩充。二、DSP 技 术 简 介2、1 数字信号处理理论基础 数字信号处理的学科概貌见图1，其中，离散线性移（时）不变（LSI）系统理论和离散傅立叶变换（DFT）是数字信号处理领域的理论基础。离散时间线性时不变系统理论和离散傅立叶变换二维处理数字滤波FIR滤波器的逼近问题IIR滤波器的逼近问题频谱分析快速傅立叶变换FIR滤波器的综合IIR滤波器的综合FIR滤波器的实现IIR滤波器的实现应 用 用FFT方法的滤波统计的频谱分析频谱分析仪的实现硬件 软件微处理机量化问题图1 数字滤波领域则分为无限长单位冲激响应（IIR）数字滤波器和有限长单位冲激响应（FIR）数字滤波器两部分，及它们的数学逼近问题、综合问题（包括选择滤波器结构及选择运算字长）和具体的硬件和软件问题。频谱分析包括两部分内容：（1）确定信号的频谱分析，这可采用离散傅立叶变换（DFT）法来进行分析，或者对于较复杂的情况，可采用线性调频Z变换（CZT）（2）随机信号的频谱分析，这就是统计的频谱分析方法。实际谱分析技术中都要用到快速傅立叶变换（FFT）和快速卷积算法。FFT且可用来实现FIR数字滤波器运算，而统计频谱分析法又可用来研究数字信号处理的量化噪声效应。2、2 数字信号处理系统的基本组成 我们先讨论模拟信号的数字化处理系统，此系统先把模拟信号变换为数字信号，然后用数字技术进行处理，最后再还原成模拟信号。此系统如图2所示。 前置预滤波器A/D变换 器信号处理器D/A变换器模拟滤波器X(t)Y(t) 图2 输入模拟信号先经过前置预滤波器，作用是将输入信号中高于某一频率的（称折叠频率，等于抽样频率的一半）的分量加以滤除，然后在模拟数字变换器（A/D变换器）中进行周期为T 时间的抽样，抽样后的信号称为离散时间信号，它只表示一些离散时间点上的信号值。抽样过程即是对模拟信号的时间量化过程。随之在A/D变换器的保持电路中将抽样信号进一步变换成数字信号。随后数字信号序列通过数字信号处理的核心部分，即数字信号处理器，按照预定的要求，在处理器中将信号序列进行加工处理，得到输出数字信号序列。数字信号处理器即是DSP芯片，本文的主要内容即是围绕DSP芯片的一系列应用的介绍。再后，从DSP输出的数字信号经过数字模拟（D/A）变换器，将数字序列反过来变换成模拟信号，最后还要经过一个模拟滤波器，以滤除掉不需要的高频分量，平化成所需的模拟输出信号。以上讨论的是模拟信号数字处理系统，实际的系统并不一定要包括它的所有部分，例如有些系统只需要数字输出，可直接以数字形式做其他处理，那么就不需要D/A变换器。另一些系统，其输入就是数字量，因而就不需要A/D变换器。对纯数字系统，则只需要DSP处理器这一核心部分就行了。2、3 DSP技术与器件的发展 在数字信号处理技术发展初期，人们只是在通用数字计算机上进行算法研究和处理信号的确、实际系统的模拟与仿真。虽然人们已经认识到数字系统的优越性，但由于受到速度、成本和体积的限制，实时数字信号处理系统还难以实现。随着快速傅立叶变换方法的提出和集成电路的发展，使得用硬件来实现各种数字滤波和FFT受到了极大关注。从而导致了近二十年来DSP技术与器件的迅速发展。通用型微处理器均采用冯诺依曼结构，即程序指令和数据共用一个存储空间和单一的地址与数据总线。为了进一步提高运算速度，以满足实时数字信号处理算法的要求，当前DSP芯片都采用与通用微处理器不同的结构，即哈佛结构。所谓哈佛结构，是将程序指令与数据的存储空间分开，各自有独立的地址与数据总线。这使得处理指令和数据可以同时进行，从而为“流水技术”提供了很大方便，使得处理效率大大提高。历史上一般认为，70年代后期推出的Intel2920是第一块脱离了通用型微处理器结构的DSP芯片。NEC公司于1980年前后推出的PD7720具有专门的硬件乘法器，从而被认为是第一块单片DSP器件。美国TI公司于1983年推出了TMS系列，标志着实时数字信号处理领域的重大突破。它采用了改进的哈佛结构，即它允许数据在程序存储空间和数据存储空间传输，从而提高了运行的速度和变程的灵活性。全球现在有多家大公司在生产DSP芯片，包括NEC、MOTOROLA、TI等，其中产量最大，市场占有率最高的是TI公司的。本文所使用的DSP芯片也是TI公司的TMS系列产平中的TMS320VC5409。TMS系列产品中2000系列用于控制，5000系列用于普通数据量的处理，6000系列用于高性能大数据量的处理。2、4 DSP的特点及应用采用改进的哈佛结构是现在主流DSP器件（TI）提高处理能力的基础。同时在数字信号处理算法中，乘法和累加是基本的运算，所以DSP中都设置了硬件乘法器和MAC（乘法并累加）一类的指令，取两个操作数到乘法器中做乘法，并将积累加到累加器中。这些操作往往在一个指令周期内完成，使得DSP的速度大大提高。为了满足FFT、卷积等数字信号处理的特殊需要，当前的DSP大多在指令系统中设置了“循环寻址”及“位倒序”指令等特殊指令，从而也达到了提高运算速度的目的。为达到高速度的数据传输速率，新型的DSP大多设置了DMA总线及其控制器，在不影响DSP处理速度的情况下，可达到极高的传输速率，主要受到片外存储器速度的限制。随着应用的日益广泛，DSP已经成为许多高级设计不可缺少的部分。其结果，DSP厂商投资集中于DSP的体系结构、智能化程序更高的编译程序、更好的查错工具、以及更多的支持软件。最明显的结构改善在于提高“并行性”，即在一个指令周期内，DSP所能完成的操作数量。在一些实时性要求很高的场合，单片DSP不能满足要求，因而需要设计多处理器系统，要求芯片的设计支持处理器间的连接。DSP系统设计和软件开发是一个重要而困难的问题，需要相当规模的仿真调试系统。在多处理器系统中，这个问题尤其突出。为方便用户设计和调试，许多DSP在片上设置了仿真模块或仿真调试接口。MOTOROLA在其DSP片上设置了一个ONCE功能块、用特定的电路和引脚，使用户可以检查片内寄存器、存储器及外设，用单步运行、设置断点等方式控制与调试程序。TI则在其TMS320系列芯片上设置符合IEEE1149标准的JTAG（Joint Test Action Group）标准的测试接口及相应的控制器，从而不但能控制和观察多处理器系统中每个处理器的运行，测试每一块芯片，还可以用这个接口来装入程序。在DSP硬件结构和性能不断改善的同时，其开发环境和软件系统也得到了迅速的发展与不断的完善。各公司都有自己的汇编语言指令系统。使用汇编语言来编制DSP应用软件是一件困难和繁琐的事。随着DSP性能的提高，其寻址空间越来越大，目标程序也越来越大，从而使用高级语言进行编程是大的趋势。各公司推出的高级编译器主要是C语言的编译器。除此之外各个公司还推出了一些针对DSP的操作系统，以及为应用软件开发准备的使用的函数库和软件工具包。DSP的应用作实时信号处理已经成为当今和未来技术发展的一个新热点。随着生产技术的改进和产量的增大，其成本与售价大幅度下降，又使得其应用范围日趋广泛。在通信领域中主要的应用有数字式蜂房系统，软件电台，均衡和信道估计，语音和字符识别算法，调制解调器等等。在控制领域中主要有电机控制，激光打印、扫描仪和复印机的控制，以及网络控制器等等。除此之外DSP在汽车及其他工业中，石油勘探、飞行器风洞的高速数据处理和各种测试领域中均有广泛的应用。 三、项 目 简 介 本次毕设的题目即是根据以上所诉的DSP基本原理和应用设计DSP基带信号处理板，并进行硬软件的实现。本系统设计是提供一个较完备的硬件平台，通过对DSP的编程以及对CPLD逻辑的修改可实现一定的功能扩充。系统大致框图如图3。DSPMLVOICE（MC3418）BUFFERURATEEPROMCPLDKEYBOARDLCDMODEM（FX909）BSPBSP数据、地址总线 图3系统中语音编码信号和ML（蓝牙）的信号都是通过DSP的串口（BSP）输入和输出，其余设备均挂在系统总线上。URAT是与计算机通信的接口；EEPROM是扩展的1Mbit的外部存储器，用于存放所编写的DSP程序；CPLD是主控逻辑器件，对外设译码片选、读写等进行控制，同时为EEPROM提供控制字实现其分页功能；提供数据锁存实现键盘功能。Keyboard与Lcd面板由他人设计，键盘采用矩阵方式，液晶显示器选用带有字库的（ASC）。Modem子板也由他人设计，选用FX909芯片（GSMK调制）实现半双工通信。BUFFER是总线驱动器，起到数据缓冲和保护DSP的作用，避免电压太高烧坏主DSP。基带信号在本系统中输入DSP后并未进行任何调制处理，只是用软件进行信道编码以增强纠错能力，并加入信令和分帧信息。本系统的数据通路有三条l UARTFX909：通信双方通过系统的UART接口实现数据通信l MC3418FX909：该通路提供的是语音信号的通信l MC3418URAT：该通路实现MC3418与PC的语音信号通信 本系统一共分为三个子课题，DSP基带信号处理母板，MODEM子板及键盘和显示器面板。本人的任务是第一个部分的设计与硬件制作以及其余两个部分硬件的实现。四、DSP基带信号处理母板设计 4、1设计工具 本课题共分为三个子项目，DSP母板，MODEM子板及显示器键盘面板。本文主要介绍DSP母板的设计与制作。所有的原理图和PCB的设计均使用工具软件Protel99来完成。 Protel99是一套优秀的电子设计自动化（EDA，Electronic Design Automation）软件。它是Protel Technology公司1999年推出的全新EDA软件，不仅是以往版本的升级，更主要的是融合了目前许多新技术和新成果，使其功能与品质有了质的飞跃。我们选择Protel99作为印制电路板设计环境，是因为它是一个集成化的32位电路设计系统，提供了电路设计时从概念到成品过程所需的一切从输入原理图设计到印制电路板设计，可生成一整套加工文件。Protel99的根本点在于采用了三个技术：SmartDoc、SmartTool、SmartTeam 。这些技术把产品开发的三个方面有机结合在一起，即设计人员、设计文件和建立文件的工具三者合为一体。Protel99是一个客户端服务器结构（Client / Server）的软件系统，优于独立应用的各种设计工具。Client / Server结构是指，软件系统提供一个基本的操作环境和用户接口，软件用户直接面对这个环境，即Client。在这个环境里挂上了许多有不同功能的服务器，即Server。通过这些服务器所处理的一系列工作来完成整项设计。当用户在Windows系统中运行Protel 99时，一个文件名为Client99.exe的主程序开始运行。此时所有Protel 99的EDA工具都会登录Protel 99的工作平面，这样设计的好处是无需分别调入原理图编辑器、印制电路板（PCB）编辑器等。Protel 99的软件体系结构如图4所示： 图4Prortel99中有众多的服务器程序，例如原理图服务器、PCB编辑服务器、仿真服务器、自动保存服务器等。但是基本上可以分为4个组件，即：原理图设计组件，PCB设计组件，布线组件，可编程逻辑器和仿真组件。因为电路设计的最终目的是为了获得原理图和PCB图，而原理图又是为PCB服务的。所以这四个组件中，后两个组件都是为前两个组件服务的。原理图和PCB图是Protel99的核心内容。4、1、1 原理图的编辑Preotel99中，进行原理图设计的组件是Shematic5.0.概括的说，印制电路板的整个设计过程分为三步：首先是原理图的设计，其次是生成网络表，最后是印制电路板的设计。原理图设计是整个印制电路板设计工作中三大步骤的第一步，电路原理图设计的好坏将直接影响到后面的工作。Protel99原理图组件有五大主要功能：（1） 支持模块化设计方法（2） 丰富而又强大的编辑功能（3） 强大的电气检查功能和向导功能（4） 完善的库元件编辑和管理功能（5） 方便的同步设计功能 原理图的编辑窗口如图5所示 图五在原理图设计窗口中按流程图六（左）进行操作： 1在整个设计之前，用户根据实际电路的复杂程度设置图纸的幅面及相关信息。 2根据电路中所用的元件，从元件库中选定元件放置到工作面上。同时对元件的序号、封装进行定义和设置。 3首先对元件的位置及方向进行调整和修改，进行整个原理图的布局，然后元件用具有电气意义的导线、总线、网络标号等连接起来。 4为可保证原理图的美观和正确，用Protel99提供的各种工具对绘制好的图进行修改个调整。5打印输出设计的图形文件，便于收藏、交流。 4、1、2 PCB图的编辑设计印制板，使用Protel Advanced PCB 99PCB编辑器。Advanced PCB 99综合了精确的科学设计与合理的美学设计，图7是用Protel制作的一块PCB： 图7在原理图绘制设计完毕，并且检查无误之后开始由原理图到印制电路板PCB的设计，其流程如图8所示：1 在绘制电路板之前，要先定义电路板框，包括：定义电路板层数、电路板外形尺寸和形状等； 2定义好板框后，启动电路板编辑器进入电路板编辑环境。在此环境下，可以根据个人习惯和喜好设置电路板设计系统的环境参数和文档参数；3加载网络表和元件封装；4加载网络表和元件封装后，在电路板中会出现元件封装连接关系组成的一些凌乱的图案，需要人工或自动将元件放置到适当位置；5在自动布线前需要对布线规则进行设定，包括设定导线间距、导线拐角、导线形式、导线宽度、导孔风格等； 6设定好规则之后用Protel Advanced Route 99Protel高级无网格布线器，进行自动布线。Protel自动布线功能很强，一般都可以100的布通，不满意的地方再作人工修改；7将设计结果输出以便加工图84、2母板的原理图设计本课题所有原理图均使用Protel99完成设计，一共有个部分：处理器DSP（包扩总线驱动器），存储器，主控逻辑（CPLD），URAT接口，电源，MODEM子板，键盘和显示器面板。后两个部分相对独立，而由其他人设计制作，本论文主要介绍前面五个部分。前五部分在同一张印制电路板图上，所以采用protel99层次结构原理图的设计思想。首先绘制顶层工程图，把各个模块进行组装，明确表示出各模块之间的连接关系；然后在工程图的基础上对各个模块进行绘制。这样的设计思路体现了模块化和自上而下的设计思想，结构清晰，易于实现和修改。本课题的工程图如图9 图9 以下就每个功能块的原理，器件及电路图进行介绍。4、2、1 DSP的设计主处理器DSP是整个项目的核心内容之一，整个系统的运做均需要DSP的参与。本课题选用的是TI公司的TMS320VC5409，16bit定点DSP芯片，采用改进的哈佛结构，具有一组程序总线和三组数据总线，系统的内存带宽较高。由于具有高度的并行性，特别适合于实时数字信号处理应用。其主要有以下特点：l 多总线体系：三组独立的16bit数据总线和一组程序总线l 40bit的算术逻辑单元，包括40bit桶型移位寄存器和两个独立的40bit累加器l 17 x 17bit并行乘法器l 具有为维特比的加比较选择操作设计的比较选择存储单元l 数据总线具有保持特性l 外部程序存储器空间可扩展为8M x 16 bitl 片内ROM容量为 16K x 16 bit；片内双访问RAM 容量为 32K x 16bitl 支持单指令循环和块循环l 支持存储块移动指令，提供了更好的程序和数据管理l 支持32bit长操作数指令，支持并行存储和并行装入l 支持条件存储指令和中断快速返回l 片内外设包括 软件可编程等待状态发生器：可把外部等待周期扩展到7个周期，以适应慢速的外设。 可编程块切换逻辑：在内存访问越过块边界，或从程序内存跨越到数据存储器时，自动插入一个周期，从而允许此内存块在其它器件驱动总线前释放总线。 主机接口：一个8bit/16bit并行接口，使主机能够访问54x的片内存储器。 硬件定时器： 实际上是一个减计数器，每当计数器减到0时产生一个定时器中断。可以由软件设置计数值，并可停止、恢复、复位或禁止定时器。 时钟发生器： 由一个内部振荡器和锁相环组成。54x的工作时钟可以由外部输入，或由内部振荡器产生。锁相环可以将时钟源乘上一个特定的系数得到CPU到工作时钟。 串口： 包括同步串口、缓冲串口、多信道缓冲串口和TDM串口等。l JTAG扫描逻辑， 符合IEEE1149.1标准，主要用于芯片的仿真和测试。与专用仿真引脚一起可以完成在线仿真。l 在3.3v的电源供电下，单周期定点指令执行时间为12.5ns图10 是TMS320VC5409的结构框图：图10 如图所示， TMS320VC5409芯片主要包括CPU、片内存储器和片内外设三个部分，它们通过片内总线相互连接，交换数据信息和控制信息。TMS320VC5409配置有片内RAM 32K,片内ROM 16K,三个串口，一个并口。DSP的整体设计图纸见附录。它的三个串口使用其中的两个，一个用于接受发送语音编码信号，另一个用于接受发送ML信号。由于DSP的串口是极其宝贵的资源，所以剩下的一个串口通过CPLD预留出来，以备系统扩展。考虑系统的完整性，同时预留了HPI接口。DSP的总线均连接于总线驱动器SN74LVTH16245上，所有外设的地址线和数据线连接于总线驱动器的另一端。其目的是数据缓冲和隔离保护DSP，避免DSP被烧坏。由于DSP的程序一般是烧在存储器中的，这些非遗失性的存储器访问速度较慢，一般不能直接用做程序存储器使用，需要在上电时引导到CPU的高速程序存储器中，这个过程称为BOOTLOADER。VC54xx系列DSP在片上ROM放有引导程序，使用该引导程序可以很方便的在DSP上电复位时将用户的应用程序从外部存储设备中装入到DSP片内存储器和高速片外程序存储器中。本课题中我们是将程序烧在EPROM中的，所以采用的是EPROM并口引导方式。DSP芯片需要两种电源，分别是3。3V的外部I/O电压和1，8V的核电压。选用TI公司的整流器TPS73HD318满足要求，它还带有200ms宽脉冲的复位信号，可利用此信号使DSP、URAT复位。电源部分电路如图11所示，其中TPS-RS就是复位信号。图11硬件实现后必然有个调试的过程可以通过TI公司的XDS510仿真器从计算机中将源代码传送到DSP的内存中去。XDS510仿真器基于IEEE 1149.1标准扫描逻辑电路设计，用于仿真和测试，提供对所连设备的边界扫描，并测试引脚到引脚的连续性，以及TMS320VC5409芯片的外围器件的操作测试，从而 完成在线仿真。见图12。PAGE 0 控制PAGE 1 字 图124、2、2 存储器的设计TMS320VC5409扩展了EEPROM，用于存放DSP的程序，在DSP上电时将程序引导入DSP内部运行。选用的EEPROM是SST公司的产品SST29EE010，具有1Mbit，有高性能的页写功能，整块EEPROM可以在5秒内擦写完毕。可以反复擦写100,000次左右，并且能保持数据100年以上。单电压供电，其内部的擦除、编程对使用者来说是透明的。其功能框图如图13。 图13DSP各有64K的程序空间、数据空间和I/O空间。在被系统中我们扩展的是数据空间，将数据和程序都存储于EEPROM中，在BOOTLOADER时由DSP自行分开程序和数据。在实际的设计中，由于DSP只能寻址片外32K的空间所以我们选择了通过分页机制扩展数据空间的方案。128K的EEPROM被分为四页，在控制字的控制下映射入数据空间。如图14。A0 中. . 央. A14 处 理 器 A0存 . . .储 A14 A15器 A16PAGE 0 控制PAGE 1 字 图14DSP的低15跟地址线直接连接存储器的A0A15，控制字（由CPLD实现）控制存储器A15、A16的电平。通过A15、A16的不同电平值组合，DSP就可以完全访问到EEPROM的四页共128K字节的空间。单在实际的应用中我们的代码根本达不到32K，所以分页功能并未使用，也就是说只使用了EEPROM的第一页。4、2、3 电源的设计 整个系统需要一套+5V的模拟电源，一个5V的数字电源。外界可为该接收机提供一套12V模拟电源，与一套5V数字电源。因此5V的数字电源可直接得到，+5V的模拟电源由+12V电源整流产生，采用7805正电流整流芯片。虽然-5V的模拟电源在系统中并未使用，但考虑系统设计的完整性，用7809负电源整流芯片提供给系统。具体的原理图见附录。 4、2、4 语音部分的设计 很显然，对于语音数字通信，需要对语音进行编码和解码，即进行A/D和D/A变换。将模拟语音信号转换为数字信号有很多编解码方式，常用的有脉冲编码（PCMPLUSE CODE MODULATION），增量调制（DMDELTA MODULATION）等。本设计中使用的语音编解码芯片是MC3418用的可变斜率增量编码调制（CVSD），这种调制方式是DM方式的一种改进。此调制方式在保证相同音质的情况下，是DM方式的码元速率从32K/bs降到16K/bs或8K/bs。考虑到MODEM调制器的速率限制，所以我们选用8K/bs的速率。MC3418的时钟信号由CPLD将DSP的时钟分频后提供。MC3418的数据都是通过DSP的串口出入的，值得注意的是为了起到隔离保护DSP串口的作用，MC3418是通过CPLD再与DSP连接的。在CPLD中通过对E/D信号的设置与锁存实现对MC3418编解码的选择控制。 在此部分中还涉及两个模拟电路设计。DSP输出的信号经过MC3418解码后，变为模拟信号，将其进行滤波、发大后再连接到扬声器。这里我们选用LM386运算放大器，采用放大倍数可调的设计方式。语音在进入MC3418时有两个通道，一个是从麦克风进入的信号，另一个用于调试用的标准输入信号（WALKMAN）。选用TI的TCL2722ACD运放，一个器件中有两个运算放大器，两路信号各用一个进行放大、滤波等处理。放大的倍数为10。见图14。 图14两路信号各自放大后，需要将其混合起来输入MC3418进行编码，因此使用一个加法电路。仍然使用TCL2722ACD，使用其中的一个运放构成加法电路，同时再次将信号放大，倍数为两倍。因为第一级放大均采用反向放大，所以此时也设计为反向加法器。如图15。 图15值得注意的是，TI的TCL2722ACD在使用时有个特殊的规则，即需要在正输入上加上电源电压一半的电压值。如图16。 图164、2、5 URAT接口的设计 该接口使用TL16C550芯片是TL16C450异步通信单元（ACE）的升级产品。它对从外围器件或调制解调器接收的信号实行串行到并行的转换，对从CPU接收的信号实行并行到串行的转换。在ACE工作的任何时候CPU都可以读ACE的状态。它可以被设置为一种FIFO方式，减小CPU的软件开销，在此方式下，接收和发送时，内部的FIFOs可存储16个字节的数据。为了使系统开销最小并是效率最高，所有的逻辑均在片内。TL16C550的基本配置以及它与数据总线和CPU的典型连接如图17。 图17TL16C550还有可编程的片内波特率产生器，能对基准时钟进行分频并产生内部发生器逻辑的16*时钟。它使用1.8432MHz和3.072MHz晶体频率的波特率产生器可得到各种的数据速率。由于TL16C550输出的是TTL电平，因此跟PC通信需要转换为RS-232电平。TTL/CMOS电平为05V，RS232电平-10-+10V。电平转换使用MAX3238即多通道RS-232驱动器/接收器。最终实现本设备和PC的通信还需要一个连接器，选择使用DB-9。详细的设计图纸见附录。4、2、6 主控逻辑CPLD的设计 系统对所有设备的控制信号均由中央控制器（CPLD）提供。值得注意的是CPLD实现了对EEPROM的分页管理，起到了控制字的作用；同时键盘的制作也依赖于在CPLD中实现的锁存器功能。下面是CPLD内部逻辑和各个外设的资源分配情况。引脚的具体定义见附录工程图。（一）语音前端（端口0010H）l 2BCKLR0=BCLKR0 时钟信号8K , 通过CLKIN(12.288MHz x 2)分频实现；l 2BDR0 = BDR0;l 2BDX0 = BDX0;l when DSP_A0.15=0010H , =L ，=LE/=DSP_D0 (E/锁存)（二）键盘（端口：0000H ；中断：INT0）l when DSP_A0.15=0 , =L , R/=L;VTR1.3=DSP_D1.3 l when DSP_A0.15=0, =L , R/=H; DSP_D4.7=HTR1.4l = HTR1 & HTR2 & HTR3 & HTR4（三）LCD显示器 (端口：0002H,0003H )l when DSP_A0.15=0000,0000,0000,001x B =LLED_CS = Hl when = L LED_ R/= R/（四） EEPROM的访问逻辑 由于本系统使用32K的扩展存储空间以足以满足要求，所以在CPLD内并未进行分页处理，没有实现控制字的功能。l when=L = Ll when = L = L（五）MODEM访问逻辑 (端口：0004H -0007H , 中断：INT1)l when DSP_A0.15=0000,0000,0000,01xx B =L = Ll when= L = R/ , = NOT R/l =（六）UART访问逻辑 （端口：0008H-000FH ,中断：INT3）l whenDSP_A0.15=0000,0000,0000,1xxxB =L = Ll when= L = R/ , = NOT R/l =（七）BUFFER访问逻辑（端口： 0012H）l = NOT R/l = GND（八）RESET端口 （端口：0011H）RESET端口并不和某个特定的外设相关，它的作用是给整个系统发送复位信号。此复位信号由用户的键盘输入激发。DSP读取后立即向此端口进行一次写操作；无论写入什么数据，CPLD都使整个系统复位。另外上电是电源也发出复位脉冲，这也将导致整个系统复位。 when = L OR ( DSP_A0.15=0011H , = L , R/=L )RESET=H , =L（九）ML接口 （端口：0013H） 为“蓝牙“功能板预留的端口。when DSP_A0.15=0013H =L =L EN=L 以上即是DSP基带处理母板的器件选型、电路设计和资源分配的详细情况。原理图设计完毕后，按步骤制作PCB图。母板，子板和面板的PCB图见附录。五、结 语 近几年来，DSP价格大幅下调，而性能却不断提高，以不可阻挡的趋势，进入通信、工业控制和消费领域，DSP正日渐成为现代信息产业的重要基石。本课题这块DSP基带信号处理板覆盖了DSP芯片大部分的基带处理功能，通过语音前端MC3418、FX909以及URAT接口，同时也实现了调制解调器的基本功能，依赖电话线作为传输媒质，实现了语音信号传输，以及数字信号源的通信。系统也为ML（蓝牙）提供了接口，可实现无线通信。在设计过程中，充分考虑到了系统的完整性和可扩展性，预留了一系列的接口，只要改写EEPROM中的DSP代码再修改CPLD的逻辑重新分配系统资源就可以实现其它功能。由于主观和客观的原因，本系统并未完成最后的调试，但是本次毕设的目的已基本达到。通过本课题的设计与制作，使我对整个硬件的制作过程有了认识，同时对Protel99也达到了熟练使用的程度。 参 考 文 献【1】 吉雷. Protel99电子电路设计,电子科技大学出版社，2000【2】 曹志刚，钱亚生.现代通信原理,北京：清华大学出版社，1997【3】 彭启琮、李玉柏. TMS320C54x实用教程，成都：电子科技大学出版社，2000【4】 戴明桢. 数字信号处理的硬件实现.北京：航空工业出版社，1998【5】 彭启琮、李玉柏。DSP技术，电子科技大学出版社，1997【6】 程佩青，数字信号处理，清华大学出版社1994【7】 TMS320C54x DSP CPU and Peripherals Reference Set Volume 1. Texas Instruments,1999 【8】 TMS320C54x Assembly Language Tools Users Guide. Texas Instruments,1997 附 录附图一：顶层工程图附图二： 附图一：顶层工程图 附图二：BUFFER电路图 附图三：CPLD电路图 附图四：DSP电路图附图五：电源电路图附图六：URAT接口电路图附图七：语音部分电路图附图八：MODEM子板电路图 附图九：键盘、LCD电路图 附图十：MODEM子板PCB效果图 附图十一：键盘显示器面板PCB效果图袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀