基于TMS320VC5402的DSP最小应用系统的设计

1、郑州轻工业学院课 程 设 计 任 务 书题目 TMS320VC5402最小系统原理图设计 专业、班级 电信112 学号 姓名 主要内容、基本要求、主要参考资料等：1、 参考课本及TMS320VC5402数据手册，IS61LV6416数据手册，TPS767D318芯片数据手册，设计TMS320VC5402的最小系统。2、 设计TMS320VC5402的最小系统电路图纸，要求图纸具有TMS320VC5402的基本电路（复位电路、时钟电路、功能配置引脚连接等），具有64K字程序空间，64K字数据空间，和DSP的供电电路（输入电源DC59V）。3、 要求设计上述电路的原理图。4、 设计完成后要求每人上

2、交一份课程设计说明书，说明书要求包含有课程设计任务书，设计原理说明，所用芯片简要说明，设计图纸等。说明书要求字迹工整、叙述清楚、图纸齐备。5、 发挥部分，如时间可行，依据原理图设计上述电路的印制板图。6、 时间：二周。完 成 期 限： 2015.01.12-2015.01.23 指导教师签名： 杜海明 课程负责人签名： 胡智宏 2015 年 01 月 12 日摘 要介绍了基于 DSP (数字信号处理 )的最小应用系统的整体设计过程。系统采用TMS320VC5402作为主控芯片;ADC0809完成数据的采样及 A/D转换 ,通过 TMS320VC5402处理后 ,由 DAC0832完成 D/A转

3、换并输出;外部存储器采用通用 EPROM, TMS320VC5402采用 8位并行EPROM引导方式;并加入了标准的 14针 JTAG接口 ,便于系统的调试与仿真。关键词:DSP(数字信号处理 ) , JTAG, 并行引导 , 引导表AbstractThis paper introduces the overall design of minimum application system for digital signal processing. The system employs TMS320VC5402 asmain control chip, ADC0809 samples the

4、analog signals and converts them to digital signals, then after processing of TMS320VC5402, DAC0832 converts the digital signals to analog ones and finallyoutputs. The system uses general EPROM for the external storage. Besides, the system incorporates a standard 14 pin JTAG interface to debug and s

5、imulate.Keywords: DSP, JTAG, parallel boot, boot table目 录0引 言.11TMS320VC5402简介.22系统硬件设计.32. 1电平转换.32. 2电源控制电路.32. 3复位电路.42. 4时钟电路.42. 5译码电路.52. 6输入接口电路52. 7输出接口电路52. 8存储器扩展电路52. 9JTAG仿真接口电路.63系统软件设计.73. 1引导程序. 83. 2用户程序.94总结 .10参考文献.110引 言在仪器仪表迅速发展的同时，计算机和网络技术也在迅速发展，PC机已经从高速增长进入到平稳发展时期，单纯由PC机带领电子产业蒸

6、蒸日上的时代己经成为历史，嵌入式系统的出现和广泛应用，使计算机和网络进入了后PC时代。基于嵌入式智能仪表远程监控系统作为网络重要发展方向之一，是工业数据通讯与控制网络技术、互联网技术等多种技术共同发展的结果。该项技术的发展与成熟将会给人们的生产生活带来深远的影响。本文采用 C5000系列 TMS320VC5402 DSP(数字信号处理 )芯片 ,能满足通信、语音、图像以及其他电子领域高速、低成本、小体积、低功耗的要求。DSP系统的设计主要包含硬件电路和软件程序两部分。1TMS320VC5402简介TMS320VC5402(以下简称 5402)是美国 TI公司的性价比极高的 16 bit定点 D

7、SP芯片 ,操作速度可以达到 100MIPS,其内部资源配置为用户构造系统提供了很大便利。其主要特点如下：a) 多总线结构 ,片内 3套 16 bit数据总线 CB、DB、EB和 1套程序总线 PB以及对应的 4套地址总线CBA、DBA、EBA、PBA (4套总线可以同时操作 )。b) 40 bitALU (算术逻辑单元 ) ,包含 1个 40 bit桶形移位器和 2个 40 bit累加器; 1个 17 17 bit乘法器和一个 40 bit专用加法器; 2个地址产生器 , 8个辅助寄存器 ,一个比较 /选择 /存储 (CSSU)单元。c) 片内 4 k 16 bitROM,16 k 16 b

8、itDARAM。d)程序空间扩展到 1MB ,数据和 I/O空间各64 kB,20条地址线 ,16条数据线。e) 6级流水线完成一条指令:预取指、取指、译码、访问、读数、执行。f) 片上 JTAG仿真接口。2系统硬件设计整个系统的硬件电路主要包含电源控制电路、时钟电路、复位电路、译码电路、输入接口电路、输出接口电路、存储器扩展电路和 JTAG仿真接口电路 8部分。另外 ,由于 DSP的低电压工作状况 ,必须要考虑到电平转换。系统总体结构框图如图 1所示。图 1系统结构框图2. 1电平转换5402采用低压工作 ,其内核电压为 1. 8 V, I/O引脚电压为 3. 3 V,而大多数常用的电子元器

9、件的工作电压一般为 5 V,如本系统中用到的 A/D 转换器ADC0809和 D/A转换器 DAC0832,以及扩展的存储器芯片 EPROM 27C512等 ,都是采用 5 V TTL电平供电 ,因此必须在电路中增加电平转换模块。TI公司的 74LVC245是 8路电平转换芯片 ,其工作电压为 3. 3 V,可耐 5 V输入 ,输出为 3. 3 V。在本系统采用了 3片 ,分别用在 ADC0809和 DAC0832的数据线、EPROM的数据线、几个控制信号上 ,这些数据线和控制信号线都通过 74LVC245连接到 5402上 ,实现 5 V到 3. 3 V和 3. 3 V到 5 V的电平转换。

10、2. 2电源控制电路系统电源设计。TMS320VC5402芯片采用双电源供电，DSP的核内电压和I/O接口电压分别为1.8V和3.3V， 本系统需要三种电源，电压为5V、3.3V和1.8V。其中，RTL8019AS网卡芯片和模数转换电路均采用5V电源供电。DSP的双电源解决方案采用TPS73HD318实现，输入的电源电压为5V，输出电压分别为3.3V和1.8V，每路电源的最大输出电流为750mA。 图2 电源控制电路2. 3复位电路系统上电时可自动复位 ,但为了防止系统受到外界干扰或电源波动时出现死机现象 ,还专门加了外部RESET,主要使用了两个施密特触发器 74LS14。图 3 复位电路图

11、2. 4时钟电路系统中采用外部时钟 ,根据使用的晶振不同,采用的晶体振荡起振电容也不同 ,这里采用 10 MHz晶振 ,起振电容选用 22 pF。系统中让 DSP工作在 20 MHz的频率 ,因此根据 5402的主时钟配置规则 ,只要将5402的 CLKMD1、CLKMD2、CLKMD3这 3个引脚分别选择为高电平、低电平、低电平即可。图 4 时钟电路图2. 5译码电路5402对外部接口的控制信号有限 ,又要同时完成对 A/D、D/A、EPROM的控制 ,最有效的办法是加入译码电路。本系统采用通用的 328译码器 74LS138,使用5402的高位地址线 A13、A14、A15作为译码输入 ,

12、 IS和 IOSTRB作为译码使能端输入 ,译码地址见表 1。2. 6输入接口电路输入接口电路主要完成数据采样及其 A/D转换 ,包含分频和 A/D转换电路。分频电路主要用做 ADC0809的转换时钟。5402本身也产生时钟输出 ,可以借助于它的时钟输出作为输入模拟信号的输入时钟。将输入模拟信号的转换速率定为 640 kHz,而 5402的时钟输出为 20 MHz(当然可以使用更高的时钟 ) ,采用 32分频即可 ,可以用两个同步二 -十进制计数器 74F160来实现。A/D转换电路采用 ADC0809。这里只对一路数据采样 ,使用通道 0,数据转换速率为 640 kHz。通过5402的高位地

13、址 A13、A14、A15和 IS、IOSTRB译码 ,CS2控制 ADC0809芯片的输出使能信号 ENABLE,CS3控制转换启动信号 START,地址使能信号 ALE与转换启动信号接在一起。ADC0809采用中断方式读取转换后的数字量 ,即将 ADC0809的 EOC引脚连接到 5402的外部中断引脚 INT0上 ,这样 ,一旦数据转换完毕 ,将会触发 5402的外部中断 0,在中断服务程序中完成数据从 ADC0809到 5402的传输。它的输入时钟由分频电路的输出时钟来提供。2. 7输出接口电路输出接口电路完成 D/A转换以及模拟信号输出。D/A转换电路主要采用 DAC0832芯片。由

14、于只有一路数据需要转换 ,故让它工作在单缓冲方式 ,即输入锁存器处于受控 (通过译码输出 CS1控制 WR1,片选信号引脚 CS接地使其始终有效 ) ,而 DAC0832寄存器处于直通状态 (直接将 WR2与 XEFR接地使其始终有效 )。在这种工作方式下 , 数据只要一经写入DAC0832芯片 ,就立即进行 D/A转换 ,省去了一条输出指令。模拟输出采用双极性模拟电压输出 ,加了两级运算放大电路,当数字量 N 从 00HFFH变化时 ,对应的模拟电压 OUT的输出范围是 - 5 V5 V。2. 8存储器扩展电路5 402片内提供了 16k 16bit的 RAM和 4k 16 bit的 ROM

15、,片内 ROM不可用。本系统程序容量比较小 ,一般不超过 16 kB,考虑充分利用芯片的内部资源 ,采用引导装载的方式,以降低系统的设计难度和设计成本 ,缩短产品研制周期。这里使用一片通用的 64k 8 bit的 EPROM 27C512。当程序编制好后转换成二进制文件 ,通过通用编程器烧到 27C512中即可。存储器扩展电路如图 2所示。 图 5存储器扩展电路2. 9JTAG仿真接口电路由于 5402提供了片上的 JTAG接口 ,方便了仿真调试。只需将 5402的 TMS、TDI、TDO、TRST、TCKEMU0、EMU1共 7个引脚接出 ,做成一个标准的 14针插座 ,就可以供仿真器调试目

16、标板。JTAG仿真接口电路如图 3所示。图 6JTAG仿真接口电路3系统软件设计系统软件主要包含引导程序和核心程序代码即用户程序代码两个方面。3. 1引导程序TMS320VC5402的引导程序 Bootloader用于在芯片通电复位时将存储于外部的用户代码传输到内部或外部程序存储器中 ,用户代码可存储在外部速度较慢的非易失性存储器内 ,使 5402能外扩普通低速的EPROM。经引导后 ,用户代码可装载到高速的片内RAM或片外 RAM中执行 ,以充分发挥 5402指令高速运行的特点。由本系统的硬件结构可知 ,易采用 8 位并行EPROM引导方式。把引导表的起始地址 4000h放在数据空间的最高位

17、地址 FFFEH和 FFFFH中 ,这样根据流程图可知 ,将会从数据空间 FFFFH和 FFFFEH读取引导表起始地址的低 8 位和高 8 位 ,发现是08AAH,于是便进入了数据空间的 8位并行引导模式 ,将 EPROM中的程序装载到片内 RAM中 ,装载完毕后便开始执行用户程序。5402的并行引导流程见图 4。图 7TMS320VC5402并行引导方式流程为使 5402能有效地把外扩 EPROM中的程序引导到芯片内 RAM,需要编制一个引导表。引导表定位于数据空间的 4000HFFFFH段。引导表的内容包括:引导方式的标识;程序存放的目标首地址;程序执行的入口地址;用户程序代码;用户程序块

18、长度。根据 8位并行 EPROM引导方式的特点 ,编制如下的命令文件程序。1) 链接命令程序文件 (MiniSys_lj. cmd)MiniSys. obj/输入汇编后的文件名- oMiniSys. out/设定输出文件名- m MiniSys. map/内部存储器分配MEMORY:PAGE 0: ROM: origin =0x0080, length =0x3780VECT:origin =0x3F80, length =0x0080/程序引导后首地址和块长度PAGE 1: RAM: origin = 0x3800, length = 0x0780/定义数据块首地址和块长度SECTIONS:

19、. text: ROM PAGE0/将 text段定义的程序放入程序页. bss: RAM PAGE1/将 bss段定义的数据块放在数据页 中断向量. vectors: VECT PAGE0 /2) 二进制转换命令程序 (MiniSys_h. cmd)MiniSys. out/输入链接后的文件名- oMiniSys. hex/设定输出文件名- i/转换为 intel格式的二进制文件- memwidth 8/定义 8位 EPROM- romwidth 8/输出文件是字节- boot/所有块 /区 (SECTIONS)都引导- bootorg 0x4000/外扩 EPROM存放代码的首地址- e0x0100/定义引导后程序的入口地址3. 2用户程序用户程序首先要进行如下初始化设置:a