数字信号处理-DSP

1、本科生实验报告实验课程 数字信号处理实验 学院名称 信息科学与技术学院 专业名称 电子信息工程 学生姓名 干娜 学生学号 201413080229 指导教师 刘瑛 实验地点 6B609 实验成绩 二 年 月 二 年 月tms320vc5509a最小系统设计一、 实验目的1. 掌握DSP最小系统的组成部分；2. 学会画每个部分与DSP芯片的连接；3. 完成DSP5509最小系统的设计。二、 实验内容1. 了解DSP最小系统的组成部分；2. 分别画出每个部分与DSP的连接图；3. 总结DSP最小系统的设计过程。三、 DSP5509的基本介绍DSP芯片是将模拟信号变换成数字信号以后进行高速实时处理的

2、专用微处理器，具有处理速度高、功能强、性能价格比好以及速度功耗比高等特点，被广泛应用于具有实时处理要求的场合。DSP系统以DSP芯片为基础，具有如下特点：1. 高速性；2. 编程方便；3. 稳定性好；4. 可重复性好；5. 集成方便；6. 性价比高。TMS320VC5509A是TI公司针对低功耗应用推出的一款低功耗高性能DSP。它的最小系统包括：电源电路、复位电路、时钟电路、JTAG接口电路和程序加载部分组成。其资源与接口如下：四、 DSP最小系统的设计4.1电源部分TM320VC5509A有内核和外设电源两种，+3.3V的供电范围为：I/O引脚、USB模块引脚、A/D数字部分电源；+1.6V

3、的供电范围为：200MHz的CPU内核、RTC的I/O引脚、RTC模块电源、USB的PLL专用电源等，因此电源部分需要提供的电源有+3.3V和+1.6V两种。同时，在进行电源设计时，需要特别注意的是模拟电路和数字电路部分要独立供电，数字地与模拟地要分开；通常每个电源引脚要加一个10100nf的旁路电容，一般旁路电容采用瓷片电容。同时在PCB的四周还要均匀分布一些4.710uf的大电容，避免产生电源、地环路。DSP系统电源设计中，一般采用单一的+5V电源经过DC/DC变换得到其他数值的电压，如3.3、1.8、2.5、1.6等，+5V电源一般可以通过开关电源或交流220V经变压、整流、滤波直接得到

4、，但这样得到的+5V电源纹波较大，一般不能直接应用到DSP系统中，需要经过DC/DC变换将该电压进行隔离稳压处理。要得到+3.3与+1.6两种电压，我选择的电源芯片为：TPS767D301，电源电路图如下所示：从TPS767D301的数据手册可以看到，它可提供双路输出，一路输出电压为3.3V，另一路输出可以调节，范围为1.55.5V，因此该芯片满足5509的供电要求，可调电压的输出主要是靠R1和R3调节，C1、C2、C3三个电容的并联是为了滤波，将高频信号导出，使直流更加稳定。4.2复位电路部分设计复位电路的作用是当DSP系统在运行中，受到环境的干扰出现程序跑飞的时候，按下复位按键内部的程序自

5、动从头开始执行。对于复位电路的设计，一方面应确保复位低电平时间足够长，保证DSP可靠复位；另一方面应保证稳定性良好，防止DSP误复位。DSP的复位电路设计时可将上电复位和手动复位两个信号经过逻辑相与，然后送到DSP复位引脚输入。复位电路由电阻、电容以及按键组成，带有上电延迟复位和手动复位功能。其主要原理是电容的充放电导致RESET引脚电平变化，实现芯片复位，电阻与电容决定了复位的时间，t=R*C，因此他们的值可以根据需要设置。电路图如下所示：基本原理是：在芯片启动后，电容C1两端的电压持续充电为VDD，这时候10K电阻两端的电压接近于0，RESET处于低电平状态，所以系统正常工作，当按键按下的

6、时候，开关导通，这个时候电容端形成了一个回路，电容被短路，所以在按键按下的这个过程中，电容开始释放之前的能量，随着时间的推移，电容的电压变小，10K电阻两端的分压变大，所以RESET引脚又接收到高电平，DSP自动复位。4.3 时钟电路部分设计5509A的时钟输入信号可以采用两种方式产生：第一种是采用外部晶体，利用内部振荡器产生时钟信号；第二种时钟输入方式是从X2/CLKIN引脚输入时钟信号，采用这种方式时X1引脚必须悬空，不接任何信号。此次设计采用第一种方法，时钟电路图如下所示：其中，C1、C2、Rs、晶振的选择可参考5509A的数据手册：由数据手册可知，通常使用的晶振值是满足MAX ESR的

7、。4.4 JTAG接口电路JTAG是DSP的调试接口，用户可以利用JTAG接口完成程序的下载、调试和信息输出，通过该接口可以查看DSP的存储器、寄存器等内容以及完成芯片的烧录，下图为JTAG接口电路图：4.5 程序加载部分电路DSP有多种程序加载方式，有增强主机接口（EHPI）加载方式、并行外部存储器接口（EMIF）加载方式、标准串口加载方式以及支持外围设备接口（SPI）加载方式。在这次DSP最小系统设计中，我采用的是标准串口加载的方式，标准串口加载程序是指通过McBSP0（多通道缓存串口0）在标准串口模式下向DSP加载程序。该加载方式的优点是连接信号线少，缺点是需要由外部产生帧同步信号和串行

8、时钟信号。该方式还需要外部逻辑向串行存储器发出指令，无法做到无缝连接。连接关系如下所示：由5509A的数据手册可知，片上的引导模式提供了将外部程序代码加载到片上RAM的方法，在标准串口模式下，采用的是从McBSP0读取8或16位的数据长度。由数据手册可以得出DSP bootloader的设置值是：GPIO3:0=0010。然后在标准串口模式下，对McBSP0口进行如下配置：每帧一个阶段：RPHASE=0b；每阶段字数为1：RFRLEN1=0000000b；字长为16位：010b；数据右对齐：00b；延迟为1: 01b。DSP的接收时钟CLKR0和串行时钟SCLK由外部逻辑CLK信号提供，帧信号

9、FSR0由外部逻辑FRAME信号提供，串行存储器命令字由外部逻辑INSO信号提供。DSP通用输入输出信号IO4向外部逻辑发出握手信号。五、 总结通过这次的tms320vc5509a最小系统设计，我设计出了DSP的最小系统，其中包括电源电路、复位电路、时钟电路、JTAG接口电路和程序加在部分。电源部分用的是DC/DC转换电路，使用芯片TPS767D301来完成，将一路输入信号+5V转化为两路输出信号3.3V与1.6V；复位电路采用自动复位与手动复位结合的方式；时钟电路采用内部振荡器产生时钟信号，其中的电容电阻及晶振的参数可参考5509的数据手册；JTAG接口电路是DSP的调试与烧录接口，可以查看

10、DSP的存储器、寄存器等内容；程序加载部分用的是标准的串口加载，通过McBSP0口向DSP加载程序。这次的实验学到的最多的当属读数据手册，以及在TI官网上查芯片资料。刚开始的时候什么都不懂，也不知道什么芯片合适，看的资料多了，就渐渐有了一些想法，学会自己去思考设计，并查找芯片参数。学生实验 心得通过这次的DSP最小系统设计实验，我学到了DSP最小系统的组成，以及每部分该如何设计。比如电源部分，就要看DSP需要哪些电源，然后再设计电源电路，根据DSP芯片型号的不同，需要的电压也不一样，5509A的内核与I/O口所需的电压就不相同，分别是+1.6和+3.3V，因此我选择了 TPS767D301 DC/DC转换电路来实现一路+5V输入，两路电压输出。这次实验我还学到了看数据手册，现在的芯片数据手册大多是英文的，即使有中文的翻译，但是没有英文的准确，而且读取来没有英文的顺畅，因此我试着去读英文的数据手册，读了之后发现它