基于DSP的A,D转换接口设计参考模板

1、1 / 20河南理工大学河南理工大学数字信号处理课程设计数字信号处理课程设计题目：基于 DSP 的 A/D 转换接口设计摘要数字信号处理器（digital signal processor, DSP）是针对数字信号处理的需求而设计的一种可编程的处理器，是现代电子技术、计算机技术和信号处理技术相结合的产物。随着信息处理技术的飞速发展，DSP 在电子信息、通信、软件无线电、自动控制、仪器仪表、信息家电等高科技领域获得了越来越广泛的应用。自从 20 世纪 80 年代诞生以来，DSP 就被广泛应用于社会各个领域。DSP 不仅快速实现了各种数字信号处理算法，而且拓宽了数字信号处理的应用范围。随着 DSP

2、 的功能越来越强大，其应用范围也将越来越广泛。此次 DSP课程设计，我们一组做的是 A/D 转换接口的设计。在 DSP 的外部设备中，A/D（模数转换器）是一个十分重要的器件，A/D 先将模拟信号转换成数字信号，DSP 接收 A/D 输出的数字信号进行信号处理。关键词：DSP；A/D 转换接口；TMS320C5416目目录录摘要11 概述31.1 DSP 芯片的介绍31.2 DSP 芯片的发展31.3 DSP 芯片的特点41.4 PROTEL 99SE 概述 52 系统设计62.1 电路原理图72.2 PCB 板73 硬件设计83.1 电源设计83.2 DSP 与 TLV1571 的硬件连接8

3、3.3 其他引脚和测试信号94 软件设计104.1 A/D 主程序104.2 中断程序124.3 CMD 程序155 实验结果16总 结17参考文献181 概述概述1.1 DSP 芯片的介绍芯片的介绍DSP 芯片，也称数字信号处理器，是一种具有特殊结构的微处理器。DSP芯片的内部采用程序和数据分开的哈佛结构，具有专门的硬件乘法器，广泛采用流水线操作，提供特殊的 DSP 指令，可以用来快速地实现各种数字信号处理算法。根据数字信号处理的要求，DSP 芯片一般具有如下的一些主要特点：1 在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法。程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据。 2 片内具有快速 RAM，

4、通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问。 3 具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持。 4 快速的中断处理和硬件 I/O 支持。 5 具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器。 6 可以并行执行多个操作。 7 支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。1.2 DSP 芯片的发展芯片的发展世界上第一个单片 DSP 芯片是 1978 年 AMI 公司宣布的 S2811，1979 年美国 Iintel 公司发布的商用可编程期间 2920 是 DSP 芯片的一个主要里程碑。这两种芯片内部都没有现代 DSP 芯片所必须的单周期芯片。 1980 年。日本 NEC 公司推出的 PD7720 是第

5、一个具有乘法器的商用 DSP 芯片。第一个采用 CMOS工艺生产浮点 DSP 芯片的是日本的 Hitachi 公司，它于 1982 年推出了浮点DSP 芯片。1983 年，日本的 Fujitsu 公司推出的 MB8764，其指令周期为 120ns ，且具有双内部总线，从而处理的吞吐量发生了一个大的飞跃。而第一个高性能的浮点 DSP 芯片应是 AT&T 公司于 1984 年推出的 DSP32。在这么多的 DSP 芯片种类中，最成功的是美国德克萨斯仪器公司（Texas Instruments，简称 TI）的一系列产品。TI 公司灾 982 年成功推出启迪一代 DSP芯片 TMS32010

6、及其系列产品 TMS32011、TMS32C10/C14/C15/C16/C17 等，之后相继推出了第二代 DSP 芯片 TMS32020、TMS320C25/C26/C28，第三代DSP 芯片 TMS32C30/C31/C32，第四代 DSP 芯片 TMS32C40/C44，第五代 DSP芯片 TMS32C50/C51/C52/C53 以及集多个 DSP 于一体的高性能 DSP 芯片TMS32C80/C82 等。 自 1980 年以来，DSP 芯片得到了突飞猛进的发展，DSP 芯片的应用越来越广泛。从运算速度来看，MAC（一次乘法和一次加法）时间已经从 80 年代初的 400ns（如 TMS

7、32010）降低到 40ns（如 TMS32C40） ，处理能力提高了10 多倍。DSP 芯片内部关键的乘法器部件从 1980 年的占模区的 40 左右下降到5 以下，片内 RAM 增加一个数量级以上。从制造工艺来看，1980 年采用 4的 N 沟道 MOS 工艺，而现在则普遍采用亚微米 CMOS 工艺。DSP 芯片的引脚数量从 1980 年的最多 64 个增加到现在的 200 个以上，引脚数量的增加，意味着结构灵活性的增加。此外，DSP 芯片的发展，是 DSP 系统的成本、体积、重量和功耗都有很大程度的下降。1.3 DSP 芯片的特点芯片的特点DSP 具有如下一些特点。（1）改进的哈佛结构早

8、期的微处理器内部大多采用冯诺依曼(Von Neumann)结构，其片内程序空间和数据空间是混合在一起的，取指令和取操作是一条总线分时进行的。当高速运算时，不但不能同时取指令和取操作数，而且还会造成传输通道上的瓶颈现象。而 DSP 内部采用的是程序空间和数据空间分开的哈佛结构，允许同时取指令（来自程序存储器）和取操作数，而且还允许在程序空间和数据空间之间互相传送数据，即改进的哈佛结构。（2）多总线结构许多 DSP 芯片内部都采用多总线结构，这样可以保证在一个机器周期内多次访问程序空间和数据空间。（3）流水线操作许多 DSP 芯片内部都采用多总线结构，这样可以保证在一个机器周期内可以多次访问程序空

9、间和数据空间。（4）多处理单元DSP 内部一般都包括多个处理单元，如算术逻辑单元（ALU） ，辅助寄存器运算单元（ARAU）,累加器（ACC） ，硬件乘法器（MUL）等。它们可以在一个指令周期内同时进行运算。（5）特殊的 DSP 指令为了更好地满足数字信号处理应用的需求，在 DSP 的指令系统中，设计了一些特殊的 DSP 指令。（6）指令周期短早期的 DSP 指令周期约为 400ns，采用 4m 的 NMOS 制造工艺，其运算速度为 5MIPS。随着集成电路工艺的发展，DSP 广泛采用了亚微米静态 CMOS制造工艺，其运行速度越来越快。（7）运算精度高早期 DSP 的字长是 8 位，后来逐步提

10、高到 16 位、24 位、32 位，为防止运算过程中产生溢出，有的 DSP 的累加器字长是 40 位。1.4 Protel 99SE 概述概述Protel 99SE 主要由原理图设计系统、印制电路板设计系统两大部分组成。（1）原理图设计系统这是一个易于使用的具有大量元件库的原理图编辑器，主要用于原理图的设计。它可以为印制电路板设计提供网络表。该编辑器除了具有强大的原理图编辑功能以外，其分层组织设计功能、设计同步器、丰富的电气设计检验功能及强大而完善的打印输出功能，使用户可以轻松完成所需的设计任务。（2）印制电路板设计系统它是一个功能强大的印制电路板设计编辑器，具有非常专业的交互式布线及元件布局

11、的特点，用于印制电路板（PCB）的设计并最终产生 PCB 文件，直接关系到印制电路板的生产。Protel99SE 的印制电路板设计系统可进行多达 32 层信号层、16 层内部电源/接地层的布线设计，交互式的元件布置工具极大地减少了印制板设计的时间。同时它还包含一个具有专业水准的 PCB 信号完整性分析工具、功能强大的打印管理系统、一个先进的 PCB 三维视图预览工具。此外Protel99SE 还包含一个功能强大的基于 SPICE 3f5 的模/数混合信号仿真器，使设计者可以方便地在设计中对一组混合信号进行仿真分析。同时，它还提供了一个高效、通用的可编程逻辑器件设计工具。2 系统系统设计设计2.

12、1 电路原理图电路原理图图 2-1 A/D 转换接口原理图2.2 PCB 板板 图 2-2 A/D 转换接口 PCB 板3 硬件设计硬件设计3.1 电源设计电源设计在 TI 公司的 DSP 系列中，C2xx 系列采用单一 5V 电压供电。C54xx 系列DSP 一般采用 3.3V 和 1.8V 电压供电，其中 I/O 采用 3.3V 电压，芯片采用1.8V，内核采用低电压供电可以降低整个芯片的工作功耗。实际常用直流电压一般为 5V 或者更高，所以必须采用电压转换芯片。将高电平转换成 3.3V 和1.8V，供 DSP 使用。TI 公司提供专门的电压转换芯片，供各个不同型号的 DSP使用。本次课程

13、设计使用的是 TPS7348（4.85V） 。图 3-1 TPS70348 的基本连接方法3.2 DSP 与与 TLV1571 的硬件连接的硬件连接TLV1571 与 C5409 的连接如图 3-2 所示。使用 DSP 的地址总线的 A0 引脚控制TLV1571 的片选信号，使用 DSP 的 XF 引脚控制 TLV1571 的读信号。DSP 和TLV1571 的数据总线和中断信号直接相连。图 3-2 TMS320C5409 与 TLV1571 的连接3.3 其他引脚和测试信号其他引脚和测试信号TMS320C5409 最小系统的连接如图 3-3 图 3-3-1 仿真器的连接 图 3-3-2 仿真

14、口的连接 图 3-3-3 分频器的连接 图 3-3-4 工作方式选择引脚4 软件设计软件设计4.1 A/D 主程序主程序* AD/DA 实验* 将 AD 采样的数据直接输出到 DA，用示波器检查输入信号和输出信号是否一致*.mmregs.def CodeEntry.def Eint1_ISR.dataData_DP:.textCodeEntry:STACK_SIZE.set 20HSTACK.usect STACK,STACK_SIZESTM #STACK+STACK_SIZE,SPLD#Data_DP,DP;主程序中必须定义 DATA_DPV_IPTR .set0080h;指向 0080H，

15、默认是 FF80LDMPMST,AAND#7FH,A;保留低 7 位，清掉高位OR#V_IPTR,A ;将新值传到高 9 位STLM A,PMST;修改 PMST 寄存器;Initialize the AD1571K_STARTSEL.set 17;D7 0:HARDWARE START 1:SOFTWARE STARTK_PROGEOC.set 06;D6 0:INT1:EOCK_CLKSEL .set 05;D5 0:Internal Clock 1:External ClockK_SWPWDN .set 04;D4 0:Normal1:Power DownK_MODESEL .set 0

16、3;D3 0:Single Channel1:Sweep ModeK_CR0 .set (K_STARTSEL|K_PROGEOC|K_CLKSEL|K_SWPWDN|K_MODESEL)5K_OSCSPD .set 06;D6 0:INT.OSC.SLOW1:INT. OSC. FASTK_OUTCODE .set 03;D3 0:Binary1:2s ComplementK_READREG .set 02;D2 0:Enable Self Test1:Register Read backK_STEST.set 0;0CONVERSION resultREADREG = 0;1SELF TE

17、ST 1 result;2SELF TEST 2 result;3SELF TEST 3 result;0Contents of CR0READREG = 1;1Contents of CR1K_CR1.set (100H|K_OSCSPD|K_OUTCODE|K_READREG|K_STEST) PARAM PAGE 0/*代码段*/.vectors : VECT PAGE 0/*中断向量表*/STACK : DARAM PAGE 1/*堆栈*/.bss: DARAM PAGE 1/*未命名段*/.data: DARAM PAGE 1/*数据段*/5 实验结果实验结果程序运行结果如图 5-1

18、 所示。图 5-1 程序运行结果图总结在短短的几十年里，随着信息技术革命的深入和计算机技术的飞速发展，数字信号处理技术已逐步发展成为一门主流技术，在数字式程控交换机、数字式移动电话、多媒体计算机、计算机网络、数字电视等领域取得了极其广泛的应用。课程设计是培养学生运用综合运用所学知识，发现、提出、分析和解决实际问题，锻炼实际能力的重要环节，是对我们实际工作能力的具体训练和考察过程。我们一组做的题目是 A/D 转换接口的设计，对于我们这些实践中的新手来说，这是一次考验。怎样才能找到课堂所学与实践运用的最佳结合点。这都是我们要考虑和努力的。在此次课程设计中，通过老师的精心指导和在网上找的资料，主要掌握了 A/D 转换接口的设计和运用 Protel 99SE 软件绘制原理图。在整个团队中，我主要负责原理图的绘制，想要制出既正确又美观的原理图并不是一件简单的事，其中尤其要注意引脚的连接和元器件的分装问题。在这方面，我同组的同学给了我很多帮助，使我熟悉了利用 Protel 绘制原理图。通过此次课程设计，我发现我对元器件的分装掌握的还不是很熟悉。这次课程设计使我懂得实践的重要性，只有理论知识远远不够，只有把所学的理论知识与实践相结合才能算是掌