C54系列DSP最小系统课程设计论文

1、学 号 1307080131 DSP原理及应用 课程设计说明书C54系列DSP最小系统设计起止日期： 2016 年 05 月 30 日 至 2016 年 06 月 03 日学生姓名孔亚杰班级13信科1班成绩指导教师(签字)计算机与信息工程学院电子信息工程系2016年06 月03 日天 津 城 建 大 学课程设计任务书2015 2016 学年第 二 学期 计算机与信息工程 学院 电子信息科学与技术 专业 1 班级课程设计名称： DSP原理及应用 设计题目： C54系列DSP最小系统设计 完成期限：自 2016 年 05 月 30 日至 2016 年 06 月 03 日共 1 周设计依据、要求及主

2、要内容（可另加附页）：一、课程设计的目的通过本课程设计，锻炼学生查阅资料、方案比较、运用知识的能力。使学生掌握C54系列DSP 芯片的结构、原理和典型应用，并且能够熟悉DSP的开发流程和基本的设计方法，既巩固所学的基础理论知识， 又为学生日后从事开发设计奠定基础。 二、课程设计的内容及要求 选择合适的器件，了解元器件的工作原理，进行DSP最小系统设计，完成1、硬件设计2、编写最小系统测试程序3、书写设计说明书三、参考资料：1、吴冬梅 张玉杰 北京大学出版社 DSP技术及应用2、戴明桢 周建江 北京航天航空大学出版社 TMS320C54X DSP结构、原理及应用3、王安民 陈明欣 清华大学出版社

3、 TMS320C54X XDSP实用技术4、苏涛.DSP实用技术 .西安:西安电子科技大学出版社指导教师（签字）： 系 主 任 （签字）： 批准日期： 年 月 日目 录绪论1第1章 芯片简介21.1 主控芯片TMS320VC5402的简介2第2章 总体设计32.1系统要实现的功能32.1.1最小系统部分的设计32.1.2扩展电路的设计32.2 系统的设计流程32.3原理框图4第3章 电路设计53.1 电源产生电路设计53.2 MS320VC5402的供电设计53.3 复位电路的设计63.4 时钟电路的设计63.5 JTAG仿真接口的设计7第4章 仿真工作原理及测试步骤84.1 仿真84.2 测

4、试程序8总 结9参考文献10附 录11绪论DSP（Digital Signal Processor）是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号。再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。在近20多年时间里，DSP芯片的应用越来越广泛，已经从军事、航空航天领域扩大到信号处理、通信、雷达、消费等许多领域

5、，主要应用有信号处理、通信、语音、图形、图像、军事、仪器仪表、自动控制、医疗、家用电器等。DSP主要应用市场为3C领域，占整个市场需求的90%。数字蜂窝电话是DSP最为重要的应用领域之一。由于DSP具有强大的计算能力，使得移动通信的蜂窝电话重新崛起，并创造了一批诸如GSM、CDMA等全数字蜂窝电话网。在Modem器件中，DSP更是成效卓著，不仅大幅度提高了传输速率，且具有接收动态图像能力。另外，可编程多媒体DSP是PC领域的主流产品。以XDSL Modem为代表的高速通信技术与MPEG图像技术相结合，使得高品位的音频和视频形式的计算机数据有可能实现实时交换。目前的硬盘空间相当大，这主要得益于C

6、DSP（可定制DSP）的巨大作用。预计在今后的PC机中，一个DSP即可完成全部所需的多媒体处理功能。DSP也是消费类电子产品中的关键器件。由于DSP的广泛应用，数字音响设备的更新换代周期变得非常短暂。用于图像处理的DSP，一种用于JPEG标准的静态图像数据处理；另一种用于动态图像数据处理。第1章 芯片简介1.1 主控芯片TMS320VC5402的简介TMS320VC5402是TI公司的第七代DSP芯片之一，它具有优化的CPU结构，内部有1个40位的算术逻辑单元(包括一个40位的桶式移位寄存器和2个独立的40位累加器)，一个17×17的乘法器和一个40位专用加法器，16K字RAM空间和

7、4K×16bit ROM 空间。共20根地址线，可寻址64KB数据区和1MB程序区，具有64KI/O空间。处理速度为 l00MIPS，速度高、功耗低。TMS320VC5402 采用修正的哈佛结构和8总线结构(4条程序/数据总线和4条地址总线)，以提高运算速度和灵活性。在严格的哈佛结构中，程序存储器和数据存储器分别设在两个存储空间，这样就允许取址和执行操作完全重叠。修正的哈佛结构中，允许在程序和数据空间之间传送数据，从而使处理器具有在单个周期内同时执行算术运算、逻辑运算、位操作、乘法累加运算以及访问程序和数据存储器的强大功能。与修正的哈佛结构相配合，TMS320VC5402还采用了一个

8、6级深度的指令流水线，每条流水线之间彼此独立，在任何一个机器周期内可以有16条不同的指令在同时工作，每条指令工作在不同的流水线上，使指令的执行时间减小到最小和增大处理器的吞吐量。TMS320VC5402的硬件结构具有硬件乘法器、8总线结构、功能强大的片内存储器配置和低功耗设计的特点。因此，可以进行高速并行处理；同时，集成度高可节省硬件开销，提高系统抗干扰性。它除了完成数字信号处理任务外，还可以兼顾通用单片机的操作任务。因此，它是集数字信号处理与通用控制电路于一体的，多功能低功耗微处理器。综上所述TMS320VC5402的主要特点如下：1）多总线结构，片内3套16bit数据总线CB、DB、EB和

9、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)。2）40bit的ALU(算术逻辑单元)，包含1个40bit的桶形移位器和2个40bit的累加器，1个17×17bit的乘法器和一个40bit的专用加法器，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。3）片内4k×16bit的ROM，16k×16bit的DARAM。4）程序空间扩展到1MB，数据和I/O空间各64kB，20条地址线，16条数据线。5）6级流水线完成一条指令:预取指、取指、译码、寻址、读数、执行。6）片上有JTAG仿真接口。第2章

10、总体设计2.1系统要实现的功能DSP 最小系统的设计是本次设计的主要任务，课题以TMS320C5402 为核心器件，并利用外存储器对最小系统电路进行扩展。在介绍TMS320C5402基本特点的基础上，借鉴国内外现有技术成果的，研究DSP相关技术，开发出DSP最小系统板。2.1.1最小系统部分的设计能够用于基本的数字信号处理，运行一些简单的程序。此部分主要包括电源电路、复位电路、时钟电路、JTAG 接口的设计等。2.1.2扩展电路的设计对于DSD最小系统，DSP芯片等在芯片出厂时不可能让片内存储器的大小满足所有功能的要求 ，如果将片内存储器做太大，必然造成芯片成本的提高，而太大的片内存储器对很多

11、用户来说是浪费。2.2 系统的设计流程一个DSP应用系统的设计过程大致分为以下几个部分，各部分的相互关系如图系统要求的描述确定DSP芯片及外围设备总体设计确定软硬硬件分工硬件设计软件设计及调试系统测试图2-1 流程图2.3原理框图基于TMS320C5402最小系统系统框图。此最小系统主要由时钟及复位电路、JTAG仿真调试接口电路以及供电系统，外加Watchdog电路等模块构成。系统框图2-2所示。JTAG仿真 调试接口WatchdogTMS320C540X复位电路产生3.3V和1.8V电源电路时钟电路产生5V电源电路图2-2 原理框图14第3章 电路设计3.1 电源产生电路设计此电路主要功能是

12、将220V的交流电经变压器降成9V交流电，通过整流桥整流、电容滤波、再通过三端集成稳压器LM7805，输出稳定的+5V直流电，为TPS767D318提供+5V电源。电路图如图3-2所示：图3-1电源产生电路3.2 MS320VC5402的供电设计TMS320VC540采用了双电源供电机制，以获得更好的性能，其工作电压为3.3V和 1.8V。其中，1.8V主要为该器件的内部逻辑提供电压，包括CPU和其他所有的外设逻辑。与3.3V供电相比，1.8V供电大大降低功耗。外部接口引脚仍然采用3.3V电压，便于直接与外部低压器件接口，而无需额外的电平变换电路。其电路图如图3-3所示：图3-2TMS320V

13、C5402电源设计3.3 复位电路的设计复位电路是控制系统不可缺少的组成部分，常用的复位电路有上电复位、手动复位和看门狗复位等。前两种复位方式属于硬件复位，看门狗复位属于软件复位。本设计采用了手动复位和看门狗复位两种方式。通过按键实现手动复位的操作如下：当按键按下时，将电容C12上的电荷通过按钮串接的电阻R3释放掉，使电容C12上的电压降为0。当按钮松开时，由于电容C12上的电压不能突变，所以通过电阻R2进行充电，充电时间由R2和C12的乘积值决定，一般要求大于5个外部时钟周期，可根据具体情况选择。C5402芯片复位引脚，低电平有效，通过电容的这一充放电过程，就可以实现手动按钮复位。看门狗电路

14、除了具有上电复位功能外，还起着监视系统运行的作用。系统在运行过程中通过I/O输出给看门狗的输入端WDI脚正脉冲（频率不小于10HZ），若两次脉冲的时间间隔不大于1.6秒，则WDO引脚永远为高电平，说明DSP程序执行正常。但如果程序跑飞，就不可能按时通过I/O口输出发出正脉冲。当两次发出正脉冲的时间间隔大于1.6秒时，看门狗便使WDO置为低电平，将使系统复位。两模块的连接方式如图3-4所示：图3-3 复位电路3.4 时钟电路的设计时钟电路用来为TMS320VC5402芯片提供时钟信号，由一个内部振荡器和一个锁相环PLL组成，可通过晶振或外部的时钟驱动。为DSP芯片提供时钟一般有两种方法：一种是使

15、用外部时钟源的时钟信号，将外部时钟信号直接加到DSP芯片的X2/CLKIN引脚，X1引脚悬空。外部时钟源可以采用频率稳定的晶体振荡器，具有使用方便，价格便宜，因而得到广泛应用。另一种方法是利用DSP芯片内部的振荡器构成时钟电路，在芯片的Xl和X2/CLKIN引脚之间接入一个晶体，用于启动内部振荡器。锁相环PLL具有频率放大和时钟信号提存的作用。硬件配置PLL只需通过设定DSP的3个引脚（CLKMD1、CLKMD2和CLKMD3）的状态来选择时钟方式。根据PLL乘系数的不同组合可以得到0.25-15的31个乘系数，从而来控制时钟的工作频率。本设计的时钟电路如图3-5所示，使用DSP内部振荡器解法

16、的时钟电路，晶振为10MHz，起振电容选用22 pF。只需硬件PLL即可使DSP工作在2.5MHz-150MHz之间的31个频率点上。图3-4 时钟电路3.5 JTAG仿真接口的设计目前流行的DSP都备有标准的JTAG（Joint Test Action Group）接口，主要用于在线仿真调试。5402提供了片上的JTAG接口，方便了仿真调试。使用时只需将5402的TMS、TDI、TDO、TRST、TCK、EMU0、EMUI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系统板。系统板和仿真器之间的链接电缆长度不超过6英寸（约15.24厘米）时，5402与JTAG接口连接图如图3-

17、6所示。其中，EMU0和EMUl是仿真信号引脚，为了在仿真器和JTAG目标系统之间提供高质量的信号，用户必须提供正确的信号缓冲，为此EMU0和EMUl必须由上拉电阻连接到VCC，以提供小于10us的信号上升时间。当5402和仿真器之间的链接电缆长度超过6英寸时，应在数据传输线上加驱动。图3-5 JTAG接口的设计第4章 仿真工作原理及测试步骤4.1 仿真DSP 通过JTAG 接口与仿真器相连，仿真器则通过USB与电脑连接。电脑上的编译软件CCS2是通过仿真器将程序下载到DSP内运行的。在使用JTAG协议调试程序时，CCS2亦通过仿真器与DSP交流信息，如CCS2将控制信号通过JTAG接口送到D

18、SP以控制程序的运行，而DSP亦通过该接口将采样信号、运算结果或运行状态送到CCS2进行显示以便观察调试。DSP最小系统的测试步骤如下。1系统连接。进行DSP实验之前，先必须连接好仿真器、DSP最小系统板卡及计算机。2电复位。在硬件安装完成后，确认安装正确、各个实验部件及电源连接正常后，接通仿真器电源并启动计算机，此时，仿真盒上的“红色小灯”应 点 亮 ，否则DSP 开发系统与计算机连接有问题。3运行CCS2程序。实验板上电，启动CCS 2，CCS2正常启动，表明系统连接正常，否则仿真器的连接、JTAG 接口或者CCS2相关设置存在问题，断开电源，检查仿真器的连接、JTAG接口连接，或检查CC

19、S2相关设置是否正确。成功运行程序后，在CCS2环境下程序编写、调试、编译、装载、使用观察窗口等。4.2 测试程序应用程序是要在硬件板上独立运行的源程序,为了叙述方便,编写一个简单的发光二极管(LED)闪烁测试程序。使用CCS汇编语言编写的测试程序请见附录。总 结作为一个信科的学生，掌握DSP系统的设计技术是非常重要的，随着科学技术的发展，DSP在3G领域和各类电子产品占有重要地位，但之前只是学习了相关的理论知识，对那些抽象的概念和设计思路没有透彻的理解。通过对本课题的学习，了解了DSP系统的设计及应用，锻炼独立设计电路的能力和动手能力。本设计主要选用合适的DSP、电源模块、时钟电路、存储器电路设计搭建最小DSP系统，并在设计好的硬件平台上实现卷积实验。实验结果表明，将此设计应用于能较好的用于各种数字信号处理。通过这次课程设计我学到了很多东西，尤其是做好一件事实在是不容易，特别是在