DSP系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用實例

TMS320C54x的硬件設(shè)計內(nèi)容提要

DSP系統(tǒng)的硬件設(shè)計，在設(shè)計思路和資源組織上與一般的CPU和MCU有所不同。本章主要介紹基于TMS320C54x芯片的DSP系統(tǒng)硬件設(shè)計，內(nèi)容有：

●硬件設(shè)計概述

●DSP系統(tǒng)的基本設(shè)計●

DSP的電平轉(zhuǎn)換電路設(shè)計●

DSP存儲器和I/O的擴(kuò)展●

DSP與A/D和D/A轉(zhuǎn)換器的接口

首先介紹硬件設(shè)計概述，給出DSP系統(tǒng)硬件設(shè)計過程；然后介紹DSP系統(tǒng)的基本設(shè)計和電平轉(zhuǎn)換電路設(shè)計。在基本設(shè)計中，講述了DSP芯片的電源電路、復(fù)位電路和時鐘電路的設(shè)計方法，并在此基礎(chǔ)上介紹了電平轉(zhuǎn)換電路；接著介紹了存儲器和I/O的擴(kuò)展以及DSP與數(shù)/模、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的接口；最后通過兩個設(shè)計實例，介紹了DSP芯片應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計、調(diào)試和開發(fā)過程。

TMS320C54x的硬件設(shè)計硬件設(shè)計概述

DSP系統(tǒng)的基本設(shè)計DSP的電平轉(zhuǎn)換電路設(shè)計DSP存儲器和I/O的擴(kuò)展DSP與A/D和D/A轉(zhuǎn)換器的接口TMS320C54x的硬件設(shè)計硬件設(shè)計概述

DSP系統(tǒng)的硬件設(shè)計又稱為目標(biāo)板設(shè)計，是在考慮算法需求、成本、體積和功耗核算的基礎(chǔ)上完成的，一個典型的DSP目標(biāo)板主要包括：

DSP芯片及DSP基本系統(tǒng)程序和數(shù)據(jù)存儲器數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換器模擬控制與處理電路各種控制口和通信口電源處理電路和同步電路TMS320C54x的硬件設(shè)計硬件設(shè)計概述

一個典型的DSP目標(biāo)板結(jié)構(gòu)如下圖。

防混疊濾波器防混疊濾波器平滑濾波器平滑濾波器ADCADCDACDACTMS320C54x通信口控制口RAMEPROM信號預(yù)處理、MUX、程控放大等TMS320C54x的硬件設(shè)計硬件設(shè)計概述

系統(tǒng)硬件設(shè)計過程：

確定硬件方案器件選型原理圖設(shè)計PCB圖設(shè)計硬件調(diào)試第一步：確定硬件實現(xiàn)方案；

在考慮系統(tǒng)性能指標(biāo)、工期、成本、算法需求、體積和功耗核算等因素的基礎(chǔ)上，選擇系統(tǒng)的最優(yōu)硬件實現(xiàn)方案。

第二步：器件的選擇；一個DSP硬件系統(tǒng)除了DSP芯片外，還包括ADC、DAC、存儲器、電源、邏輯控制、通信、人機(jī)接口、總線等基本部件。TMS320C54x的硬件設(shè)計硬件設(shè)計概述

第二步：器件的選擇；①

DSP芯片的選擇

選擇DSP芯片要綜合多種因素，折衷考慮。

首先要根據(jù)系統(tǒng)對運算量的需求來選擇；

其次要根據(jù)系統(tǒng)所應(yīng)用領(lǐng)域來選擇合適的DSP芯片；

最后要根據(jù)DSP的片上資源、價格、外設(shè)配置以及與其他元部件的配套性等因素來選擇。②

ADC和DAC的選擇

A/D轉(zhuǎn)換器的選擇應(yīng)根據(jù)采樣頻率、精度以及是否要求片上自帶采樣、多路選擇器、基準(zhǔn)電源等因素來選擇；

D/A轉(zhuǎn)換器應(yīng)根據(jù)信號頻率、精度以及是否要求自帶基準(zhǔn)電源、多路選擇器、輸出運放等因素來選擇。TMS320C54x的硬件設(shè)計硬件設(shè)計概述

第二步：器件的選擇；③

存儲器的選擇

常用的存儲器有SRAM、EPROM、E2PROM和FLASH等?？梢愿鶕?jù)工作頻率、存儲容量、位長(8/16/32位)、接口方式(串行還是并行)、工作電壓(5V/3V)等來選擇。

④

邏輯控制器件的選擇

系統(tǒng)的邏輯控制通常是用可編程邏輯器件來實現(xiàn)。

首先確定是采用CPLD還是FPGA；

其次根據(jù)自己的特長和公司芯片的特點選擇哪家公司的哪個系列的產(chǎn)品；

最后還要根據(jù)DSP的頻率來選擇所使用的PLD器件。TMS320C54x的硬件設(shè)計硬件設(shè)計概述

第二步：器件的選擇；⑤

通信器件的選擇

通常系統(tǒng)都要求有通信接口。

首先要根據(jù)系統(tǒng)對通信速率的要求來選擇通信方式。

一般串行口只能達(dá)到19kb/s，而并行口可達(dá)到1Mb/s以上，若要求過高可考慮通過總線進(jìn)行通信；

然后根據(jù)通信方式來選擇通信器件。

⑥

總線的選擇

常用總線：PCI、ISA以及現(xiàn)場總線(包括CAN、3xbus等)。

可以根據(jù)使用的場合、數(shù)據(jù)傳輸要求、總線的寬度、傳輸頻率和同步方式等來選擇。TMS320C54x的硬件設(shè)計硬件設(shè)計概述

第二步：器件的選擇；⑦

人機(jī)接口

常用的人機(jī)接口主要有鍵盤和顯示器。

通過與其他單片機(jī)的通信構(gòu)成；

與DSP芯片直接構(gòu)成。

⑧

電源的選擇

主要考慮電壓的高低和電流的大小。

既要滿足電壓的匹配，又要滿足電流容量的要求。

TMS320C54x的硬件設(shè)計硬件設(shè)計概述

系統(tǒng)硬件設(shè)計過程：

確定硬件方案器件選型原理圖設(shè)計PCB圖設(shè)計硬件調(diào)試第三步：原理圖設(shè)計；

從第三步開始就進(jìn)入系統(tǒng)的綜合。在原理圖設(shè)計階段必須清楚地了解器件的特性、使用方法和系統(tǒng)的開發(fā)，必要時可對單元電路進(jìn)行功能仿真。第一步：確定硬件實現(xiàn)方案；

第二步：器件的選擇；TMS320C54x的硬件設(shè)計硬件設(shè)計概述

第三步：原理圖設(shè)計；

原理圖設(shè)計包括：

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

可分為單DSP結(jié)構(gòu)和多DSP結(jié)構(gòu)、并行結(jié)構(gòu)和串行結(jié)構(gòu)、全DSP結(jié)構(gòu)和DSP/MCU混合結(jié)構(gòu)等；

模擬數(shù)字混合電路的設(shè)計

主要用來實現(xiàn)DSP與模擬混合產(chǎn)品的無逢連接。

包括信號的調(diào)理、A/D和D/A轉(zhuǎn)換電路、數(shù)據(jù)緩沖等。

TMS320C54x的硬件設(shè)計硬件設(shè)計概述

第三步：原理圖設(shè)計；

原理圖設(shè)計包括：

存儲器的設(shè)計是利用DSP的擴(kuò)展接口進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲器、程序存儲器和I/O空間的配置。

通信接口的設(shè)計

電源和時鐘電路的設(shè)計

控制電路的設(shè)計

包括狀態(tài)控制、同步控制等。

TMS320C54x的硬件設(shè)計硬件設(shè)計概述

系統(tǒng)硬件設(shè)計過程：

確定硬件方案器件選型原理圖設(shè)計PCB圖設(shè)計硬件調(diào)試第四步：PCB設(shè)計；

第五步：硬件調(diào)試；

PCB圖的設(shè)計要求設(shè)計人員既要熟悉系統(tǒng)的工作原理，還要清楚布線工藝和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計。TMS320C54x的硬件設(shè)計

DSP系統(tǒng)的基本設(shè)計

一個完整的DSP系統(tǒng)通常是由DSP芯片和其他相應(yīng)的外圍器件構(gòu)成。

本節(jié)主要以TMS320C54x系列芯片為例，介紹DSP硬件系統(tǒng)的基本設(shè)計，包括:

電源電路復(fù)位電路時鐘電路TMS320C54x的硬件設(shè)計DSP系統(tǒng)的基本設(shè)計為了降低芯片功耗，’C54x系列芯片大部分都采用低電壓設(shè)計，并且采用雙電源供電，即

電源電路的設(shè)計

內(nèi)核電源CVDDI/O電源DVDD

——采用3.3V、2.5V，或1.8V電源；——采用3.3V供電。TMS320C54x的硬件設(shè)計

電源電路的設(shè)計

內(nèi)核電源CVDD：采用1.8V。

主要為芯片的內(nèi)部邏輯提供電壓。

包括CPU、時鐘電路和所有的外設(shè)邏輯。

I/O電源DVDD：采用3.3V。

主要供I/O接口使用。電源電壓和電流要求

為了獲得更好的電源性能，’C5402芯片采用雙電源供電方式。可直接與外部低壓器件接口，而無需額外的電平變換電路。

TMS320C54x的硬件設(shè)計理想情況下，兩電源應(yīng)同時加電。若不能做到同時加電，應(yīng)先對DVDD加電，然后再對CVDD加電。

內(nèi)部靜電保護(hù)電路：

電源電壓和電流要求

’C5402芯片的加電次序：DVDDCVDD

要求:

DVDD電壓不超過CVDD電壓2V；CVDD電壓不超過DVDD電壓0.5V。TMS320C54x的硬件設(shè)計

內(nèi)核電源CVDD所消耗的電流主要取決于CPU的激活度。

電源電壓和電流要求

’C5402芯片的電流消耗主要取決于器件的激活度。

外設(shè)消耗的電流取決于正在工作的外設(shè)及其速度。

時鐘電路消耗一小部分電流，而且是恒定的，與CPU和外設(shè)的激活程度無關(guān)。

I/O電源DVDD消耗的電流取決于外部輸出的速度、數(shù)量以及輸出端的負(fù)載電容。TMS320C54x的硬件設(shè)計電源電路的設(shè)計

電源電壓的產(chǎn)生

DSP芯片采用的供電方式，主要取決于應(yīng)用系統(tǒng)中提供什么樣的電源。在實際中，大部分?jǐn)?shù)字系統(tǒng)所使用的電源可工作于5V或3.3V，因此有兩種產(chǎn)生芯片電源電壓的方案。TMS320C54x的硬件設(shè)計電源電路的設(shè)計

電源電壓的產(chǎn)生

第一種方案：

5V電源通過兩個電壓調(diào)節(jié)器，分別產(chǎn)生3.3V和1.8V電壓。

電壓調(diào)節(jié)器1電壓調(diào)節(jié)器2DVDD(3.3V)CVDD(1.8V)5V

第二種方案：

電壓調(diào)節(jié)器DVDD(3.3V)CVDD(1.8V)3.3V使用一個電壓調(diào)節(jié)器，產(chǎn)生1.8V電壓，而DVDD直接取自3.3V電源。TMS320C54x的硬件設(shè)計電源電路的設(shè)計

電源解決方案

產(chǎn)生電源的芯片:

Maxim公司：MAX604、MAX748；

TI公司：TPS71xx、TPS72xx、TPS73xx等系列。

這些芯片可分為:線性穩(wěn)壓芯片開關(guān)電源芯片

——

使用方法簡單，電源紋波電壓較低，對系統(tǒng)的干擾較小，但功耗高。

——

電源效率高，但電源所產(chǎn)生的紋波電壓較高，容易對系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。TMS320C54x的硬件設(shè)計電源解決方案DSP系統(tǒng)電源方案有以下幾種：

采用3.3V單電源供電

可選用TI公司的TPS7133、TPS7233和TPS7333；Maxim公司的MAX604、MAX748。采用可調(diào)電壓的單電源供電

可選用TI公司的TPS7101、TPS7201和TPS7301。

采用雙電源供電

可選用TI公司的TPS73HD301、TPS73HD325、TPS73HD318等芯片。TMS320C54x的硬件設(shè)計①

采用3.3V單電源供電由MAX748芯片構(gòu)成的電源。

V+MAX748V+SHENV+REFLXNCLXNCLXNCGNDSSGNDCCOUTVcc1000pF0.047F330pF22H22H+3.3V12345678910111213141516

電源電壓：3.3V

最大電流：2ATMS320C54x的硬件設(shè)計②

采用可調(diào)電壓的單電源供電

TI公司的TPS7101、TPS7201和TPS7301等芯片提供了可調(diào)節(jié)的輸出電壓，其調(diào)節(jié)范圍為1.2V~9.75V，可通過改變兩個外接電阻阻值來實現(xiàn)。TPS7301INRESETENOUTFBGND

VI250k0.1FR1R210FCSR=1至系統(tǒng)復(fù)位V0>2.7V<0.5VTMS320C54x的硬件設(shè)計②

采用可調(diào)電壓的單電源供電

輸出電壓與外接電阻的關(guān)系式：

Vref為基準(zhǔn)電壓，典型值為1.182V。R1和R2為外接電阻，通常所選擇的阻值使分壓器電流近似為7A。輸出電壓V0與外電阻R1和R2的編程表:輸出電壓V0

R1

R2

輸出電壓V0

R1

R2

1.5V45k

169k

3.6V348k

169k

1.8V88k

169k

4V402k

169k

2.5V191k

169k

5V549k

169k

3.3V309k

169k

6.4V750k

169k

TMS320C54x的硬件設(shè)計③

采用雙電源供電

TI公司提供的雙電源芯片：

TPS73HD301TPS73HD325TPS73HD318

固定的輸出電壓:3.3V

可調(diào)的輸出電壓:1.2V~9.75V

—

固定的輸出電壓:3.3V和2.5V

—

固定的輸出電壓:3.3V和1.8V

每路電源的最大輸出電流為750mA，并且提供兩個寬度為200ms的低電平復(fù)位脈沖。TMS320C54x的硬件設(shè)計③

采用雙電源供電由TPS73HD318芯片組成的雙電源電路。NC1RESETNCNC1GNDNC1ENFB/SENSE1IN1OUT1IN1OUTNC2RESETNCNC2GNDNC2EN2SENSE2IN2OUT2IN2OUTNCNCNCNCC333F3.3V1234567910111213171516814CVDD

TMS320VC5402DVDDGND&18192021222324252627281.8VD2D3C233FC11FC01F5VR1100kR2100kPGRESETtoDSPTPS73HD318DL5817DL4148DL4148D1TMS320C54x的硬件設(shè)計DSP系統(tǒng)的基本設(shè)計復(fù)位電路的設(shè)計

’C54x的復(fù)位輸入引腳RS為處理器提供了一種硬件初始化的方法,它是一種不可屏蔽的外部中斷,可在任何時候?qū)Α疌54x進(jìn)行復(fù)位。

當(dāng)系統(tǒng)上電后，RS引腳應(yīng)至少保持5個時鐘周期穩(wěn)定的低電平，以確保數(shù)據(jù)、地址和控制線的正確配置。復(fù)位后(RS回到高電平)，CPU從程序存儲器的FF80H單元取指，并開始執(zhí)行程序。TMS320C54x的硬件設(shè)計復(fù)位電路的設(shè)計

’C54x的復(fù)位分為軟件復(fù)位和硬件復(fù)位。

軟件復(fù)位：是通過執(zhí)行指令實現(xiàn)芯片的復(fù)位。

硬件復(fù)位：是通過硬件電路實現(xiàn)復(fù)位。

硬件復(fù)位有以下幾種方法:

上電復(fù)位

手動復(fù)位

自動復(fù)位

TMS320C54x的硬件設(shè)計復(fù)位電路的設(shè)計上電復(fù)位電路上電復(fù)位電路是利用RC電路的延遲特性來產(chǎn)生復(fù)位所需要的低電平時間。

由RC電路和施密特觸發(fā)器組成。TMS320C54xRS11C

RVCC74HC14TMS320C54x的硬件設(shè)計上電復(fù)位電路上電瞬間,由于電容C上的電壓不能突變,使RS仍為低電平,芯片處于復(fù)位狀態(tài),同時通過電阻R對電容C進(jìn)行充電,充電時間常數(shù)由R和C的乘積確定。

為了使芯片正常初始化，通常應(yīng)保證RS低電平的時間至少持續(xù)3個外部時鐘周期。但在上電后,系統(tǒng)的晶體振蕩器通常需要100~200ms的穩(wěn)定期,因此由RC決定的復(fù)位時間要大于晶體振蕩器的穩(wěn)定期。

為了防止復(fù)位不完全，RC參數(shù)可選擇大一些。

TMS320C54x的硬件設(shè)計上電復(fù)位電路復(fù)位時間可根據(jù)充電時間來計算。電容電壓：VC=VCC(1-e-t/)

時間常數(shù)：=RC

復(fù)位時間：

設(shè)VC=1.5V為閾值電壓,選擇R

=100k,C

=4.7F,電源電壓VCC

=5V，可得復(fù)位時間t

=167ms。

隨后的施密特觸發(fā)器保證了低電平的持續(xù)時間至少為167ms，從而滿足復(fù)位要求。TMS320C54x的硬件設(shè)計

復(fù)位電路的設(shè)計手動復(fù)位電路手動復(fù)位電路是通過上電或按鈕兩種方式對芯片進(jìn)行復(fù)位。TMS320C54xRSCRVCCR1

電路參數(shù)與上電復(fù)位電路相同。

當(dāng)按鈕閉合時，電容C通過按鈕和R1進(jìn)行放電，使電容C上的電壓降為0；

當(dāng)按鈕斷開時，電容C的充電過程與上電復(fù)位相同，從而實現(xiàn)手動復(fù)位。

TMS320C54x的硬件設(shè)計復(fù)位電路的設(shè)計自動復(fù)位電路由于實際的DSP系統(tǒng)需要較高頻率的時鐘信號,在運行過程中極容易發(fā)生干擾現(xiàn)象，嚴(yán)重時可能會造成系統(tǒng)死機(jī)，導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常工作。

為了解決這種問題，除了在軟件設(shè)計中加入一些保護(hù)措施外，硬件設(shè)計還必須做出相應(yīng)的處理。

目前，最有效的硬件保護(hù)措施是采用具有監(jiān)視功能的自動復(fù)位電路，俗稱“看門狗”電路。

TMS320C54x的硬件設(shè)計自動復(fù)位電路自動復(fù)位電路除了具有上電復(fù)位功能外，還能監(jiān)視系統(tǒng)運行。

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障或死機(jī)時可通過該電路對系統(tǒng)進(jìn)行自動復(fù)位。

基本原理：是通過電路提供的監(jiān)視線來監(jiān)視系統(tǒng)運行。當(dāng)系統(tǒng)正常運行時，在規(guī)定的時間內(nèi)給監(jiān)視線提供一個變化的高低電平信號，若在規(guī)定的時間內(nèi)這個信號不發(fā)生變化，自動復(fù)位電路就認(rèn)為系統(tǒng)運行不正常，并對系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位。TMS320C54x的硬件設(shè)計自動復(fù)位電路自動復(fù)位電路的設(shè)計方案：

用555定時器和計數(shù)器組成；

采用專用的自動復(fù)位集成電路。

如Maxim公司的MAX706、MAX706R芯片。

MAX706R是一種能與具有3.3V工作電壓的DSP芯片相匹配的自動復(fù)位電路。TMS320C54x的硬件設(shè)計自動復(fù)位電路由MAX706R組成的自動復(fù)位電路如圖：MAX706RMRWDOVCCRESGNDWDIPFIPFO12345678RSVCC至DSP的復(fù)位端CLK來自DSP的輸出端TMS320C54x的硬件設(shè)計自動復(fù)位電路引腳6為系統(tǒng)提供的監(jiān)視信號CLK，來自DSP芯片某個輸出端，是一個通過程序產(chǎn)生的周期不小于10Hz的脈沖信號。

引腳7為低電平復(fù)位輸出信號，是一個不小于1.6s的復(fù)位脈沖，用來對DSP芯片復(fù)位。

當(dāng)DSP處于不正常工作時，由程序所產(chǎn)生的周期脈沖CLK將會消失,自動復(fù)位電路將無法接收到監(jiān)視信號，MAX706R芯片將通過引腳7產(chǎn)生復(fù)位信號，使系統(tǒng)復(fù)位，程序重新開始運行，強迫系統(tǒng)恢復(fù)正常工作。TMS320C54x的硬件設(shè)計DSP系統(tǒng)的基本設(shè)計

時鐘電路的設(shè)計

時鐘電路用來為’C54x芯片提供時鐘信號，由一個內(nèi)部振蕩器和一個鎖相環(huán)PLL組成，可通過芯片內(nèi)部的晶體振蕩器或外部的時鐘電路驅(qū)動。

1.時鐘信號的產(chǎn)生

’C54x時鐘信號的產(chǎn)生有兩種方法：

使用外部時鐘源；

使用芯片內(nèi)部的振蕩器。TMS320C54x的硬件設(shè)計時鐘信號的產(chǎn)生(1)

使用外部時鐘源

將外部時鐘信號直接加到DSP芯片的X2/CLKIN引腳，而X1引腳懸空。VDD外部晶振

X2/CLKINX1

外部時鐘源可以采用頻率穩(wěn)定的晶體振蕩器，具有使用方便，價格便宜，因而得到廣泛應(yīng)用。

TMS320C54x的硬件設(shè)計時鐘信號的產(chǎn)生(2)使用芯片內(nèi)部的振蕩器在芯片的X1和X2/CLKIN引腳之間接入一個晶體,用于啟動內(nèi)部振蕩器。C1C2晶體

X1

X2/CLKINC1=C2=20pF

TMS320C54x的硬件設(shè)計鎖相環(huán)PLL

鎖相環(huán)PLL具有頻率放大和時鐘信號提純的作用，利用PLL的鎖定特性可以對時鐘頻率進(jìn)行鎖定,為芯片提供高穩(wěn)定頻率的時鐘信號。

鎖相環(huán)還可以對外部時鐘頻率進(jìn)行倍頻，使外部時鐘源的頻率低于CPU的機(jī)器周期，以降低因高速開關(guān)時鐘所引起的高頻噪聲。’C54x的鎖相環(huán)有兩種形式：

硬件配置的PLL：

軟件可編程PLL：

用于’C541、’C542、’C543、’C545和’C546；

用于’C545A、’C546A、’C548、’C549、’C5402、’C5410和’C5420。

TMS320C54x的硬件設(shè)計鎖相環(huán)PLL硬件配置的PLL是通過設(shè)定’C54x的3個時鐘模式引腳(CLKMD1、CLKMD2和CLKMD3)的狀態(tài)來選擇時鐘方式。(1)

硬件配置的PLL

上電復(fù)位時，’C54x根據(jù)這三個引腳的電平，決定PLL的工作狀態(tài)，并啟動PLL工作。

TMS320C54x的硬件設(shè)計(1)

硬件配置的PLL硬件PLL的配置方式引腳狀態(tài)時鐘方式CLKMD1CLKMD2CLKMD3方案一方案二000工作頻率=外部時鐘源3工作頻率=外部時鐘源5110工作頻率=外部時鐘源2工作頻率=外部時鐘源4100工作頻率=內(nèi)部時鐘器3工作頻率=內(nèi)部時鐘器5010工作頻率=外部時鐘源1.5工作頻率=外部時鐘源4.5001工作頻率=外部時鐘源2工作頻率=外部時鐘源2111工作頻率=內(nèi)部時鐘器2工作頻率=內(nèi)部時鐘器2101工作頻率=外部時鐘源1工作頻率=外部時鐘源1011停止工作停止工作

TMS320C54x的硬件設(shè)計鎖相環(huán)PLL軟件配置的PLL具有高度的靈活性。它是利用編程對時鐘方式寄存器CLKMD的設(shè)定，來定義PLL時鐘模塊中的時鐘配置。

軟件PLL的時鐘定標(biāo)器提供各種時鐘乘法器系數(shù)，并能直接接通和關(guān)斷PLL。

軟件PLL的鎖定定時器可以用于延遲轉(zhuǎn)換PLL的時鐘方式，直到鎖定為止。(2)

軟件配置的PLLTMS320C54x的硬件設(shè)計

軟件配置的PLL

通過軟件編程，可以使軟件PLL實現(xiàn)兩種工作方式：

PLL方式，即倍頻方式。

芯片的工作頻率等于輸入時鐘CLKIN乘以PLL的乘系數(shù)，共有31個乘系數(shù)，取值范圍為0.25~15。

DIV方式，即分頻方式。

對輸入時鐘CLKIN進(jìn)行2分頻或4分頻。TMS320C54x的硬件設(shè)計DSP的電平轉(zhuǎn)換電路設(shè)計5V

CMOS、5V

TTL和3.3V

TTL電平的轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)：

各種電平的轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)5V5V3.3V4.43.52.51.50.5000.40.81.52.02.40.40.81.52.02.40VCCVOHVIHVTVILVOLGNDVCCVOHVIHVTVILVOLGNDVCCVOHVIHVTVILVOLGND5V

CMOS5V

TTL標(biāo)準(zhǔn)TTL3.3V

TTLLVT,LVC,LVVOH:

輸出高電平的下限值；VOL:

輸出低電平的上限值；VIH:

輸入高電平的下限值；VIL:

輸入低電平的上限值。

5V

TTL和3.3V

TTL:

轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)相同

5V

CMOS和3.3V

TTL:

存在電平匹配的問題TMS320C54x的硬件設(shè)計DSP的電平轉(zhuǎn)換電路設(shè)計

一個系統(tǒng)同時存在3.3V和5V系列芯片時，必須考慮它們之間的電壓兼容性的問題。3V與5V電平轉(zhuǎn)換的形式

①

3.3V的芯片是否能承受5V電壓；②

驅(qū)動器件的輸出邏輯電平與負(fù)載器件要求的輸入邏輯電平是否匹配；③

驅(qū)動電路允許輸出的最大電流是否大于負(fù)載器件所要求的輸入電流。TMS320C54x的硬件設(shè)計DSP的電平轉(zhuǎn)換電路設(shè)計

DSP與外圍器件的接口(1)

DSP芯片與3V器件的接口

從目前的趨勢來看，使用低電壓的3V系列芯片已成為發(fā)展方向，所以在設(shè)計DSP系統(tǒng)時應(yīng)盡量選用3V的芯片。這樣既可以設(shè)計成一個低功耗的系統(tǒng),也避免了混合系統(tǒng)設(shè)計中的電平轉(zhuǎn)換問題。

DSP與3V器件的接口比較簡單，由于兩者電平一致，可以直接驅(qū)動。如DSP芯片可以直接與3V的Flash存儲器連接。

TMS320C54x的硬件設(shè)計

DSP與外圍器件的接口(2)

DSP芯片與5V器件的接口

DSP與5V器件的接口屬于混合系統(tǒng)的設(shè)計。設(shè)計時要分析它們之間的電平轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)，是否滿足電壓的兼容性和接口條件。

以TMS320LC549與Am27C010EPROM接口為例，介紹接口設(shè)計的方法。

TMS320C54x的硬件設(shè)計

DSP與外圍器件的接口(2)

DSP芯片與5V器件的接口

①

分析電平轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)

電平器件

VOHVOL

VIH

VIL

TMS320LC5492.4V0.4V2.0V0.8VAm27C0102.4V

0.45V

2.0V

0.8V

電平轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)一致，’C549到Am27C010單方向的地址線和信號線可以直接連接。

’C549不能承受5V電壓，從Am27C010到’C549方向的數(shù)據(jù)線不能直接連接，需加一個緩沖器。

TMS320C54x的硬件設(shè)計(2)

DSP芯片與5V器件的接口

②

緩沖器的選擇

可以選擇雙電壓供電的緩沖器，也可以選擇3.3V單電壓供電并能承受5V電壓的緩沖器，如選擇74LVC16245緩沖器。

74LVC16245的功能表

OEDIR

功

能

LLH

LH×

B→

AA→

B隔

離

OE：輸出使能控制端，用來選擇器件工作(雙側(cè)相互隔離)；

DIR：數(shù)據(jù)方向控制端。用來控制數(shù)據(jù)的傳輸方向。

TMS320C54x的硬件設(shè)計(2)

DSP芯片與5V器件的接口

③

接口電路

Am27C010是EPROM存儲器，數(shù)據(jù)總線是單向的，從Am27C010流向DSP芯片。Am27C010

D0~D7A0~A16CEOE

TMS320VC5402D0~D7A0~A16MSTRB74LVC16245

TMS320C54x的硬件設(shè)計DSP存儲器和I/O的擴(kuò)展

對于數(shù)據(jù)運算量和存儲容量要求較高的系統(tǒng)，在應(yīng)用DSP芯片作為核心器件時,由于芯片自身的內(nèi)存和I/O資源有限，往往需要存儲器和I/O的擴(kuò)展。

在進(jìn)行DSP外部存儲器擴(kuò)展之前，必須了解DSP片上存儲資源，并根據(jù)應(yīng)用需求來擴(kuò)展存儲空間。當(dāng)片上存儲資源不能滿足系統(tǒng)設(shè)計的要求時，就需要進(jìn)行外部存儲器擴(kuò)展。

TMS320C54x的硬件設(shè)計

DSP存儲器和I/O的擴(kuò)展外部存儲器主要分為兩類。

ROM

RAM

包括EPROM、E2PROM和FLASH等。

分為靜態(tài)RAM(SRAM)和動態(tài)RAM(DRAM)

ROM主要用于存儲用戶的程序和系統(tǒng)常數(shù)表,一般映射在程序存儲空間。

RAM常選擇速度較高的快速RAM,既可以用作程序空間的存儲器,也可以用作數(shù)據(jù)空間的存儲器。

TMS320C54x的硬件設(shè)計DSP存儲器和I/O的擴(kuò)展

’C54x的地址總線有16~23條，芯片的型號不同其配置的地址總線也不同。

’C5402芯片共有20根地址線，最多可以擴(kuò)展1M字外部程序存儲空間，其中高4位地址線(A19~A16)是受XPC寄存器控制。

擴(kuò)展程序存儲器時,除了考慮地址空間分配外,關(guān)鍵是存儲器讀寫控制和片選控制與DSP的外部地址總線、數(shù)據(jù)總線及控制總線的時序配合。

程序存儲器的擴(kuò)展

TMS320C54x的硬件設(shè)計程序存儲器有三種工作方式:程序存儲器的擴(kuò)展程序存儲器的工作方式

①讀操作（輸出）

②維持操作（三態(tài)）

③編程操作

（寫入）TMS320C54x的硬件設(shè)計程序存儲器的擴(kuò)展擴(kuò)展程序存儲器①注意事項

根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的容量選擇存儲芯片容量；

根據(jù)CPU工作頻率，選取滿足最大讀取時間、電源容差、工作溫度等性能的芯片；

選擇邏輯控制芯片，以滿足程序擴(kuò)展、數(shù)據(jù)擴(kuò)展和I/O擴(kuò)展的兼容；

與5V存儲器擴(kuò)展時，要考慮電平轉(zhuǎn)換。TMS320C54x的硬件設(shè)計擴(kuò)展程序存儲器②FLASH存儲器

AT29LV1024是1M位的FLASH存儲器。

地址線：A0~A15；

控制線：

數(shù)據(jù)線：I/O0~I/O15；

CE—片選信號；

WE—編程寫信號；OE—輸出使能信號。TMS320C54x的硬件設(shè)計擴(kuò)展程序存儲器③存儲器擴(kuò)展

擴(kuò)展連接圖：

’C54xDBABR/WPS1616

AT29LV1024I/OAWECEOE

原理：

當(dāng)PS=0時，CE=0，進(jìn)行讀操作；

當(dāng)PS=1時，CE=1，

地址和數(shù)據(jù)線呈高阻。

若只擴(kuò)展一片程序存儲器，可將CPU存儲器選通信號MSTRB與存儲器輸出使能OE連接。

當(dāng)PS=0，MSTRB=0時，可對存儲器進(jìn)行讀操作。

TMS320C54x的硬件設(shè)計DSP存儲器和I/O的擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲器的擴(kuò)展1.

數(shù)據(jù)存儲器ICSI64LV16

ICSI64LV16是一種高速數(shù)據(jù)存儲器，其容量64K字×16。

地址線：A15~A0；

控制線：

數(shù)據(jù)線：I/O15~I/O0；CE—片選信號；OE—讀選通信號；WE—寫選通信號；UB—高字節(jié)選通信號；LB—低字節(jié)選通信號。TMS320C54x的硬件設(shè)計

數(shù)據(jù)存儲器的擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲器ICSI64LV16

結(jié)構(gòu)圖：譯碼器存儲器陣列I/O列控制I/O電路控制電路A15~A0I/O15~I/O8I/O7~I/O0CEWEOEUBLBICSI64LV16結(jié)構(gòu)TMS320C54x的硬件設(shè)計

數(shù)據(jù)存儲器的擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲器ICSI64LV16

ICSI64LV16功能表

WECEOEUBLBI/O15~I/O8

I/O7~I/O0

工作模式

×H

×××高阻

高阻

未選中

H×LL

H××H

×H

高阻高阻

高阻高阻

禁止輸出

HHH

LLL

LLL

HLLLHL高阻數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)輸出

數(shù)據(jù)輸出高阻數(shù)據(jù)輸出

讀操作

LLL

LLL

×××HLL

LHL

高阻數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸入

數(shù)據(jù)輸入高阻數(shù)據(jù)輸入

寫操作

TMS320C54x的硬件設(shè)計數(shù)據(jù)存儲器的擴(kuò)展存儲器擴(kuò)展連接

’C54x

DBABR/WDS

ICSI64LV16I/O15~0A15~0WECEUBLBOE1616TMS320C54x的硬件設(shè)計DSP存儲器和I/O的擴(kuò)展

I/O的擴(kuò)展應(yīng)用

在實際應(yīng)用中，許多DSP系統(tǒng)需要輸入和輸出接口。鍵盤和顯示器作為常用的輸入輸出設(shè)備，在便攜式儀器、手機(jī)等產(chǎn)品中得到了廣泛地應(yīng)用。使用液晶模塊和非編碼鍵盤可以很方便地作為I/O設(shè)備與DSP芯片連接。

下面以TMS320VC5402芯片、EPSON的液晶顯示模塊TCM—A0902為例，介紹DSP芯片的I/O擴(kuò)展和軟件驅(qū)動程序的設(shè)計。

TMS320C54x的硬件設(shè)計I/O的擴(kuò)展應(yīng)用顯示器連接與驅(qū)動

復(fù)位端，低電平有效；(1)液晶模塊TCM-A0902的引腳CS：

片選信號，低電平有效；RD：讀信號端，高電平有效；WR：

寫信號端，低電平有效；A0：寄存器選擇端；

當(dāng)A0=0時，選擇命令寄存器；當(dāng)A0=1時，選擇數(shù)據(jù)寄存器。DB7~DB0：數(shù)據(jù)線。

RESET：

TMS320C54x的硬件設(shè)計

I/O的擴(kuò)展應(yīng)用顯示器連接與驅(qū)動(2)連接圖

TMS320VC5402

DB7~0RSR/WIOSTRBA12

A13TCM-A0902DB7~DB0RESETRDWRCSA0≥118命令端口地址：

COMMP=CFFFH

數(shù)據(jù)端口地址：

DATAP=EFFFH

TMS320C54x的硬件設(shè)計(3)驅(qū)動程序

LD#lcd_data,DPNOPST#DTYSET,lcd_dataCALLwritecommST#031H,lcd_dataCALLwritddataST#PDINV,lcd_dataCALLwritecommST#SLPOFF,lcd_dataCALLwritecomm初始化液晶程序

；設(shè)定頁指針lcd_data；送DTYSET命令字#DTYSET；調(diào)寫命令字子程序；送顯示數(shù)據(jù)031H；調(diào)寫數(shù)據(jù)子程序；送PDINV命令字#PDINV；調(diào)寫命令字子程序；送SLPOFF命令字#SLPOFF；調(diào)寫命令字子程序；設(shè)置液晶亮度程序ST#VOLCTL,lcd_dataCALLwritecommST#010H,lcd_dataCALLwritedata；送設(shè)定亮度命令字#VOLCTL；調(diào)寫命令字子程序；送亮度數(shù)據(jù)010H；調(diào)寫數(shù)據(jù)子程序

；寫數(shù)據(jù)子程序

；輸出顯示數(shù)據(jù)

；調(diào)延時子程序

；子程序返回writecomm:PORTWlcd_data,COMMPCALLdelayRETwritedata:PORTWlcd_data,DATAPCALLdelayRETTMS320C54x的硬件設(shè)計

DSP與A/D和D/A轉(zhuǎn)換器的接口

在由DSP芯片組成的信號處理系統(tǒng)中，A/D和D/A轉(zhuǎn)換器是非常重要的器件。一個典型的實時信號處理系統(tǒng)如圖。放大電路抗混疊濾波器A/D轉(zhuǎn)換器DSP平滑濾波器D/A轉(zhuǎn)換器存儲器I/O口輸入輸出TMS320C54x的硬件設(shè)計DSP與A/D和D/A轉(zhuǎn)換器的接口

輸入信號可以有各種各樣的形式，可以是語音信號或是來自電話線的已調(diào)制數(shù)字信號，也可以是各種傳感器輸出的模擬信號。

這些輸入信號首先經(jīng)過放大和濾波，然后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換將模擬信號變換成數(shù)字信號，再由DSP芯片對數(shù)字信號進(jìn)行某種形式的處理，如進(jìn)行一系列的乘法-累加運算。經(jīng)過處理后的數(shù)字信號由D/A轉(zhuǎn)換器變換成模擬信號，之后再進(jìn)行平滑濾波，得到連續(xù)的模擬波形，完成實時信號的處理。

TMS320C54x的硬件設(shè)計DSP與A/D和D/A轉(zhuǎn)換器的接口

模擬信號的采集過程是將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，從而進(jìn)行數(shù)字信號的處理。

將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的器件稱為A/D轉(zhuǎn)換器，用ADC表示。它對數(shù)字信號處理系統(tǒng)的設(shè)計和技術(shù)指標(biāo)的保證起著重要作用。

基于不同的應(yīng)用，可選用不同性能指標(biāo)和價位的芯片。

’C54x與A/D轉(zhuǎn)換器的接口

TMS320C54x的硬件設(shè)計對于A/D轉(zhuǎn)換器的選擇，主要考慮以下幾方面的因素:

’C54x與A/D轉(zhuǎn)換器的接口

●

轉(zhuǎn)換精度●

轉(zhuǎn)換時間

●

器件價格

除了上述因素外，選擇ADC時，也要考慮芯片的功耗、封裝形式、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等。TMS320C54x的硬件設(shè)計’C54x與A/D轉(zhuǎn)換器的接口

TLV1578是TI公司專門為DSP芯片配套制作的一種8通道10位并行A/D轉(zhuǎn)換器。

它將8通道輸入多路選擇器、高速10位ADC和并行接口組合在一起，構(gòu)成10位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

器件包含兩個片內(nèi)控制寄存器(CR0和CR1)，通過雙向并行端口可以控制通道選擇、軟件啟動轉(zhuǎn)換和掉電。

TLV1578模數(shù)轉(zhuǎn)換器與DSP芯片的接口(1)

TLV1578模數(shù)轉(zhuǎn)換器TMS320C54x的硬件設(shè)計

TLV1578采用2.7~5.5V的單電源工作，可接收0V~AVDD范圍的模擬輸入電壓，具有高速度、簡單的并行接口和較低的功耗特性。(1)

TLV1578模數(shù)轉(zhuǎn)換器

TMS320C54x的硬件設(shè)計(1)

TLV1578模數(shù)轉(zhuǎn)換器

TLV1578的結(jié)構(gòu)框圖：

10位SAPA/D轉(zhuǎn)換器三態(tài)鎖存器輸入寄存器及控制邏輯MUXAINCLKCSRDWRCSTARTAGNDDGNDAVDDDVDDREFRREFMINT/EOCD0D1D2D3D4D5D6D7D8/A0D9/A1MUXMOCH0CH1CH2CH3CH4CH5CH6CH7內(nèi)部時鐘

TMS320C54x的硬件設(shè)計(1)

TLV1578模數(shù)轉(zhuǎn)換器

①

引腳功能

TLV1578器件共有32根引腳，其功能：AGND：模擬地；

AIN：ADC的模擬輸入；

AVDD：模擬電源電壓，2.7V~5.5V；CH0~CH7：8路模擬輸入通道；CLK：外部時鐘輸入；

CS：芯片選擇，低電平有效；CSTART：硬件采樣和轉(zhuǎn)換啟動輸入，下降沿時啟動采樣，上升沿時啟動轉(zhuǎn)換；

TMS320C54x的硬件設(shè)計

①

引腳功能DGND：數(shù)字地；

DVDD：數(shù)字電源電壓，2.7V~5.5V；

D0~D7：雙向三態(tài)數(shù)據(jù)總線；D8/A0：雙向三態(tài)數(shù)據(jù)總線，與D9/A1一起作為控制寄存器的地址線；D9/A1：雙向三態(tài)數(shù)據(jù)總線，與D8/A0一起作為控制寄存器的地址線；

INT/EOC：中斷/轉(zhuǎn)換結(jié)束；

RD：讀數(shù)據(jù)，當(dāng)CS為低電平，RD下降沿時，對數(shù)據(jù)總線進(jìn)行讀操作；

TMS320C54x的硬件設(shè)計

①

引腳功能REFM：基準(zhǔn)電壓低端值(額定值為地)。通常情況接地；

REFP：基準(zhǔn)電壓高端值(額定值為AVDD)。最大輸入電壓由加在REFM和REFP之間的電壓差決定；

MO：片內(nèi)多路選擇器模擬輸出。

WR：寫數(shù)據(jù)。當(dāng)CS為低電平，WR下降沿時，鎖定配置數(shù)據(jù)；TMS320C54x的硬件設(shè)計(1)

TLV1578模數(shù)轉(zhuǎn)換器

②

控制寄存器

TLV1578有兩個控制寄存器CR0和CR1，可進(jìn)行軟件配置。數(shù)據(jù)總線的D9和D8位用于設(shè)置控制寄存器的尋址，其余8位用于控制位。TMS320C54x的硬件設(shè)計(1)

TLV1578模數(shù)轉(zhuǎn)換器

②

控制寄存器

控制寄存器的格式：

CR000D7D6D5D4D3D2D1D0CR110D7D6D5D4D3D2D1D0轉(zhuǎn)換方式時鐘方式啟動方式自測方式輸出格式

控制寄存器可以設(shè)定器件的工作方式。

振蕩器速度選擇輸入方式TMS320C54x的硬件設(shè)計(1)

TLV1578模數(shù)轉(zhuǎn)換器

③啟動方式

TLV1578的啟動方式分為硬件啟動和軟件啟動，由CR0.D7位控制。硬件啟動：是由CSTART信號啟動。

當(dāng)CR0.D7=0時為硬件啟動；當(dāng)CR0.D7=1時為軟件啟動。

CSTART下降沿啟動采樣，上升沿啟動轉(zhuǎn)換。軟件啟動：是由信號WR和RD啟動。

WR上升沿啟動采樣，RD上升沿發(fā)生采樣，經(jīng)過6個時鐘后開始轉(zhuǎn)換。TMS320C54x的硬件設(shè)計(1)

TLV1578模數(shù)轉(zhuǎn)換器

④轉(zhuǎn)換方式

TLV1578的轉(zhuǎn)換方式分為單通道方式和掃描方式，由CR0.D3位控制。

當(dāng)CR0.D3=0時為單通道方式，單個通道信號被連續(xù)采樣和轉(zhuǎn)換，直至加了WR信號為止；

當(dāng)CR0.D3=1時為掃描方式，預(yù)定的通道組將被連續(xù)的采樣和轉(zhuǎn)換。

TMS320C54x的硬件設(shè)計(1)

TLV1578模數(shù)轉(zhuǎn)換器

⑤模擬信號的輸入方式

TLV1578的信號輸入方式可以通過CR1.D7位來設(shè)置。可以將8個模擬輸入配置成4對差分輸入或8個單端輸入。

當(dāng)CR1.D7=0時，設(shè)置為單端輸入，有多達(dá)8個通道可供使用；當(dāng)CR1.D7=1時，可設(shè)置為差分輸入。

TMS320C54x的硬件設(shè)計(1)

TLV1578模數(shù)轉(zhuǎn)換器

⑥輸出格式

TLV1578的輸出有兩種格式，分別為二進(jìn)制形式和2的補碼形式，可通過CR1.D3位設(shè)置。

當(dāng)CR1.D3=0時，以二進(jìn)制的形式輸出，數(shù)據(jù)格式為單極性，代碼為1023至0；當(dāng)CR1.D3=1時，以2的補碼形式輸出，數(shù)據(jù)格式為雙極性。

TMS320C54x的硬件設(shè)計(1)

TLV1578模數(shù)轉(zhuǎn)換器

⑦時鐘源的選擇

TLV1578的系統(tǒng)時鐘源可選擇內(nèi)部時鐘和外部時鐘兩種方式，可通過對CR0.D5位的設(shè)定來完成。

當(dāng)CR0.D5=1時，系統(tǒng)時鐘源通過多路選擇器MAX選擇外部時鐘CLK,接受的頻率范圍從1~20MHz；當(dāng)CR0.D5=0時，系統(tǒng)時鐘源選擇內(nèi)部振蕩器OSC時鐘。TMS320C54x的硬件設(shè)計(1)

TLV1578模數(shù)轉(zhuǎn)換器

⑧自測試方式

TLV1578提供了三種自測試方式。通過控制寄存器CR1的D1和D0位來選擇自測試方式。CR1.D1CR1.D0

所加的自測試電壓

數(shù)字輸出

0

0

正常工作，不進(jìn)行自測試

正常數(shù)據(jù)輸出

0

1

將VREFM作為基準(zhǔn)輸入電壓加至A/D轉(zhuǎn)換器

000H

1

0

將(VREFP-VREFM)/2作為基準(zhǔn)輸入電壓加至A/D轉(zhuǎn)換器

200