基于DSP的時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

題目:基于DSP的時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)引言DSP芯片既具有高速數(shù)字信號處理功能,又具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、功耗低、集成度高等嵌入式微計(jì)算機(jī)的特點(diǎn),所以隨著科技的發(fā)展,DSP技術(shù)在機(jī)電控制領(lǐng)域的應(yīng)用愈加廣泛。LED可顯示字符,且顯示清晰美觀、功耗低,在電子產(chǎn)品中也廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)今，高精度的計(jì)時(shí)工具大多數(shù)都使用了石英晶體振蕩器，由于電子鐘，石英表，石英鐘都采用了石英技術(shù)，因此走時(shí)精度高，穩(wěn)定性好，使用方便，不需要經(jīng)常調(diào)校，數(shù)字式電子鐘用集成電路計(jì)時(shí)時(shí)，譯碼代替機(jī)械式傳動，用LED顯示器代替顯示器代替指針顯示進(jìn)而顯示時(shí)間，減小了計(jì)時(shí)誤差，這種表具有時(shí)，分，秒顯示時(shí)間的功能，還可以進(jìn)行時(shí)和分的校對，片選的靈活性好。時(shí)鐘電路在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中起著非常重要的作用，是保證系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)。在一個DSP應(yīng)用系統(tǒng)中，時(shí)鐘有兩方面的含義：一是指為保障系統(tǒng)正常工作的基準(zhǔn)振蕩定時(shí)信號，主要由晶振和外圍電路組成，晶振頻率的大小決定了DSP芯片系統(tǒng)工作的快慢；二是指系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)定時(shí)時(shí)鐘，即定時(shí)時(shí)間，它通常有兩種實(shí)現(xiàn)方法：一是用軟件實(shí)現(xiàn)，即用DSP芯片內(nèi)部的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)，但誤差很大，主要用在對時(shí)間精度要求不高的場合；二是用專門的時(shí)鐘芯片實(shí)現(xiàn)，在對時(shí)間精度要求很高的情況下，通常采用這種方法，典型的時(shí)鐘芯片有：DS1302，DS12887，X1203等都可以滿足高精度的要求。本文主要介紹用DSP芯片內(nèi)部的定時(shí)/計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)電子時(shí)鐘的方法，本設(shè)計(jì)由TMS320LF2407芯片和LED數(shù)碼管為核心，輔以必要的電路，構(gòu)成了一個DSP電子時(shí)鐘。1方案論證與比較1.1數(shù)字時(shí)鐘方案數(shù)字時(shí)鐘是本設(shè)計(jì)的最主要的部分。根據(jù)需要，可利用兩種方案實(shí)現(xiàn)。方案一：本方案采用Dallas公司的專用時(shí)鐘芯片DS12887A。該芯片內(nèi)部采用石英晶體振蕩器，其芯片精度不大于10ms/年，且具有完備的時(shí)鐘鬧鐘功能，因此，可直接對其以用于顯示或設(shè)置，使得軟件編程相對簡單。為保證時(shí)鐘在電網(wǎng)電壓不足或突然掉電等突發(fā)情況下仍能正常工作，芯片內(nèi)部包含鋰電池。當(dāng)電網(wǎng)電壓不足或突然掉電時(shí)，系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)換到內(nèi)部鋰電池供電系統(tǒng)。而且即使系統(tǒng)不上電，程序不執(zhí)行時(shí)，鋰電池也能保證芯片的正常運(yùn)行，以備隨時(shí)提供正確的時(shí)間。方案二：本方案完全用軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)字時(shí)鐘。原理為：在單片機(jī)內(nèi)部存儲器設(shè)三個字節(jié)分別存放時(shí)鐘的時(shí)、分、秒信息。利用定時(shí)器與軟件結(jié)合實(shí)現(xiàn)1秒定時(shí)中斷，每產(chǎn)生一次中斷，存儲器內(nèi)相應(yīng)的秒值加1；若秒值達(dá)到60，則將其清零，并將相應(yīng)的分字節(jié)值加1；若分值達(dá)到60，則清零分字節(jié)，并將時(shí)字節(jié)值加1；若時(shí)值達(dá)到24，則將十字節(jié)清零。該方案具有硬件電路簡單的特點(diǎn)。而且，由于是軟件實(shí)現(xiàn)，當(dāng)DSP芯片不上電，程序不執(zhí)行時(shí)，時(shí)鐘將不工作?；谟布娐返目紤]，本設(shè)計(jì)采用方案二完成數(shù)字時(shí)鐘的功能。1.2數(shù)碼管顯示方案方案一：靜態(tài)顯示。所謂靜態(tài)顯示，就是當(dāng)顯示器顯示某一字符時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定的導(dǎo)通或截止。該方式每一位都需要一個8位輸出口控制。靜態(tài)顯示時(shí)較小的電流能獲得較高的亮度，且字符不閃爍。但當(dāng)所顯示的位數(shù)較多時(shí)，靜態(tài)顯示所需的I/O口太多，造成了資源的浪費(fèi)。方案二：動態(tài)顯示。所謂動態(tài)顯示就是一位一位的輪流點(diǎn)亮各個位，對于顯示器的每一位來說，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次。利用人的視覺暫留功能可以看到整個顯示，但必須保證掃描速度足夠快，字符才不閃爍。顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)，也于點(diǎn)亮?xí)r間與間隔時(shí)間的比例有關(guān)。調(diào)整參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)較高穩(wěn)定度的顯示。動態(tài)顯示節(jié)省了I/O口，降低了能耗。從節(jié)省I/O口和降低能耗出發(fā)，本設(shè)計(jì)采用方案二。2.硬件設(shè)計(jì)2.1總體設(shè)計(jì)利用TMS320LF2407芯片制作簡易電子時(shí)鐘，由六個LED數(shù)碼管、五個按鍵、數(shù)碼管驅(qū)動74HC273及數(shù)碼管位選74HC138，如下圖2.1所示：電源部分直流電源+5V復(fù)位電路按鍵控制部分TMS320LF2407數(shù)碼管驅(qū)動74HC273位選部分74HC1386個七段共陰極數(shù)碼管顯示秒、分、時(shí)位圖2.1系統(tǒng)框圖2.2模塊設(shè)計(jì)2.2.1位選芯片74HC13874HC138是一款高速CMOS器件，74HC138引腳兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。74HC138可充當(dāng)一個8輸出多路分配器，未使用的使能輸入端必須保持綁定在各自合適的高有效或低有效狀態(tài)。74HC138與74HC238邏輯功能一致，只不過74HC138為反相輸出。74HC138譯碼器可接受3位二進(jìn)制加權(quán)地址輸入（A,B和C），并當(dāng)使能時(shí)，提供8個互斥的低有效輸出（Y0至Y7）。74HC138特有3個使能輸入端：兩個低有效（-S2和-S3）和一個高有效（S1）。除非S2和S3置低且S1置高，否則74HC138將保持所有輸出為高。利用這種復(fù)合使能特性，僅需1片74HC138芯片即可輕松實(shí)現(xiàn)6個數(shù)碼管的選擇導(dǎo)通。如圖2.2所示：圖2.274HC138譯碼器2.2.2驅(qū)動芯片74HC27374HC273是一款高速CMOS器件，74HC273引腳兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。74HC273具有八路邊沿觸發(fā)，D型觸發(fā)器，帶獨(dú)立的D輸入和Q輸出。74HC273的公共時(shí)鐘（CLK）和主復(fù)位（-CLR）端可同時(shí)讀取和復(fù)位（清零）所有觸發(fā)器。每個D輸入的狀態(tài)將在時(shí)鐘脈沖上升沿之前的一段就緒時(shí)間內(nèi)被傳輸?shù)接|發(fā)器對應(yīng)的輸出（Qn）上。一旦CLR輸入電平為低，則所有輸出將被強(qiáng)制置為低，而不依賴于時(shí)鐘或者數(shù)據(jù)輸入。74HC273適用于要求原碼輸出或者所有存儲元件共用時(shí)鐘和主復(fù)位的應(yīng)用,如下圖2.3所示：圖2.374HC2732.2.3數(shù)碼管顯示下圖為共陰極數(shù)碼管的引腳圖，每位的段碼線（a,b,c,d,e,f,g,dp）分別與1個8位的鎖存器輸出相連，由DSP控制器控制組合09十個數(shù)據(jù)，如令其顯示1則b,c引腳（即2，3引腳）送高電平，此時(shí)數(shù)碼管顯示1。由于各位的段碼線并聯(lián)，8位I/O口輸出段碼對各個顯示位來說都是相同的，如下圖2.4所示：圖2.4LED數(shù)碼管VIII2.2.4控制部分TMS320LF2407A是TI公司推出的一款定點(diǎn)DSP控制器，它采用了高性能靜態(tài)CMOS技術(shù)，使得供電電壓降為33V，減小了控制器的功耗；40MIPS的執(zhí)行速度使得指令周期縮短到25ns(40MHz)，從而提高了控制器的實(shí)時(shí)控制能力；集成了32K字的閃存(可加密)、25K的RAM、500ns轉(zhuǎn)換時(shí)間的AD轉(zhuǎn)換器，片上事件管理器提供了可以滿足各種電機(jī)的PWM接口和IO功能，此外還提供了適用于工業(yè)控制領(lǐng)域的一些特殊功能，如看門狗電路、SPI、SCI和CAN控制器等，從而使它可廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域。圖2.5DSP2407最小系統(tǒng)圖如上圖2.5所示，DSP2407最小系統(tǒng)包括6部分：DSP2407(TMS320LF2407A)、電源、晶體振蕩器接口電路、JTAG接口電路、XF引腳LED指示燈和I/O口LED指示燈。本最小系統(tǒng)選擇了TI公司的TPS767D301作為DC/DC轉(zhuǎn)換芯片。它是一個雙路低壓降的電壓調(diào)節(jié)器，輸入為+5V電壓，可輸出一路+3.3V固IX定電壓及一路1.55V可調(diào)電壓，每路電流最大輸出為1A。電源電路原理圖如下圖所示。+3.3V輸出電壓供LF2407A使用，另一路可輸出+1.8V，本最小系統(tǒng)暫不用，如下圖2.6所示：圖2.6DSP2407最小系統(tǒng)電源電路原理圖PLL濾波電路。在DSP內(nèi)部，有一個鎖相環(huán)時(shí)鐘模塊PLL(Phase-Lockloops)，它是被作為一個片內(nèi)未設(shè)看待的，接在片內(nèi)外設(shè)總線上，為DSP提供所需的各種時(shí)鐘信號。DSP2407的鎖相環(huán)