DSP基于TMSVC的DSP最小應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、DSP課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)題目: 基于TMS320VC5402的DSP最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 電氣F1102 學(xué) 號(hào)： 201123910507 學(xué)生姓名： 唐智強(qiáng) 指導(dǎo)教師： 張世杰 課程設(shè)計(jì)題目： 基于TMS320VC5402的DSP最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)  指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)： 成績(jī)： 指導(dǎo)教師： 張世杰 年 月 日基于TMS320VC5402的DSP最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)李迎春 王玉峰 王達(dá)偉(北華航天工業(yè)學(xué)院電子工程系,河北廊坊065000)摘 要:TMS320VC5402是由TI公司生產(chǎn)的性價(jià)比極高的定點(diǎn)DSP芯片。主要研究了基于TMS320VC5402的最小系統(tǒng)板的軟硬件設(shè)

2、計(jì)。針對(duì)電源電路、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、JTAG接口電路、DSP芯片電路提出可行的設(shè)計(jì)方案。同時(shí),給出了一個(gè)點(diǎn)亮LED燈的完整匯編源代碼。關(guān)鍵詞:DSP;TMS320VC5402;最小系統(tǒng);硬件設(shè)計(jì);軟件設(shè)計(jì)基金項(xiàng)目:河北省教育廳青年基金項(xiàng)目(2010206);北華航天工業(yè)學(xué)院教研項(xiàng)目(JY-2010-003-Y)收稿日期:2011-12-04作者簡(jiǎn)介:李迎春(1976-),女,講師,博士,湖北荊門(mén)人,主要從事DSP和圖像處理的教學(xué)和科研工作。目錄引 言- 4 -1TMS320VC5402簡(jiǎn)介- 4 -2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)- 5 -2. 1電平轉(zhuǎn)換- 5 -2. 2電源控制電路- 5 -2. 3復(fù)位電

3、路- 6 -2. 4時(shí)鐘電路- 6 -2. 5譯碼電路- 7 -2. 6輸入接口電路- 7 -2. 7輸出接口電路- 7 -2. 8存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路- 8 -2. 9JTAG仿真接口電路- 8 -3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)- 9 -3. 1引導(dǎo)程序- 9 -3. 2用戶程序- 11 -參考文獻(xiàn) -15-4總結(jié)- 16 -引 言在儀器儀表迅速發(fā)展的同時(shí)，計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也在迅速發(fā)展，PC機(jī)已經(jīng)從高速增長(zhǎng)進(jìn)入到平穩(wěn)發(fā)展時(shí)期，單純由PC機(jī)帶領(lǐng)電子產(chǎn)業(yè)蒸蒸日上的時(shí)代己經(jīng)成為歷史，嵌入式系統(tǒng)的出現(xiàn)和廣泛應(yīng)用，使計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入了后PC時(shí)代?；谇度胧街悄軆x表遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)作為網(wǎng)絡(luò)重要發(fā)展方向之一，是工業(yè)數(shù)據(jù)通訊與控制網(wǎng)

4、絡(luò)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等多種技術(shù)共同發(fā)展的結(jié)果。該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展與成熟將會(huì)給人們的生產(chǎn)生活帶來(lái)深遠(yuǎn)的影響。本文采用 C5000系列 TMS320VC5402 DSP(數(shù)字信號(hào)處理 )芯片 ,能滿足通信、語(yǔ)音、圖像以及其他電子領(lǐng)域高速、低成本、小體積、低功耗的要求。DSP系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包含硬件電路和軟件程序兩部分。1TMS320VC5402簡(jiǎn)介T(mén)MS320VC5402(以下簡(jiǎn)稱 5402)是美國(guó) TI公司的性價(jià)比極高的 16 bit定點(diǎn) DSP芯片 ,操作速度可以達(dá)到 100MIPS,其內(nèi)部資源配置為用戶構(gòu)造系統(tǒng)提供了很大便利。其主要特點(diǎn)如下：a) 多總線結(jié)構(gòu) ,片內(nèi) 3套 16 bit數(shù)據(jù)總線 CB

5、、DB、EB和 1套程序總線 PB以及對(duì)應(yīng)的 4套地址總線CBA、DBA、EBA、PBA (4套總線可以同時(shí)操作 )。b) 40 bitALU (算術(shù)邏輯單元 ) ,包含 1個(gè) 40 bit桶形移位器和 2個(gè) 40 bit累加器; 1個(gè) 17 ×17 bit乘法器和一個(gè) 40 bit專用加法器; 2個(gè)地址產(chǎn)生器 , 8個(gè)輔助寄存器 ,一個(gè)比較 /選擇 /存儲(chǔ) (CSSU)單元。c) 片內(nèi) 4 k ×16 bitROM,16 k ×16 bitDARAM。d)程序空間擴(kuò)展到 1MB ,數(shù)據(jù)和 I/O空間各64 kB,20條地址線 ,16條數(shù)據(jù)線。e) 6級(jí)流水線完成

6、一條指令:預(yù)取指、取指、譯碼、訪問(wèn)、讀數(shù)、執(zhí)行。f) 片上 JTAG仿真接口。2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)的硬件電路主要包含電源控制電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、譯碼電路、輸入接口電路、輸出接口電路、存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路和 JTAG仿真接口電路 8部分。另外 ,由于 DSP的低電壓工作狀況 ,必須要考慮到電平轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖 1所示。圖 1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2. 1電平轉(zhuǎn)換5402采用低壓工作 ,其內(nèi)核電壓為 1. 8 V, I/O引腳電壓為 3. 3 V,而大多數(shù)常用的電子元器件的工作電壓一般為 5 V,如本系統(tǒng)中用到的 A/D 轉(zhuǎn)換器ADC0809和 D/A轉(zhuǎn)換器 DAC0832,以及擴(kuò)展的存儲(chǔ)器芯片

7、 EPROM 27C512等 ,都是采用 5 V TTL電平供電 ,因此必須在電路中增加電平轉(zhuǎn)換模塊。TI公司的 74LVC245是 8路電平轉(zhuǎn)換芯片 ,其工作電壓為 3. 3 V,可耐 5 V輸入 ,輸出為 3. 3 V。在本系統(tǒng)采用了 3片 ,分別用在 ADC0809和 DAC0832的數(shù)據(jù)線、EPROM的數(shù)據(jù)線、幾個(gè)控制信號(hào)上 ,這些數(shù)據(jù)線和控制信號(hào)線都通過(guò) 74LVC245連接到 5402上 ,實(shí)現(xiàn) 5 V到 3. 3 V和 3. 3 V到 5 V的電平轉(zhuǎn)換。2. 2電源控制電路系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)。TMS320VC5402芯片采用雙電源供電，DSP的核內(nèi)電壓和I/O接口電壓分別為1.8V和3

8、.3V， 本系統(tǒng)需要三種電源，電壓為5V、3.3V和1.8V。其中，RTL8019AS網(wǎng)卡芯片和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路均采用5V電源供電。DSP的雙電源解決方案采用TPS73HD318實(shí)現(xiàn)，輸入的電源電壓為5V，輸出電壓分別為3.3V和1.8V，每路電源的最大輸出電流為750mA。 圖2 電源控制電路2. 3復(fù)位電路系統(tǒng)上電時(shí)可自動(dòng)復(fù)位 ,但為了防止系統(tǒng)受到外界干擾或電源波動(dòng)時(shí)出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象 ,還專門(mén)加了外部RESET,主要使用了兩個(gè)施密特觸發(fā)器 74LS14。圖 3 復(fù)位電路圖2. 4時(shí)鐘電路系統(tǒng)中采用外部時(shí)鐘 ,根據(jù)使用的晶振不同,采用的晶體振蕩起振電容也不同 ,這里采用 10 MHz晶振 ,起振電容

9、選用 22 pF。系統(tǒng)中讓 DSP工作在 20 MHz的頻率 ,因此根據(jù) 5402的主時(shí)鐘配置規(guī)則 ,只要將5402的 CLKMD1、CLKMD2、CLKMD3這 3個(gè)引腳分別選擇為高電平、低電平、低電平即可。圖 4 時(shí)鐘電路圖2. 5譯碼電路5402對(duì)外部接口的控制信號(hào)有限 ,又要同時(shí)完成對(duì) A/D、D/A、EPROM的控制 ,最有效的辦法是加入譯碼電路。本系統(tǒng)采用通用的 328譯碼器 74LS138,使用5402的高位地址線 A13、A14、A15作為譯碼輸入 , IS和 IOSTRB作為譯碼使能端輸入 ,譯碼地址見(jiàn)表 1。2. 6輸入接口電路輸入接口電路主要完成數(shù)據(jù)采樣及其 A/D轉(zhuǎn)換

10、,包含分頻和 A/D轉(zhuǎn)換電路。分頻電路主要用做 ADC0809的轉(zhuǎn)換時(shí)鐘。5402本身也產(chǎn)生時(shí)鐘輸出 ,可以借助于它的時(shí)鐘輸出作為輸入模擬信號(hào)的輸入時(shí)鐘。將輸入模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換速率定為 640 kHz,而 5402的時(shí)鐘輸出為 20 MHz(當(dāng)然可以使用更高的時(shí)鐘 ) ,采用 32分頻即可 ,可以用兩個(gè)同步二 -十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 74F160來(lái)實(shí)現(xiàn)。A/D轉(zhuǎn)換電路采用 ADC0809。這里只對(duì)一路數(shù)據(jù)采樣 ,使用通道 0,數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換速率為 640 kHz。通過(guò)5402的高位地址 A13、A14、A15和 IS、IOSTRB譯碼 ,CS2控制 ADC0809芯片的輸出使能信號(hào) ENABLE,CS3控制轉(zhuǎn)

11、換啟動(dòng)信號(hào) START,地址使能信號(hào) ALE與轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)接在一起。ADC0809采用中斷方式讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量 ,即將 ADC0809的 EOC引腳連接到 5402的外部中斷引腳 INT0上 ,這樣 ,一旦數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完畢 ,將會(huì)觸發(fā) 5402的外部中斷 0,在中斷服務(wù)程序中完成數(shù)據(jù)從 ADC0809到 5402的傳輸。它的輸入時(shí)鐘由分頻電路的輸出時(shí)鐘來(lái)提供。2. 7輸出接口電路輸出接口電路完成 D/A轉(zhuǎn)換以及模擬信號(hào)輸出。D/A轉(zhuǎn)換電路主要采用 DAC0832芯片。由于只有一路數(shù)據(jù)需要轉(zhuǎn)換 ,故讓它工作在單緩沖方式 ,即輸入鎖存器處于受控 (通過(guò)譯碼輸出 CS1控制 WR1,片選信號(hào)引腳 CS

12、接地使其始終有效 ) ,而 DAC0832寄存器處于直通狀態(tài) (直接將 WR2與 XEFR接地使其始終有效 )。在這種工作方式下 , 數(shù)據(jù)只要一經(jīng)寫(xiě)入DAC0832芯片 ,就立即進(jìn)行 D/A轉(zhuǎn)換 ,省去了一條輸出指令。模擬輸出采用雙極性模擬電壓輸出 ,加了兩級(jí)運(yùn)算放大電路,當(dāng)數(shù)字量 N 從 00HFFH變化時(shí) ,對(duì)應(yīng)的模擬電壓 OUT的輸出范圍是 - 5 V5 V。2. 8存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路5 402片內(nèi)提供了 16k ×16bit的 RAM和 4k ×16 bit的 ROM,片內(nèi) ROM不可用。本系統(tǒng)程序容量比較小 ,一般不超過(guò) 16 kB,考慮充分利用芯片的內(nèi)部資源 ,采用

13、引導(dǎo)裝載的方式,以降低系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度和設(shè)計(jì)成本 ,縮短產(chǎn)品研制周期。這里使用一片通用的 64k ×8 bit的 EPROM 27C512。當(dāng)程序編制好后轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制文件 ,通過(guò)通用編程器燒到 27C512中即可。存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路如圖 5所示。 圖 5存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路2. 9JTAG仿真接口電路由于 5402提供了片上的 JTAG接口 ,方便了仿真調(diào)試。只需將 5402的 TMS、TDI、TDO、TRST、TCKEMU0、EMU1共 7個(gè)引腳接出 ,做成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 14針插座 ,就可以供仿真器調(diào)試目標(biāo)板。JTAG仿真接口電路如圖 6所示。圖 6JTAG仿真接口電路3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件主要

14、包含引導(dǎo)程序和核心程序代碼即用戶程序代碼兩個(gè)方面。3. 1引導(dǎo)程序TMS320VC5402的引導(dǎo)程序 Bootloader用于在芯片通電復(fù)位時(shí)將存儲(chǔ)于外部的用戶代碼傳輸?shù)絻?nèi)部或外部程序存儲(chǔ)器中 ,用戶代碼可存儲(chǔ)在外部速度較慢的非易失性存儲(chǔ)器內(nèi) ,使 5402能外擴(kuò)普通低速的EPROM。經(jīng)引導(dǎo)后 ,用戶代碼可裝載到高速的片內(nèi)RAM或片外 RAM中執(zhí)行 ,以充分發(fā)揮 5402指令高速運(yùn)行的特點(diǎn)。由本系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)可知 ,易采用 8 位并行EPROM引導(dǎo)方式。把引導(dǎo)表的起始地址 4000h放在數(shù)據(jù)空間的最高位地址 FFFEH和 FFFFH中 ,這樣根據(jù)流程圖可知 ,將會(huì)從數(shù)據(jù)空間 FFFFH和 FF

15、FFEH讀取引導(dǎo)表起始地址的低 8 位和高 8 位 ,發(fā)現(xiàn)是08AAH,于是便進(jìn)入了數(shù)據(jù)空間的 8位并行引導(dǎo)模式 ,將 EPROM中的程序裝載到片內(nèi) RAM中 ,裝載完畢后便開(kāi)始執(zhí)行用戶程序。5402的并行引導(dǎo)流程見(jiàn)圖 7。圖 7TMS320VC5402并行引導(dǎo)方式流程為使 5402能有效地把外擴(kuò) EPROM中的程序引導(dǎo)到芯片內(nèi) RAM,需要編制一個(gè)引導(dǎo)表。引導(dǎo)表定位于數(shù)據(jù)空間的 4000HFFFFH段。引導(dǎo)表的內(nèi)容包括:引導(dǎo)方式的標(biāo)識(shí);程序存放的目標(biāo)首地址;程序執(zhí)行的入口地址;用戶程序代碼;用戶程序塊長(zhǎng)度。根據(jù) 8位并行 EPROM引導(dǎo)方式的特點(diǎn) ,編制如下的命令文件程序。1) 鏈接命令程序

16、文件 (MiniSys_lj. cmd)MiniSys. obj/輸入?yún)R編后的文件名- oMiniSys. out/設(shè)定輸出文件名- m MiniSys. map/內(nèi)部存儲(chǔ)器分配MEMORY:PAGE 0: ROM: origin =0x0080, length =0x3780VECT:origin =0x3F80, length =0x0080/程序引導(dǎo)后首地址和塊長(zhǎng)度PAGE 1: RAM: origin = 0x3800, length = 0x0780/定義數(shù)據(jù)塊首地址和塊長(zhǎng)度SECTIONS:. text: >ROM PAGE0/將 text段定義的程序放入程序頁(yè). bss:

17、>RAM PAGE1/將 bss段定義的數(shù)據(jù)塊放在數(shù)據(jù)頁(yè) 中斷向量. vectors: >VECT PAGE0 /2) 二進(jìn)制轉(zhuǎn)換命令程序 (MiniSys_h. cmd)MiniSys. out/輸入鏈接后的文件名- oMiniSys. hex/設(shè)定輸出文件名- i/轉(zhuǎn)換為 intel格式的二進(jìn)制文件- memwidth 8/定義 8位 EPROM- romwidth 8/輸出文件是字節(jié)- boot/所有塊 /區(qū) (SECTIONS)都引導(dǎo)- bootorg 0x4000/外擴(kuò) EPROM存放代碼的首地址- e0x0100/定義引導(dǎo)后程序的入口地址3. 2用戶程序用戶程序首先要進(jìn)

18、行如下初始化設(shè)置:a) 將芯片的 MP/MC腳接地 ,使 5402工作在微計(jì)算機(jī)方式。b) 設(shè)置寄存器 PMST中 OVLY =1,使片內(nèi) RAM0080H3FFFH既映射在程序區(qū) ,又映射在數(shù)據(jù)區(qū)。c) 設(shè)置寄存器 PMST中 DROM =0,使 F000HFFFFH映射在外部數(shù)據(jù)區(qū)。d) 程序和數(shù)據(jù)空間設(shè)置成 7個(gè)等待狀態(tài)。用戶程序的整體軟件流程如圖 5所示 ,圖 6為整個(gè)系統(tǒng)的信號(hào)流程圖。圖 8DSP整體軟件程序流程圖 9信號(hào)流程;This function generates the sine wave of angle using the Taylor series expansio

19、n;sin(theta)=x(1-x2/2*3(1-x2/4*5(1-x2/6*7(1-x2/8*9);cos(theta)=1-x2/2*3(1-x2/4*5(1-x2/6*7(1-x2/8*9);sin(2*theta)=2*sin(theta)*cos(theta) .title "sin.asm" .mmregs .def _c_int00 .ref sinx,d_xs,d_sinx,cosx,d_xc,d_cosxsin_x: .usect "sin_x",360STACK: .usect "STACK",10k_theta

20、 .set 286PA0 .set 0_c_int00 .text STM #STACK+10,SP STM k_theta,AR0 STM 0,AR1 STM #sin_x,AR6 STM #90,BRC RPTB loop1-1 LDM AR1,A LD #d_xs,DP STL A,d_xs STL A,d_xc CALL sinx CALL cosx LD #d_sinx,DP LD d_sinx,16,A MPYA d_cosx STH B,1,*AR6+ MAR *AR1+0loop1: STM #sin_x+89,AR7 STM #88,BRC RPTB loop2-1 LD *

21、AR7-,A STL A,*AR6+loop2: STM #179,BRC STM #sin_x,AR7 RPTB loop3-1 LD *AR7+,A NEG A STL A,*AR6+loop3: STM #sin_x,AR6 STM #1,AR0 STM #360,bkloop4: PORTW *AR6+0%,PA0 B loop4sinx: .def d_xs,d_sinx .datatable_s .word 01c7h .word 030bh .word 0666h .word 1556hd_coef_s .usect "coef_s",4d_xs .usect

22、 "sin_vars",1d_squr_xs .usect "sin_vars",1d_temp_s .usect "sin_vars",1d_sinx .usect "sin_vars",1c_l_s .usect "sin_vars",1 .text SSBX FRCT STM #d_coef_s,AR5 RPT #3 MVPD #table_s,*AR5+ STM #d_coef_s,AR3 STM #d_xs,AR2 STM #c_l_s,AR4 ST #7FFFh,c_l_s SQUR

23、 *AR2+,A ST A,*AR2 |LD *AR4,B MASR *AR2+,*AR3+,B,A MPYA A STH A,*AR2 MASR *AR2-,*AR3+,B,A MPYA *AR2+ ST B,*AR2 |LD *AR4,B MASR *AR2-,*AR3+,B,A MPYA *AR2+ ST B,*AR2 |LD *AR4,B MASR *AR2-,*AR3+,B,A MPYA d_xs STH B,d_sinx RETcosx: .def d_xc,d_cosxd_coef_c .usect "coef_c",4 .datatable_c .word

24、0249h .word 0444h .word 0aabh .word 4000hd_xc .usect "cos_vars",1d_squr_xc .usect "cos_vars",1d_temp_c .usect "cos_vars",1d_cosx .usect "cos_vars",1c_l_c .usect "cos_vars",1 .text SSBX FRCT STM #d_coef_c,AR5 RPT #3 MVPD #table_c,*AR5+ STM #d_coef_c,A

25、R3 STM #d_xc,AR2 STM #c_l_c,AR4 ST #7FFFh,c_l_c SQUR *AR2+,A ST A,*AR2 |LD *AR4,B MPYA *AR2+ MAR *AR2+ RETD ADD *AR4,16,B STH B,*AR2 RET .endMEMORY PAGE 0: EPROM: org=0E000h, len=1000h VECS: org=0FF80h, len=0080h PAGE 1: SPRAM: org=0060h, len=0020h DARAM1: org=0080h, len=0010h DARAM2: org=0090h, len=0010h DARAM3: org=0200h, len=0200hSECTIONS .text :>EPROM PAGE 0 .data :>EPROM PAGE 0 STACK :>SPRAM PAGE 1 sin_vars :>DARAM1 PAGE 1 coef_s :>DARAM1 PAGE 1 cos_v