(完整版)TMS320VC5402最小系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)

1、TMS320VC5402ft小系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)1 .DSP簡介1.1 DSP的應(yīng)用領(lǐng)域在近20多年時(shí)間里，DSP芯片的應(yīng)用已經(jīng)從軍事、航空航天領(lǐng)域擴(kuò)大到信號(hào)處理、 通信、雷達(dá)、消費(fèi)等許多領(lǐng)域 。主要應(yīng)用有信號(hào)處理、通信、語音、圖形、圖像、軍 事、儀器儀表、自動(dòng)控制、醫(yī)療、家用電器等。DSP主要應(yīng)用市場為3C領(lǐng)域，占整個(gè)市場需求的90%。數(shù)字蜂窩電話是DSP最 為重要的應(yīng)用領(lǐng)域之一。由于 DSP具有強(qiáng)大的計(jì)算能力，使得移動(dòng)通信的蜂窩電話重 新崛起，并創(chuàng)造了一批諸如GSM CDM*全數(shù)字蜂窩電話網(wǎng)。在Modem器件中，DSP更 是成效卓著，不僅大幅度提高了傳輸速率，且具有接收動(dòng)態(tài)圖像能力。另外，可編

2、程多 媒體DSP是PC領(lǐng)域的主流產(chǎn)品。以XDSLModemM弋表的高速通信技術(shù)與 MPEG圖像 技術(shù)相結(jié)合，使得高品位的音頻和視頻形式的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)有可能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)交換。目前的 硬盤空間相當(dāng)大，這主要得益于 CDSP可定制DSP）的巨大作用。預(yù)計(jì)在今后的PC機(jī) 中，一個(gè)DSP即可完成全部所需的多媒體處理功能。DSP也是消費(fèi)類電子產(chǎn)品中的關(guān)鍵器件。由于DSP的廣泛應(yīng)用，數(shù)字音響設(shè)備的更新?lián)Q代周期變得非常短暫。 用于圖像 處理的DSP, 一種用于JPEG標(biāo)準(zhǔn)的靜態(tài)圖像數(shù)據(jù)處理；另一種用于動(dòng)態(tài)圖像數(shù)據(jù)處理。1.2 DSP的特點(diǎn)DSP芯片是模擬信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)以后進(jìn)行高速實(shí)時(shí)處理的專用微處理器，具處理速

3、度比最快的CPU還快10-50倍，具有處理速度高、功能強(qiáng)、性能價(jià)格比好以及速 度功耗比高等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于具有實(shí)時(shí)處理要求的場合。DSP系統(tǒng)以DSP芯片為基礎(chǔ)，具有以下優(yōu)點(diǎn)。1 .高速性，DSP運(yùn)行速度高達(dá)1000MIPS以上2 .編程方便，可編程 DSP可使設(shè)計(jì)人員在開發(fā)過程中靈活方便的對軟件進(jìn)行修改和開 級。3 .穩(wěn)定性好，DSP系統(tǒng)以數(shù)字處理為基礎(chǔ)，受環(huán)境溫度及噪聲的影響比較小，可靠性 高。4 .可重復(fù)性好，數(shù)字系統(tǒng)的性能基本上不受元器件參數(shù)性能的影響，便于測試、調(diào)試和大規(guī)模生產(chǎn)。5 .集成方便，DSP系統(tǒng)中的數(shù)字部件有高度的規(guī)范性，便于大規(guī)模集成。6 .性價(jià)比高,常用的DSP價(jià)格在5

4、美元以下。2.TMS320VC540凹勺硬件資源TMS320VC540費(fèi)TI的第七代DSP產(chǎn)品之一，它具有優(yōu)化的CPU結(jié)構(gòu)，內(nèi)部有1 個(gè)40位的算術(shù)邏輯單元(包括一個(gè)40位的桶式移位寄存器和 2個(gè)獨(dú)立的40位累 加器)，一個(gè)17X 17的乘法器和一個(gè)40位專用加法器，16K字RAM空間和 4Kx 16bit RO叱間。共20根地址線，可尋址64K字?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)和1M字程序區(qū)，具有64K I/O空間。處理速度為100M IPS ,速度高、功耗低。TMS320VC540家用修正的哈佛結(jié)構(gòu)和8總線結(jié)構(gòu)(4條程序/數(shù)據(jù)總線和4條地 址總線)，以提高運(yùn)算速度和靈活性。在嚴(yán)格的哈佛結(jié)構(gòu)中，程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

5、 分別設(shè)在兩個(gè)存儲(chǔ)空間，這樣，就允許取址和執(zhí)行操作完全重疊。修正的哈佛結(jié)構(gòu)中， 允許在程序和數(shù)據(jù)空間之間傳送數(shù)據(jù)，從而使處理器具有在單個(gè)周期內(nèi)同時(shí)執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、位操作、乘法累加運(yùn)算以及訪問程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的強(qiáng)大功能。與修正 的哈佛結(jié)構(gòu)相配合，TMS320VC540處采用了一個(gè)6級深度的指令流水線，每條流水 線之間彼此獨(dú)立，在任何一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)可以有 1至6條不同的指令在同時(shí)工作，每 條指令工作在不同的流水線上，使指令的執(zhí)行時(shí)間減小到最小和增大處理器的吞吐量。TMS320VC5402勺硬件結(jié)構(gòu)具有硬件乘法器、8總線結(jié)構(gòu)、功能強(qiáng)大的片內(nèi)存儲(chǔ)器 配置和低功耗設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。因此，可以進(jìn)行高速并

6、行處理，同時(shí)，集成度高可節(jié)省硬件 開銷，提高系統(tǒng)抗干擾性。它除了完成數(shù)字信號(hào)處理任務(wù)外，還可以兼顧通用單片機(jī)的 操作任務(wù)，因此，它是集數(shù)字信號(hào)處理與通用控制電路于一體的多功能低功耗微處理器。綜上所述VC5402的CPU結(jié)構(gòu)特征如下。(1)具有高性能的改進(jìn)的哈佛總線結(jié)構(gòu)，即具有三條獨(dú)立的16bit數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器總線和一條16bit的程序存儲(chǔ)器總線。(2)具有一個(gè)40bit的算術(shù)邏輯單元，包括一個(gè) 40bit的筒形移位器和兩個(gè)獨(dú)立 的加法器。(3)17 X17bit的并行乘法器與專用的40bit加法器相結(jié)合。(4)具有專用于Viter bi 蝶形算法的比較、選擇、和存儲(chǔ)單元(CSSU>(5)指數(shù)

7、譯碼器可以在一個(gè)指令周期內(nèi)求一個(gè) 40bit累加數(shù)的指數(shù)值，這里的指數(shù) 定義為累加器中沒有數(shù)據(jù)占用的位數(shù)的個(gè)數(shù)減去 8 o(6)兩個(gè)地址發(fā)生器、八個(gè)輔助寄存器和兩個(gè)輔助寄存器算術(shù)單元(ARAU>3.TMS320VC540羲小系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)硬件組成基于TMS320C5402t小系統(tǒng)系統(tǒng)框圖。此最小系統(tǒng)主要由時(shí)鐘及復(fù)位電路、JTAG仿真調(diào)試接口電路以及供電系統(tǒng)，外加 WATCH DOG路等模塊構(gòu)成。系統(tǒng)框圖如下：圖3.1最小系統(tǒng)框圖133.2 各功能模塊設(shè)計(jì)3.2.1 5V 電源產(chǎn)生電路設(shè)計(jì)此電路主要功能是將220V的市電經(jīng)變壓器降成9V交流電，通過整流橋整流、電容 濾波、再通過三端集

8、成穩(wěn)壓器 78L05輸出穩(wěn)5V電壓，為TPS73HD318I供5V輸入。電路連接圖如下VR1ASM 117-5.0Vin VoutVCC-5VPOUT1PIN1Header 23_LLC5*T10uF加4 IHeader 2圖3.2.1電源產(chǎn)生電路原理圖3.2.2 復(fù)位和 WATCH DOG路設(shè)計(jì)通過按鈕實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。當(dāng)按鈕按下時(shí)，將電容 C12上的電荷通過按鈕串接的電阻 R3釋放掉，使電容C12上的電壓降為00當(dāng)按鈕松開時(shí)，由于電容 C12上的電壓不能突 變，所以通過電阻R2進(jìn)行充電，充電時(shí)間由R2c12的乘積值決定，一般要求大于 5個(gè) 外部時(shí)鐘周期，可根據(jù)具體情況選擇。這樣就可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)按

9、鈕復(fù)位?？撮T狗電路起著監(jiān)視DS網(wǎng)作的作用。系統(tǒng)在運(yùn)行過程中通過I/O輸出給看門狗的 輸入端WDI腳正脈沖，兩次脈沖時(shí)間間隔不大于 1.6s ,則WDO引腳永遠(yuǎn)為高電平，說 明DSPS序執(zhí)行正常。但如果程序品6飛，就不可能按時(shí)通過I/O輸出發(fā)出正脈沖。當(dāng)兩次發(fā)出正脈沖的時(shí)間間隔大于1.6s時(shí)，看門狗便使WDO置為低電平，將使系統(tǒng)復(fù)位。 兩模塊的連接方式如圖所示。<tND圖3.2.2復(fù)位電路原理圖3.2.3 時(shí)鐘電路和JTAG仿真調(diào)試接口電路設(shè)計(jì)TMS320VC54021供了兩個(gè)時(shí)鐘管腳 X2和Xl °X2又稱CLKIN,是一個(gè)輸入管腳， 而X1是一個(gè)輸出管腳，其時(shí)鐘發(fā)生器允許設(shè)計(jì)

10、者選擇時(shí)鐘源。 一是在X1和X2/CLKI N 之間接一品振來啟動(dòng)DSP內(nèi)部晶振，如下圖所示，二是將外部時(shí)鐘直接接到時(shí)鐘管腳X2, X1懸空。本系統(tǒng)采用第一種時(shí)鐘電路，選用的晶振 M1為20MHz，利用DSP芯片 內(nèi)部的振蕩器構(gòu)成時(shí)鐘電路，在芯片的 XI和X2/CLKIN引腳之間接入一個(gè)晶體，用于啟 動(dòng)內(nèi)部振蕩器。目前流行的DSPtB備有標(biāo)準(zhǔn)的JTAG(Joint Test Action Group )接口，主要用于 在線仿真調(diào)試。本設(shè)計(jì)中DSPW仿真器之間的連接電纜超過 6 in,將數(shù)據(jù)傳輸腳加上驅(qū) 動(dòng)，此上拉電阻取10K。兩模塊與TMS320C5402勺連接方式如圖所示。m! ttu I

11、E EEL mr 1111Kl HIE g HfUW inurr rTTrifi*!OTOgCl .K M 14 CIJUkTIJt l.h Fli s r-1Hl片幅 ir i f -.i悶EHlIiJ U：liU隼，NHJll WI-MimaC¥UD CZIJL* CZPI*l > > l - I ' - I ! - DZpD叼舟W dr 1 kJ 4 inIlk=N- k*姓+甫H+h#蚌才叫*#林才照*SSQHIf郵評HIJ醇Nl!I eh*5gIMF HW Hlu I M IU iplnn i Idu “ flueBIT up ufe 已 UK ?x E

12、rl->ri ph."X s 聚 :nl.uh *.1 spMK岳SE 身亞 1晝 晶-UK Sy- 晝圖 3.2.3.2時(shí)鐘電路和JTAG接口原理圖3.2.4 TMS320C5402 的電源設(shè)計(jì)包括TMS320VC540泣內(nèi)的TMS320C54X系列J DSP大部分采用低電壓供電方式， 可以大大降低DSP芯片的功耗。TMS320C5402勺電源分兩種，即內(nèi)核電源（CVDD前I/O 電源（DVDD）其 中I/O 電源一般采用3.3V電壓而內(nèi)核電源分為2.5V或更低，降低 內(nèi)核電壓的主要目的是降低功耗。TMS320VC5402勺內(nèi)核電壓為 1.8V。下面介紹TMS320VC540

13、酌電源設(shè)計(jì)。1.電源電壓結(jié)構(gòu)及要求TMS320VC540東用了雙電源供電機(jī)制，以獲得更好的電源性能，其工作電壓為3.3V和1.8V。其中，1.8V主要為該器件的內(nèi)部邏輯提供電壓，包括 CPU和其他所有 的外設(shè)邏輯。與3.3V供電相比，1.8V供電大大降低功耗。外部接口引腳仍然采用3.3V 電壓，便于直接與外部低壓器件接口，而無需額外的電平變換電路。TMS320VC5402的電流消耗主要取決于器件的激活度，CVDM耗的電流主要決定于CPU的激活度。外設(shè)消耗的電流決定于正在工作的外設(shè)及其速度。與CPU相比，外設(shè)消耗的電流是比較小的。時(shí)鐘電路也需要消耗一小部分電流，且這部分電流是恒定的，與 CPU和

14、外設(shè)的激活程度無關(guān)。CVDD為器件的所有內(nèi)部邏輯提供電流，包括 CPU時(shí)鐘 電路和所有外設(shè)。DVDD只為外部接口引腳提供電壓，消耗電流取決于外部輸出的速度 和數(shù)量，及在這些輸出口上的負(fù)載電容。如圖3-1所示，電壓轉(zhuǎn)換芯片TPS767D318屬于線性降壓型DJ DC變換芯片，可 以由5V電源同時(shí)產(chǎn)生兩種不同的電壓（3.3V、1.8V或2.5V）,其最大輸出電流為750mA 可以同時(shí)滿足一片DSP5片和少量外圍電路的供電需要，可以滿足TMS320VC5402小系 統(tǒng)的需要。2.其設(shè)計(jì)原理圖如下圖所示。11NC1RESETNCNC1GNDNC1EN IFBSENSEIIN10UTI TV1ETTNC

15、:RESETNCNC2GNDNCTN2SESSESIX2 OUT42OUTNCNCNCNCTPSW31S2iF is 丁Q6VCC 1N41SDJ 5817D2D4本INI 18圖3.2.4 TMS320C5402電源原理圖*】NJ】34.系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖士圭r 尊一整年 -計(jì)”號(hào)硼譚熊爐71I !1 - I muw Elirrtiiprnvp p Bl.山 iiaJ? lbJ-i Jp Jr -j i，小 Hlrlbuusu R-JR S'J耳i岸胃工胃ah昌隔祗器）I九甲1% ：7著委三子方7惇性尚用犀他i斗解照wm朝鞘微5.系統(tǒng)PCB圖匚LJ匚匚6.心得體會(huì)本次課程設(shè)計(jì)雖然結(jié)束了，

16、但是它留給我的印象是不可磨滅的。無論我以后是否涉 及到此方面的研究，我想，至少我掌握了一種系統(tǒng)的研究方法，學(xué)習(xí)的目的就在于運(yùn)用。 萬事相通，本次課程設(shè)計(jì)必將為我以后的學(xué)習(xí)與工作奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，課程設(shè)計(jì)中鍛煉 出來的能力是終身受益的。我真心的感謝本次課程設(shè)計(jì)，它教會(huì)我很多。作為一個(gè)電信本科生，掌握 DSP系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)是非常重要的，通過對本課題的學(xué) 習(xí)，了解了 DSP系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用，鍛煉獨(dú)立設(shè)計(jì)電路的能力和動(dòng)手能力。這次課程設(shè) 計(jì)我學(xué)到了很多東西，尤其是做好一件事實(shí)在是不容易，特別是在準(zhǔn)備不足的情況下， 更是難上加難。我學(xué)會(huì)了怎么在浩瀚如海的大堆資料里搜集自己所需要的東西，怎樣與 人溝通去完成一件事。然而我也看到了自身地不足，專業(yè)知識(shí)不是很過硬，缺乏對問題地分析能力 ，還有 自