利用GPIO擴(kuò)展LED燈動(dòng)態(tài)顯示

1、 DSP課程設(shè)計(jì) 學(xué)院：專業(yè)：成員： 指導(dǎo)老師： 時(shí)間：2015.3.9 2015.3.12 利用GPIO擴(kuò)展LED燈動(dòng)態(tài)顯示 目錄概述21. DSP的特點(diǎn)32. DSP的應(yīng)用3一、設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)備 3 1.1 設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)要求41.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容41.3 設(shè)計(jì)所需設(shè)備51.4設(shè)計(jì)說明5二、硬件設(shè)計(jì)52.1 F2812介紹62,2 TDS2812EVMV板介紹72.3 F2812 GPIO72.4 用DSP的GPIO口擴(kuò)展LED燈的動(dòng)態(tài)顯示硬件設(shè)計(jì)8三、軟件設(shè)計(jì)83.1軟件系統(tǒng)分析83.2 程序流程圖8四、心得體會(huì)9參考文獻(xiàn)11程序清單12概述數(shù)字信號處理(Digital Signal Proce

2、ssing，簡稱DSP)是一種通過使用數(shù)學(xué)技巧執(zhí)行轉(zhuǎn)換或提取信息，來處理現(xiàn)實(shí)信號的方法，這些信號由數(shù)字序列表示。DSP微處理器不僅具有可編程性，而且其實(shí)時(shí)運(yùn)行速度可達(dá)每秒數(shù)以千萬條復(fù)雜指令程序，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過通用微處理器，它的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力和高運(yùn)行速度，是最值得稱道的兩大特色。德州儀器、Freescale等半導(dǎo)體廠商在這一領(lǐng)域擁有很強(qiáng)的實(shí)力。 DSP芯片具有采用哈佛結(jié)構(gòu)、多總線結(jié)構(gòu)、流水線技術(shù)、配有專用的硬件乘法-累加器、具有特殊的DSP指令、快速的指令周期、硬件配置強(qiáng)、支持多處理器結(jié)構(gòu)、省電管理和低功耗等特點(diǎn)。 DSP有很多優(yōu)點(diǎn)，如：對元件值的容限不敏感，受溫度、環(huán)境等外部因素影響??；容易實(shí)現(xiàn)集

3、成；VLSI可以分時(shí)復(fù)用，共享處理器；方便調(diào)整處理器的系數(shù)實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)濾波；可實(shí)現(xiàn)模擬處理不能實(shí)現(xiàn)的功能：線性相位、多抽樣率處理、級聯(lián)、易于存儲(chǔ)等；可用于頻率非常低的信號等。 當(dāng)然，DSP像其他任何器件一樣，也具有一定的缺點(diǎn)，如：需要模數(shù)轉(zhuǎn)換；受采樣頻率的限制，處理頻率范圍有限；數(shù)字系統(tǒng)由耗電的有源器件構(gòu)成，沒有無源設(shè)備可靠等。不過其缺點(diǎn)相對于優(yōu)點(diǎn)是微不足道的。 目前，DSP技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于信號處理、語音處理、圖形/圖像、軍事、儀器儀表、自動(dòng)控制、醫(yī)療及家用電器等各領(lǐng)域。 由TI公司提供專業(yè)的開發(fā)工具CCS，自帶DSP/BIOS操作系統(tǒng)，能夠直接編寫適合DSP開發(fā)工程及文件，滿足DSP程序設(shè)計(jì)要求

4、。此次設(shè)計(jì)中，通過對TMS320CF2812的控制以及對其引腳GPIO功能的設(shè)計(jì)，在實(shí)驗(yàn)板上實(shí)現(xiàn)4位LED顯示流水燈。首先對TMS320C2000系列DSP的I/O口作為通用I/O的原理進(jìn)行了解，并熟悉通用I/O的編程方法，了解LED動(dòng)態(tài)顯示的基本原理和實(shí)現(xiàn)方法，最終通過CCS集成開發(fā)環(huán)境編程完成設(shè)計(jì)。1. DSP的特點(diǎn)（1）在一個(gè)指令周期內(nèi)可完成一次乘法和一次加法； （2）程序和數(shù)據(jù)空間分開，可以同時(shí)訪問指令和數(shù)據(jù)； （3）片內(nèi)具有快速RAM，通常可通過獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線在兩塊中同時(shí)訪問； （4）具有低開銷或無開銷循環(huán)及跳轉(zhuǎn)的硬件支持； （5）快速的中斷處理和硬件I/O支持； （6）具有在單周期

5、內(nèi)操作的多個(gè)硬件地址產(chǎn)生器； （7）可以并行執(zhí)行多個(gè)操作； （8）支持流水線操作，使取指、譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊執(zhí)行。 當(dāng)然，與通用微處理器相比，DSP微處理器（芯片）的其他通用功能相對較弱些。 a.DSP優(yōu)點(diǎn)： （1）對元件值的容限不敏感，受溫度、環(huán)境等外部參與影響??； （2）容易實(shí)現(xiàn)集成；VLSI 可以分時(shí)復(fù)用，共享處理器； （3）方便調(diào)整處理器的系數(shù)實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)濾波； （4）可實(shí)現(xiàn)模擬處理不能實(shí)現(xiàn)的功能：線性相位、多抽樣率處理、級聯(lián)、易于存儲(chǔ)等； （5）可用于頻率非常低的信號。 b.DSP缺點(diǎn)： （1）需要模數(shù)轉(zhuǎn)換； （2）受采樣頻率的限制，處理頻率范圍有限； （3）數(shù)字系統(tǒng)由耗電的有源

6、器件構(gòu)成，沒有無源設(shè)備可靠。 2. DSP的應(yīng)用 (1) 語音處理：語音編碼、語音合成、語音識(shí)別、語音增強(qiáng)、語音郵件、語音儲(chǔ)存等。 (2) 圖像圖形：二維和三維圖形處理、圖像壓縮與傳輸、圖像識(shí)別、動(dòng)畫、機(jī)器人視覺、多媒體、電子地圖、圖像增強(qiáng)等。軍事、保密通信、雷達(dá)處理、聲吶處理、導(dǎo)航、全球定位、跳頻電臺(tái)、搜索和反搜索等。 (3) 儀器儀表：頻譜分析、函數(shù)發(fā)生、數(shù)據(jù)采集、地震處理等。 (4) 自動(dòng)控制：控制、深空作業(yè)、自動(dòng)駕駛、機(jī)器人控制、磁盤控制等。 (5) 醫(yī)療：助聽、超聲設(shè)備、診斷工具、病人監(jiān)護(hù)、心電圖等。 (6) 家用電器：數(shù)字音響、數(shù)字電視、可視電話、音樂合成、音調(diào)控制、玩具與游戲等。

7、 (7) 生物醫(yī)學(xué)信號處理舉例： CT:計(jì)算機(jī)X射線斷層攝影裝置。（其中發(fā)明頭顱CT英國EMI公司的豪斯菲爾德獲諾貝爾獎(jiǎng)。） CAT：計(jì)算機(jī)X射線空間重建裝置。出現(xiàn)全身掃描，心臟活動(dòng)立體圖形，腦腫瘤異物，人體軀干圖像重建。一、 設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)備1.1 設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)要求 利用DSP的CPU硬件資源 使用GPIO引腳 外接直流5V的LED燈1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容 設(shè)計(jì)說明書 電路原理圖 各設(shè)計(jì)模塊單元原理 實(shí)驗(yàn)結(jié)果動(dòng)態(tài)顯示說明1.3 設(shè)計(jì)所需設(shè)備 PC機(jī) TDS2812EVMA板 CCStudio 3.1 軟件 電源 TDS510USB仿真器 Windows XP臺(tái)式電腦一臺(tái) USB電纜 Altium D

8、esigner軟件包一套1.4設(shè)計(jì)說明TDS510USB仿真器：適用于工作電壓在1.0到5.0伏之間的TM320系列數(shù)字信號處理器。仿真器為USB2.0接口設(shè)備，支持即插即用及熱插拔，支持WINDOWS98/2000/XP。TDS2812EVMA：基于TI公司的32位定點(diǎn)TM320F2812 DSP針對自動(dòng)控制而開發(fā)的應(yīng)用模塊，其目的是能為上述領(lǐng)域開發(fā)者提供一個(gè)快捷，成熟的，高性能的硬件，軟件解決方案。二、 硬件設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)中使用F2812的GPIO口與LED燈連接。LED燈在DSP系統(tǒng)中常用作信號燈使用，提示系統(tǒng)當(dāng)前的某些狀態(tài)。LED燈的控制需在陽極與陰極提供一個(gè)1.7V的正向電壓，并使流經(jīng)LE

9、D的電流為510mA，即可以較理想的點(diǎn)亮LED燈。通過程序控制，設(shè)置GPIOA引腳為輸出方式。使GPIOA引腳輸出為低電時(shí)，電源與GPIOA引腳間有電壓差，從而點(diǎn)亮LED燈；使GPIO引腳輸出為高電平時(shí)，電源與GPIO引腳間電壓差為0，則LED燈不亮。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)總框圖如圖所示：DSP最小 GPIOA系統(tǒng)發(fā)光二級管顯示電路圖2.1 硬件設(shè)計(jì)總體框圖2.1 F2812模塊介紹 TMS320F28x系列DSP是32位的定點(diǎn)數(shù)字信號處理器，是目前國際市場上最先進(jìn)、功能最強(qiáng)大的定點(diǎn)DSP芯片。它繼承了數(shù)字信號處理的諸多優(yōu)點(diǎn)，例如可調(diào)整的哈佛總線結(jié)構(gòu)和循環(huán)尋址方式。同時(shí)TMS320F28x系列DSP使用

10、精簡指令集（RISC），從而使CPU能夠周期地執(zhí)行寄存器到寄存器的操作。TMS320F28x系列DSP既具有數(shù)字信號處理能力，又具有強(qiáng)大的事件管理能力和嵌入式控制功能，特別適用于有大批量數(shù)字處理的測控場合。圖2.2 F2812最小系統(tǒng)原理圖2.2 TDS2812EVMV板介紹TDS2812EVMV板包含內(nèi)容模板包含了一些易受EDS損壞的敏感元件，人體上積累電荷的放電都可能帶來器件的損壞。因此在接觸硬件前請使用防靜電的措施先釋放掉人體的靜電。本模板包含了如下內(nèi)容 硬件模板一塊 測試軟件程序TDS2812EVMV板包含的內(nèi)容，如下圖：CAN電源UARTADINTMS320F2812tlv320ai

11、c23LINE INSPEAKOUT/LINEOUTCPLDXC9536XLDA OUTDATLC7528運(yùn)放TLC2274擴(kuò)展接口拔碼開關(guān)SRAM指示燈擴(kuò)展接口 XINTF圖2.3 TDS2812EVMV板原理圖2.3 F2812 GPIO TMS320F2812 DSP有多達(dá)56個(gè)通用數(shù)字量輸入輸出端口（GPIO），其中絕大部分是通用I/O和專用功能復(fù)用引腳。數(shù)字量I/O端口模塊采用一種靈活配置的方法控制服用引腳功能，GPIOMUX寄存器用來選擇F2812的引腳操作模式，可以通過該寄存器獨(dú)立設(shè)置每個(gè)引腳的功能。如果選擇數(shù)字量I/O模式，可以通過GPxDIR寄存器配置數(shù)字量I/O的方向，并通

12、過GPxQUAL進(jìn)一步消除數(shù)字量I/O引腳的噪聲信號。此外，處理器提供GPxSET和GPxCLEAR寄存器對數(shù)字量進(jìn)行置位和清零，還可以通過GPxDAT寄存器獨(dú)立讀/寫I/O信號。2.4 用DSP的GPIO口擴(kuò)展LED燈的動(dòng)態(tài)顯示硬件設(shè)計(jì)LED燈的控制需在陽極與陰極提供一個(gè)1.7V的正向電壓，并使流經(jīng)LED的電流為510mA，即可以較理想的點(diǎn)亮LED燈。設(shè)計(jì)的硬件電路圖如下：圖2.4設(shè)計(jì)的硬件電路圖三、 軟件設(shè)計(jì)3.1軟件系統(tǒng)分析軟件的設(shè)計(jì)主要是通過利用C語言的編程來實(shí)現(xiàn)LED燈動(dòng)態(tài)顯示的控制，程序的設(shè)計(jì)包括初始化DSP時(shí)鐘、系統(tǒng)初始化、選通發(fā)光二極管、按順序點(diǎn)亮發(fā)光二極管，其中編制延時(shí)子程序

13、，在各LED燈的點(diǎn)亮中間加入適當(dāng)?shù)难訒r(shí)。3.2 程序流程圖通過程序控制，設(shè)置GPIOA引腳為輸出方式。使GPIOA引腳輸出為低電平時(shí)，電源與GPIOA引腳間有電壓差，從而點(diǎn)亮LED燈；使GPIO引腳輸出為高電平時(shí)，電源與GPIO引腳間電壓差為0，則LED燈不亮。通過軟件延時(shí)來調(diào)整發(fā)光二極管的延時(shí)間隔。開 始初始化DSP時(shí)鐘，系統(tǒng)初始化正向點(diǎn)亮發(fā)光二極管并延時(shí)選通發(fā)光二極管反向點(diǎn)亮發(fā)光二極管并延時(shí)圖3.1 程序流程圖四、 心得體會(huì)通過這次課程設(shè)計(jì)，我對課本上的知識(shí)有了更加深入的了解，通過實(shí)踐操作使我加深了對理論知識(shí)的理解。在此次課程設(shè)計(jì)中，我收獲了喜悅也遭受過挫折。尤其是在硬件設(shè)計(jì)上，由于一心想

14、有仿真結(jié)果，所以開始的時(shí)候有些浮躁，尤其是電路不按預(yù)期目標(biāo)運(yùn)行時(shí)感覺稍稍受挫，但我繼續(xù)努力，一次次做下去，但當(dāng)經(jīng)過各種努力后，還是無法使其運(yùn)行于可控范圍內(nèi)，受挫感的確很強(qiáng)，不過當(dāng)稍有進(jìn)展，或者運(yùn)行結(jié)果正確的情況下，心中也是非常高興的。課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程。此次課程設(shè)計(jì)，我仍感慨頗多，的確，從選題到定稿，從理論到實(shí)踐，在這些日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識(shí)。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理

15、論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。這次課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多問，但被我們一一解決。看著自己這些天的辛苦有了回報(bào)，感覺很踏實(shí)。以后會(huì)更加努力！ 參考文獻(xiàn)1 王忠勇 陳恩慶 著. DSP原理與應(yīng)用技術(shù). 電子工業(yè)出版社. 2011年2 TS-2812A實(shí)驗(yàn)箱實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書程序清單#include "DSP281x_Device.h" / DSP281x Headerfile Include File#include "

16、;DSP281x_Examples.h" / DSP281x Examples Include File#include "f2812a.h"/ 定義指示燈寄存器地址和寄存器類型#define LBDS (*(unsigned int *)0xc0000)/ 子程序接口void Delay(unsigned int nDelay);/ 延時(shí)子程序main()unsigned int uLED4=1,2,4,8;/ 控制字，逐位置1: 0001B 0010B 0100B 1000B /逐位點(diǎn)亮，/ unsigned int uLED4=0xc,9,3,6;/ 控制字，逐位置1: 1100B 1001B 0011B 0110B/兩個(gè)LED順序點(diǎn)亮/unsigned int uLED4=7,0xe,0xd,0xb;/ 控制字，逐位置1: 0111B 1110B 1101B 1011B /三個(gè)LED順序點(diǎn)亮int i;