DSP2812音樂演奏器

1、南昌航空大學(xué)課程設(shè)計報告 （嵌入式課設(shè)）DSP技術(shù)及其應(yīng)用 Nanchang Hangkong University 課程設(shè)計報告實驗課程：DSP原理與應(yīng)用 【嵌入式課設(shè)】 實驗內(nèi)容：基于TMS320X2812的音樂演奏器 院 （系）： 信息工程學(xué)院 專 業(yè)： 自動化 班 級： 120443班 學(xué)生姓名： 黃公權(quán)、胡盼林、胡美亮、胡朔 學(xué) 號： 12044315、 13、 12、 14、 指導(dǎo)教師： 吳家洲老師 2015年 11 月 26 日 目錄1.序言 22.設(shè)計任務(wù) 33.實驗?zāi)康?34.設(shè)計內(nèi)容 45.實驗原理 46.總體設(shè)計 7 7.實驗總結(jié)與組員分工148.參考資料15序言 DSP

2、2812的特點DSP2812是TI公司新推出的功能強大的TMS320F2812的32位定點DSP，是TMS320LF2407A的升級版本，最大的特點是速度比TMS320LF2407A有了質(zhì)的飛躍，從最高40M躍升到TMS320F2812的150M，處理數(shù)據(jù)位數(shù)也從16位定點躍升到32位定點。最大的亮點是其擁有EVA、EVB事件管理器和配套的12位16通道的AD數(shù)據(jù)采集，使其對電機控制得心應(yīng)手。再加上豐富的外設(shè)接口，如CAN、SCI等，在工控領(lǐng)域占有不少份額。TMS320F2812是基于代碼兼容的C28x內(nèi)核的新型高性能32位定點數(shù)字信號處理器，其代碼與F24x/LF240x系列DSP代碼及部分

3、功能相兼容，C28x內(nèi)核的指令執(zhí)行周期達到了667ns，最高運行頻率可以達到150MHz，保證了控制系統(tǒng)有足夠的運算能力。此外，F(xiàn)2812集成有許多外設(shè)，提供了整套的片上系統(tǒng)，從降低了系統(tǒng)成本，實現(xiàn)更簡單、高效的控制。其片上外設(shè)主要包括2×8路12位ADC(最快80ns轉(zhuǎn)換時間)，2路SCI，1路SPI，1路McBSP，1路eCAN接口等，并帶有兩個事件管理模塊(EVA、EVB)，分別包括6路PWM/CMP，2路QEP，3路CAP，2路16位定時器(或TxPWM/TxCMP)。另外，該器件還有3個獨立的32位CPU定時器，以及多達56個獨立編程的GPIO引腳。由此可見，F(xiàn)2812在具

4、備數(shù)字信號處理器卓越的數(shù)據(jù)處理能力的同時，又具有適于控制的片內(nèi)外設(shè)及接口，可廣泛應(yīng)用于各種高性能的系統(tǒng)控制中。F2812不同于F24xx系列DSP，它采用統(tǒng)一編址方式。芯片內(nèi)部有18K的SARAM，包括MO、M1、L0、L1、H0共5個存儲塊。各存儲塊保持獨立，可以在同一機器周期對不同的RAM塊進行訪問，從而減少流水線時延。而且F2812內(nèi)部有128K字的FLASH，地址空間3D8000h3F7FFFh，適用于低功耗、高性能的控制系統(tǒng)。此外F2812提供了外部存儲器擴展接口(XINTF)，方便進行系統(tǒng)擴展，其尋址空間可以達到1MB。F2812有多種上電引導(dǎo)方式可供選擇，可以通過設(shè)置GPIOF4

5、、GPIOF12、GPIOF3、GPIOF2的不同狀態(tài)進行DSP上電時的程序引導(dǎo)控制。DSP芯片，也稱數(shù)字信號處理器， 是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的微處理器。DSP芯片的內(nèi)部采用程序和數(shù)據(jù)分開的哈佛結(jié)構(gòu)，具有專門的硬件乘法器，廣泛采用流水線操作，提供特殊的DSP指令，可以用來快速的實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。根據(jù)數(shù)字信號處理的要求，DSP芯片一般具有如下的一些主要特點：在一個指令周期內(nèi)可完成一次乘法和一次加法。 程序和數(shù)據(jù)空間分開，可以同時訪問指令和數(shù)據(jù)。 片內(nèi)具有快速RAM，通?？赏ㄟ^獨立的數(shù)據(jù)總線在兩塊中同時訪問。 具有低開銷或無開銷循環(huán)及跳轉(zhuǎn)的硬件支持。 快速的中斷處理和硬件I/O支持。 具有在單

6、周期內(nèi)操作的多個硬件地址產(chǎn)生器。 可以并行執(zhí)行多個操作。 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。 與通用微處理器相比，DSP芯片的其他通用功能相對較弱些。1.設(shè)計任務(wù)：1.1基于TMS320X2812的 音樂演奏器設(shè)計（通過DSP開發(fā)板，開發(fā)板老師直接從淘寶上找的，只要求做出基本設(shè)計，不要求做出硬件。沒有板子，所以簡單設(shè)計了一下需要用到的電路）要求：（1）繪制系統(tǒng)框圖【Edraw（億圖軟件）】；（2）包括復(fù)位電路設(shè)計、JTAG接口設(shè)計、時鐘電路設(shè)計、電源設(shè)計等，并且用Altium Designer 10軟件及Proteus 7.8軟件繪制原理圖；（3） 編寫程序，音樂演奏功能；

7、（4） 系統(tǒng)理論分析和設(shè)計陳述；（5） 設(shè)計過程、源代碼和注釋。2.實驗?zāi)康模?學(xué)習(xí)并了解DSP開發(fā)版的基本原理，進一步掌握嵌入式技術(shù)； 學(xué)習(xí)并了解TMS320X2812芯片的基本結(jié)構(gòu)和原理； 熟悉“音樂演奏器”實現(xiàn)原理和硬件設(shè)計，驅(qū)動揚聲器蜂鳴器播放一段音樂聲； 熟悉Emulator方式下的程序調(diào)試規(guī)程，并最終能夠熟練掌握在DSP軟硬件環(huán)境下的程序開發(fā)流程；能夠?qū)ΜF(xiàn)有器件進行簡單地編程，實現(xiàn)音樂演奏器地設(shè)計。通過DSP2812設(shè)計音樂演奏器，對嵌入式進行更深一步地理解和學(xué)習(xí)。3.設(shè)計內(nèi)容：（1）使用Altium Designer 10軟件繪制TMS320F2812引腳圖、蜂鳴器電路（音樂演奏

8、電路），用Proteus 7.8繪制復(fù)位電路設(shè)計、JTAG接口設(shè)計、時鐘電路設(shè)計、電源電路圖。（2）使用Edraw（億圖）軟件繪制系統(tǒng)框圖和軟件流程圖。（3）使用CCStudio v3.3軟件設(shè)計程序?qū)崿F(xiàn)音樂演奏功能。4.實驗原理：4.1 DSP（2812）性能概述（1）F2812 DSP芯片采用高性能靜態(tài)CMOS技術(shù)1 主頻高達150MHz，每個時鐘周期為6.67ns。2采用低電壓供電，當(dāng)主頻為135MHz時,內(nèi)核電壓為1.8V，主頻150MHz時內(nèi)核電壓為1.9V，I/O引腳電壓為3.3V。（2）支持JTAG在線仿真接口(3）32位高性能處理器1 支持16bX16b和32bX32b的乘法加

9、法運算。2 支持16bX16b雙乘法運算。3 采用哈佛總線結(jié)構(gòu)模式。 4 快速的中斷響應(yīng)和中斷處理能力。5 統(tǒng)一的存儲設(shè)計模式。6 兼容C/C+語言以及匯編語言。(4) 片內(nèi)存儲空間1片內(nèi)FLASH空間大小為128KX16b，分為4個8KX16b和6個16KX16b存儲段。 2 OTP ROM空間大小1KX16b。3 L0、L1兩塊4KX16b單地址尋址隨機存儲器（SARAM）。4 H0：一塊8KX16b隨機存儲器（SARAM）。 5 M0、M1：兩塊1KX16bSARAM。(5) Boot ROM空間空間大小為4KX16b，內(nèi)含軟件啟動模式以及標(biāo)準(zhǔn)數(shù)學(xué)函數(shù)庫。(6) 外部接口1 高達1MX1

10、6b的總存儲空間。2 可編程的等待時間。3 可編程的等待讀寫時序。4 3個獨立的片選信號。（7） 時鐘和系統(tǒng)控制1 支持動態(tài)鎖相環(huán)倍頻。2 片內(nèi)振蕩器。3 內(nèi)含看門狗定時模塊。（8）3個外部中斷（9）外設(shè)中斷模塊（PIE）可以支持45個外設(shè)中斷（10）3 個32位CPU定時器（11）128位安全密鑰 1 可以包含F(xiàn)lash ROM OTP以及L0 L1SARAM。2 防止系統(tǒng)硬件、軟件被修改。（12）用于控制電機的外設(shè)1兩路事件管理（EVA、EVB）。（13）串行通信端口1 串行外設(shè)接口SPI。2 兩路串行通信接口SCI，標(biāo)準(zhǔn)URAT口。3 增強型CAN模塊（eCAN）。4 多通道緩沖串行接口

11、（MSBSP）。（14）12位ADC轉(zhuǎn)換模塊1 2X8路輸入通道。2 兩個采樣保持器。3 單一或級聯(lián)轉(zhuǎn)換模式。4 最高轉(zhuǎn)換速度80ns/12.5Msps。（15）56個通用GPIO口（16）先進的仿真模式1 具有實時仿真及設(shè)置斷點的功能。2 支持硬件仿真。（17）開發(fā)工具1 DSP集成環(huán)境CCS。2 JTAG仿真器。（18）低電模式和電源存儲1 支持IDLE、STANDBY、HALT模式。2 禁止/使能獨立外設(shè)時鐘。（19）封裝1 179引腳BGA封裝，帶擴展存儲接口。2 176引腳PGF封裝，帶擴展存儲接口。4.2 TMS320F2812的引腳圖及功能下圖為TMS320F2812引腳圖以及各

12、個引腳的作用。4.3、蜂鳴器電路（音樂演奏電路）:5.總體設(shè)計 5.1系統(tǒng)框圖 5.2基本硬件設(shè)計1. 電源轉(zhuǎn)換DSP最小系統(tǒng)僅有5V電源供電，由于DSP芯片供電電壓只能是3.3V，所以在設(shè)計電路時，需要將5V電源轉(zhuǎn)換為3.3V給CPU供電，因此使用了TI公司的5V/3V的TPS7333Q高性能穩(wěn)壓芯片，并可提供上電復(fù)位信號，該信號/RSDSP接到DSP的復(fù)位引腳上。該芯片最大輸出電流500mA。TPS7333Q輸出后的10f和0.1f的電容不能省略，否則得不到穩(wěn)定的3.3V電壓。電源轉(zhuǎn)換原理圖如下所示： 2 復(fù)位電路DSP系統(tǒng)的復(fù)位電路的設(shè)計對于系統(tǒng)性能有重要影響。 DSP2812為低電平復(fù)

13、位，由于內(nèi)部有復(fù)位電路，所以直接在復(fù)位引腳/xrs接一個10K的上拉電阻即可；有些電源芯片有復(fù)位引腳，可用于DSP的直接復(fù)位。復(fù)位電路原理圖如下所示： 3 時鐘電路TMS320 F2812 DSP的時鐘可以有兩種連接方式，即外部振蕩器方式和諧振器方式。有源晶振驅(qū)動能力較強，頻率范圍較寬，在1HZ400MHZ之間。無源晶振驅(qū)動能力差，價格便宜，頻率范圍較窄。本文采用的是外部有源時鐘方式，直接選擇一個3.3V供電的30MHz有源晶振實現(xiàn)。晶振電路如圖下圖所示：4 JTAG仿真接口電路幾乎所有的高速控制器和可編程器件都配有標(biāo)準(zhǔn)仿真接口JTAG，F(xiàn)2812也不例外。JTAG掃描邏輯電路用于仿真和測試，

14、采用JTAG可實現(xiàn)在線仿真，同時也.是調(diào)試過程裝載數(shù)據(jù)、代碼的唯一通道。通過JTAG接口可將仿真器與目標(biāo)系統(tǒng)相連接。為了與仿真器通信，DSP控制板必須帶有14引腳的雙排直插管座。F2812和14針仿真插座連接的電路如下所示：5.3軟件設(shè)計1、利用事件管理器中的16路中的PWM1，輸出一段連續(xù)變化的PWM波;驅(qū)動揚聲器蜂鳴器播放一段音樂聲,演奏的音樂為女兒情；女兒情曲譜編碼 FOR DSP如下：204,480,182,480,151,1440,134,480,121,720,162,240,91,240,162,240,204,480,182,480,182,240,151,480,134,48

15、0,121,1440,101,480,91,480,151,480,134,240,121,240,113,480,121,480,121,480,121,480,101,480,91,1440,101,480,91,960,182,480,121,480,134,1440,151,480,134,960,121,960,204,1440,182,480,162,480,121,960,182,480,182,480,151,240,151,240,91,480,101,480,101,480,91,480,76,480,81,960,91,240,101,240,91,960,91,960,

16、0,480,101,480,101,480,91,480,76,480,81,960,91,240,101,240,121,960,121,960,204,480,182,480,151,1440,134,480,121,720,162,240,182,240,162,240,204,480,182,960,182,960,151,480,134,480,121,1440,101,480,91,480,151,480,134,240,121,240,113,480,121,960,121,960,121,480,101,480,91,1440,101,480,91,960,182,480,12

17、1,480,134,1440,151,480,134,960,121,960,204,1440,182,480,162,480,121,960,182,480,182,480,151,1440,151,960,151,960,204,480,182,480,182,480,151,1440,151,960,151,960,121,960,204,1440,182,480,182,960,182,480,151,1440,151,960,151,960,2. 程序部分源代碼#include "DSP281x_Device.h" / DSP281x Headerfile Inc

18、lude File#include "DSP281x_Examples.h" / DSP281x Examples Include Filevoid init_eva(void);void Delay(unsigned int nTime);#define nMusicNumber 119unsigned int nCount;unsigned int musicnMusicNumber2= /女兒情曲譜編碼 FOR DSP204,480,182,480,151,1440,134,480,121,720,162,240,91,240,162,240,204,480,182,

19、480,182,240,151,480,134,480,121,1440,101,480,91,480,151,480,134,240,121,240,113,480,121,480,121,480,121,480,101,480,91,1440,101,480,91,960,182,480,121,480,134,1440,151,480,134,960,121,960,204,1440,182,480,162,480,121,960,182,480,182,480,151,240,151,240,91,480,101,480,101,480,91,480,76,480,81,960,91,

20、240,101,240,91,960,91,960,0,480,101,480,101,480,91,480,76,480,81,960,91,240,101,240,121,960,121,960,204,480,182,480,151,1440,134,480,121,720,162,240,182,240,162,240,204,480,182,960,182,960,151,480,134,480,121,1440,101,480,91,480,151,480,134,240,121,240,113,480,121,960,121,960,121,480,101,480,91,1440

21、,101,480,91,960,182,480,121,480,134,1440,151,480,134,960,121,960,204,1440,182,480,162,480,121,960,182,480,182,480,151,1440,151,960,151,960,204,480,182,480,182,480,151,1440,151,960,151,960,121,960,204,1440,182,480,182,960,182,480,151,1440,151,960,151,960,; /女兒情曲譜編碼 FOR DSPvoid main(void) InitSysCtrl(

22、); / 系統(tǒng)初始化子程序，在DSP28_sysctrl.c中 EALLOW; GpioMuxRegs.GPAMUX.all = 0x00FF; / EVA PWM 1-6 pins GpioMuxRegs.GPBMUX.all = 0x00FF; / EVB PWM 7-12 pins EDIS; DINT; / 關(guān)閉總中斷 IER = 0x0000; / 關(guān)閉外設(shè)中斷 IFR = 0x0000; / 清中斷標(biāo)志 InitPieCtrl();/初始化PIE控制寄存器 InitPieVectTable();/使能PIE向量表 init_eva(); for(;) Delay(musicnCou

23、nt1/2*5);nCount+;nCount%=nMusicNumber;EvaRegs.T1PR = musicnCount0*350;EvaRegs.CMPR1 =EvaRegs.T1PR/2;EvaRegs.T1CON.bit.TENABLE = 1; void Delay(unsigned int nDelay)int i,j,k=0;for ( i=0;i<nDelay;i+ )for ( j=0;j<64;j+ )k+;void init_eva() EvaRegs.T1PR = 0xFFFF; / Timer1 period# EvaRegs.T1CMPR = 0xFF00; / Timer1 compare EvaRegs.T1CNT = 0x0000; / Timer1 counter EvaRegs.T1CON.all = 0x1042; EvaRegs.T2PR = 0x0FFF; / Timer2 period EvaRegs.T2CMPR = 0x03C0; / Timer2 compare EvaRegs.T2CNT = 0x0000; / Timer2 counter EvaRegs.T2CON.all = 0x1042; EvaRegs.GPTCONA.bit.TCMPOE = 1; EvaRegs.GPTCONA.b