基于DSP的數(shù)字鐘設計

PAGE13編號（學號）：基于DSP的數(shù)字鐘設計題目：基于DSP的數(shù)字鐘設計學院：信息與電氣工程學院專業(yè)：電子信息工程姓名：指導教師：成績：完成日期：年月日基于DSP的數(shù)字鐘設計DSP芯片既具有高速數(shù)字信號處理功能,又具有實時性強、功耗低、集成度高等嵌入式微計算機的特點,所以隨著科技的發(fā)展,DSP技術(shù)在機電控制領域的應用愈加廣泛。LED可顯示字符,且顯示清晰美觀、功耗低,在電子產(chǎn)品中也廣泛應用。現(xiàn)今，高精度的計時工具大多數(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時時，譯碼代替機械式傳動，用LED顯示器代替顯示器代替指針顯示進而顯示時間，減小了計時誤差，這種表具有時，分，秒顯示時間的功能，還可以進行時和分的校對，片選的靈活性好。時鐘電路在計算機系統(tǒng)中起著非常重要的作用，是保證系統(tǒng)正常工作的基礎。在一個DSP應用系統(tǒng)中，時鐘有兩方面的含義：一是指為保障系統(tǒng)正常工作的基準振蕩定時信號，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)的標準定時時鐘，即定時時間，它通常有兩種實現(xiàn)方法：一是用軟件實現(xiàn)，即用DSP芯片內(nèi)部的可編程定時/計數(shù)器來實現(xiàn)，但誤差很大，主要用在對時間精度要求不高的場合；二是用專門的時鐘芯片實現(xiàn)，在對時間精度要求很高的情況下，通常采用這種方法，典型的時鐘芯片有：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/計數(shù)器來實現(xiàn)電子時鐘的方法，本設計由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電子時鐘。數(shù)字時鐘方案數(shù)字時鐘是本設計的最主要的部分。本方案完全用軟件實現(xiàn)數(shù)字時鐘。原理為：在單片機內(nèi)部存儲器設三個字節(jié)分別存放時鐘的時、分、秒信息。利用定時器與軟件結(jié)合實現(xiàn)1秒定時中斷，每產(chǎn)生一次中斷，存儲器內(nèi)相應的秒值加1；若秒值達到60，則將其清零，并將相應的分字節(jié)值加1；若分值達到60，則清零分字節(jié)，并將時字節(jié)值加1；若時值達到24，則將十字節(jié)清零。該方案具有硬件電路簡單的特點。而且，由于是軟件實現(xiàn)，當DSP芯片不上電，程序不執(zhí)行時，時鐘將不工作。數(shù)碼管顯示方案初步計劃采用動態(tài)顯示。所謂動態(tài)顯示就是一位一位的輪流點亮各個位，對于顯示器的每一位來說，每隔一段時間點亮一次。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通電流有關，也于點亮時間與間隔時間的比例有關。調(diào)整參數(shù)可以實現(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?？傮w設計利用TMS320LF2407芯片制作簡易電子時鐘，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，如下圖所示：圖系統(tǒng)框圖模塊設計位選芯片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位二進制加權(quán)地址輸入（A,B和C），并當使能時，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。利用這種復合使能特性，僅需1片74HC138芯片即可輕松實現(xiàn)6個數(shù)碼管的選擇導通。如圖2.2所示：圖74HC138譯碼器驅(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，帶獨立的D輸入和Q輸出。74HC273的公共時鐘（CLK）和主復位（-CLR）端可同時讀取和復位（清零）所有觸發(fā)器。每個D輸入的狀態(tài)將在時鐘脈沖上升沿之前的一段就緒時間內(nèi)被傳輸?shù)接|發(fā)器對應的輸出（Qn）上。一旦CLR輸入電平為低，則所有輸出將被強制置為低，而不依賴于時鐘或者數(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鐘和主復位的應用,如下圖所示：74HC273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0－9十個數(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：LED數(shù)碼管控制部分TMS320LF2407A是TI公司推出的一款定點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3．3V，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時控制能力；集成了32K字的閃存(可加密)、2．5K的RAM、500ns轉(zhuǎn)換時間的A／D轉(zhuǎn)換器，片上事件管理器提供了可以滿足各種電機的PWM接口和I／O功能，此外還提供了適用于工業(yè)控制領域的一些特殊功能，如看門狗電路、SPI、SCI和CAN控制器等，從而使它可廣泛應用于工業(yè)控制領域。DSP2407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固定電壓及一路1.5~5V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，如下圖所示DSP2407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)時鐘模塊PLL(Phase-Lockloops)，它是被作為一個片內(nèi)未設看待的，接在片內(nèi)外設總線上，為DSP提供所需的各種時鐘信號。DSP2407的鎖相環(huán)時鐘電路需要片外濾波器電路的配合，PLL局部電路圖如下圖2.7所示。DSP2407A最小系統(tǒng)時鐘硬件設計有兩種工作方法。一種是利用鎖相環(huán)時鐘模塊PLL中提供的內(nèi)部振蕩電路，在DSP芯片的引腳XTAL1/CLKIN與XTAL2之間連接一晶振，啟動內(nèi)部振蕩器。另一種方法是不使用片內(nèi)的振蕩電路，完全由外部有源晶體振蕩器產(chǎn)生時鐘信號，直接接入XTAL1/CLKIN引腳，此時，XTAL2腳懸空。這種方法稱為晶振方式。但著一方式仍是用片內(nèi)的PLL倍頻電路來對這一來自片外的時鐘進行倍頻，以產(chǎn)生所需的時鐘。鎖相環(huán)電路PLL片外濾波電路JTAG標準接口。JTAG(JointTestActionGroup)是1985年指定的檢測PCB和IC芯片的一個標準。仿真器一般提供DSP的JATG時鐘信號，只參與數(shù)據(jù)的傳輸，即將目標代碼通過JATG接口從PC機下載到目標系統(tǒng)的存儲器中。仿真器JTAG的仿真頭如下圖2.8及JTAG仿真信號表2.1所示：仿真器JTAG的仿真頭JTAG仿真信號JTAG信號信號說明仿真器輸入/輸出狀態(tài)DSP輸入/輸出狀態(tài)EMU0仿真引腳0輸入輸入/輸出EMU1仿真引腳1輸入輸入/輸出PD(Vcc)目標板存在檢測信號。該引腳用于指示仿真器是否與目標板接上，以及目標板是否已經(jīng)上電。DSP的PD引腳必須與目標板的電源Vcc相連。輸入輸出TCK測試時鐘。由仿真器提供的10.368MHz的時鐘信號。輸出輸入TCK_RET測試時鐘返回。對仿真器而言，是輸入信號輸入輸出TDI測試數(shù)據(jù)輸入（針對DSP）輸出輸入TDO測試數(shù)據(jù)輸出（針對DSP）輸入輸出TMS測試方式選擇輸出輸入-TRST測試復位輸出輸入系統(tǒng)總原理圖圖2.9總體硬件電路圖軟件設計程序流程圖圖3.1電子時鐘程序流程圖程序清單程序編寫如下：#include"F2407REGS_c.h"unsignedintsec,min,hour,i;unsignedchartable[]={0xFF3F,0xFF06,0xFF5B,0xFF4F,0xFF66,0xFF6D,0xFF7D,0xFF07,0xFF7F,0xFF6F};//程序初始化unsignedchartablewe[]={0xFF00,0xFF01,0xFF02,0xFF03,0xFF04,0xFF05,0xFF06};voiddelay(unsignedintj);voidmain()//主程序{DSP2407_Initialing();Ioport_Initialing();asm("CLRCINTM");EVAIMRA=EVAIMRA|0x0080;//僅允許定時器1的周期中斷EVAIMRA=EVAIMRA&0x0080;//清除定時器1的周期中斷T1CON=0x170C;//timer1為連續(xù)增計數(shù)模式，預分頻值為128，使用內(nèi)部時鐘T1PER=0xF424;//timer1的周期寄存器值設為200msT1CNT=0x00;//timer1的計數(shù)器清0sec=0;min=0;hour=0;i=0;While(1){PCDATDIR=0x00FF;if(i==5)//i等于5為1秒{ i=0; sec++;//秒加1 PBDATDIR=tablewe[0];//選通秒的個位 PFDATDIR=0xFF01;//選通74HC273 PADATDIR=tabale[sec%10];//秒個位顯示 PFDATDIE=0xFF00;//關斷74HC273 PBDATDIR=table[1];//選通秒的十位PFDATDIR=0xFF01;//選通74HC273 PADATDIR=table[sec/10];//秒十位顯示 PFDATDIR=0xFF00;//關斷74HC273 } if(sec==60) {sec=0; min++;//分鐘的顯示 PBDATDIR=table[2]; PFDATDIR=0xFF01; PADATRDIR=table[min%10]; PFADATDIR=0xFF00; PBDATDIR=tablewe[3]; PFDATDIR=0xff01; PADATDIR=table[min/10]; PFDATAIR=0xFF00; } if(min==60) {min=0; hour++;//小時的顯示 PBDATDIR=tablewe[4]; PFDATDIR=0xFF01; PADATDIR=table[hour%10]; PFDATDIR=0xFF00; PBDATDIR=tablewe[5]; PFDATDIR=0xFF01; PADATDIR=table[hour/10]; PFDATDIR=0xFF00; }if(hour==24)hour=0; if(PCDATDIR=0x00FE)//按鍵T1，時、分、秒復位為0 { delay(100);//調(diào)用延時程序 PCDATDIR=0x00FE; min=0; sec=0; hour=0; } if(PCDATDIR=0x00FD)//按鍵T2，時鐘停止計時 { delay(100); PCDATDIR=0x00FD; PFDATDIR=0xFF00; }if(PCDATDIR=0x00FB)//按鍵T3，時鐘開始計時{delay(100);PCDATDIR=0x00FB;PFDATDIR=0xFF01;}if(PCDATDIR=0x00F7)//按鍵Tm,調(diào)分{delay(100);PCDATDIR=0x00F7;min++；}if(PCDATDIR=0x00EF)//按鍵Th,調(diào)時{delay(100);PCDATDIR=0x00EF;hour++； } }voidinterruptINT2()//定時器中斷程序{swith(PIVR)//有外設中斷向量寄存器PIVR判斷 case0x0027:i++;T1CNT=0x00;EVAIFRA=EVAIFRA&0x0080;break;default;break;}voiddelay(unsignedintj)//延時程序{unsignedk,m;for(m=0;m<j;j++){for(k=0;k<50;k++)}}3.3程序調(diào)試步驟1.實驗準備(1)連接設備：關閉計算機和實驗箱電源；關閉實驗箱上的三個開關。(2)開啟設備：打開計算機電源；打開實驗箱電源開關，打開ICETEK-LF2407-A板上電源開關。如使用USB型仿真器用附帶的USB電纜連接計算機和仿真器相應接口，注意仿真器上兩個指示燈均亮。設置CodeComposerStudio為Emulator方式。2.啟動CodeComposerStudio:啟動CodeComposerStudio3.3。