楊明遠(yuǎn)　何　穎

摘要:文章以TI公司的TMS320C5402芯片為核心構(gòu)建最小系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行功能擴(kuò)展，從而組建開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。給出了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路與擴(kuò)展空間連接方案，提出了接口器件的選擇與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法。基于此系統(tǒng)，用戶(hù)可進(jìn)行多種DSP實(shí)驗(yàn)教學(xué)和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)等方面的研究。

關(guān)鍵詞：TMS320C5402；最小系統(tǒng)；McBSP；人機(jī)接口

中圖分類(lèi)號(hào)：TN929.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2009）01-0120-02

TMS320C5402是TI公司54系列DSP芯片的典型代表，也是目前國(guó)內(nèi)DSP教材上介紹最多的芯片，本文所研制的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)就是建立在TMS320C5402的基礎(chǔ)上。本文的研究目的是為大專(zhuān)院校特別是高職院校提供一個(gè)功能完備、價(jià)格低廉、技術(shù)流行、能滿(mǎn)足教學(xué)和開(kāi)發(fā)雙重需求的DSP課程教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

一、總體設(shè)計(jì)

本文的研究工作，考察了國(guó)內(nèi)外DSP技術(shù)在教學(xué)科研領(lǐng)域的應(yīng)用，認(rèn)真分析了TMS320C54x系列DSP課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主要內(nèi)容，結(jié)合信號(hào)信息處理的新特點(diǎn)，制定了基于TMS320C5402芯片的DSP實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)功能方框圖，如圖1所示：

本實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)以TI公司的DSP芯片TMS320C5402為核心，外圍電路的選擇充分考慮了進(jìn)行DSP實(shí)驗(yàn)和開(kāi)發(fā)的需要。整個(gè)系統(tǒng)按照功能可以劃分為以DSP芯片為核心的最小系統(tǒng)電路和應(yīng)用電路兩大部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，最小系統(tǒng)電路主要包括電源電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、片外存儲(chǔ)器，自舉加載器及JTAG仿真電路等；應(yīng)用電路主要包括MCBSP串行通信（A/D和D/A）模塊，I/O端口應(yīng)用（液晶顯示和鍵盤(pán)）模塊等。通過(guò)硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，并把以上電路連接在一起使其成為一個(gè)完整的系統(tǒng)，使該系統(tǒng)能開(kāi)設(shè)出DSP課程的常用實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，并可以作為基本的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。

二、最小系統(tǒng)電路

最小系統(tǒng)模塊是使得DSP芯片TMS320C5402能夠工作的最精簡(jiǎn)模塊，它主要包括電源電路、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路和存儲(chǔ)器接口電路。

（一）電源電路

本系統(tǒng)中除了DSP以外其他器件工作電壓為5V或3.3V，所以我們采用5V電源供電。VC5402所要的工作電壓分別是1.8V內(nèi)核電壓（CVDD）和3.3V I/O 電壓（DVDD），并且DSP對(duì)這兩種電源加電次序也有要求，理想情況下兩個(gè)電源同時(shí)加電，但是一般場(chǎng)合很難做到，這時(shí)應(yīng)先對(duì)CVDD加電，然后對(duì)DVDD上電。鑒于噪聲的簡(jiǎn)單性，我們通過(guò)TI公司提供的DSP專(zhuān)用電源芯片TPS73HD318來(lái)構(gòu)建電源電路，實(shí)現(xiàn)5V向3.3V和1.8V的電壓轉(zhuǎn)換，同時(shí)也避免了上電次序的問(wèn)題。

（二）復(fù)位電路

C5402的復(fù)位分為軟件復(fù)位和硬件復(fù)位，軟件復(fù)位是通過(guò)執(zhí)行指令實(shí)現(xiàn)芯片的復(fù)位，硬件復(fù)位是通過(guò)硬件電路實(shí)現(xiàn)芯片的復(fù)位，硬件復(fù)位有上電復(fù)位、手動(dòng)復(fù)位和自動(dòng)復(fù)位三種。本系統(tǒng)中，由于我們選擇了DSP專(zhuān)用的電源管理芯片TPS73HD318，該芯片本身可以提供寬度為200ms的低電平上電復(fù)位脈沖，為了使系統(tǒng)電路簡(jiǎn)單，所以不再設(shè)計(jì)自動(dòng)復(fù)位電路，手動(dòng)復(fù)位電路與與其他微機(jī)復(fù)位方法一樣，只是參數(shù)選擇要保證提供200ms左右的負(fù)脈沖。

（三）時(shí)鐘電路

為了實(shí)現(xiàn)DSP系統(tǒng)實(shí)時(shí)處理信號(hào)的效果，希望系統(tǒng)頻率越快越好。C5402最高可達(dá)1OOMHz工作頻率，如果仍采用傳統(tǒng)的2分頻或4分頻的方式，勢(shì)必要求外部頻率很高，這里我們采用了更加靈活的可編程PLL（Programmable Phase-Locked Loop)方式。

本系統(tǒng)中，外接晶體頻率為1OMHz，為了得到倍頻系數(shù)10，需設(shè)置時(shí)鐘模式寄存器CLKMD的值為9007h，引腳CLKMD1～CLKKMD3設(shè)計(jì)成001，則復(fù)位后VC5402的工作頻率是10×10=1OOMHz。

（四）片外存儲(chǔ)器

C5402的存儲(chǔ)空間可達(dá)192K×16bits，64K程序空間，64K數(shù)據(jù)空間，64KI/O空間。C5402片內(nèi)具有4K×16bits的ROM和16K×16bits的RAM。片內(nèi)POM和RAM可以根據(jù)PMST寄存器中的DROM、OVLY來(lái)靈活設(shè)置，使其映像在程序空間和數(shù)據(jù)空間。程序空間和數(shù)據(jù)空間未被映像的部分和64K的I/O空間全部在片外，用片外存儲(chǔ)器來(lái)補(bǔ)充。在實(shí)際的應(yīng)用中，應(yīng)該根據(jù)程序量的大小來(lái)選擇作為片外空間的存儲(chǔ)芯片的容量，以免造成不必要的浪費(fèi)，本文選擇IS61LV25616AL（256K×16bits）作為程序存儲(chǔ)器的片外存儲(chǔ)芯片，選擇SST39LF200A（128K×16bits）的Flash作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的片外存儲(chǔ)芯片，以實(shí)現(xiàn)自舉加載，使C5402自成獨(dú)立系統(tǒng)，圖2為硬件連接圖。

（五）JTAG仿真接口

在做實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要一個(gè)DSP仿真器，把在計(jì)算機(jī)上編譯并生成的執(zhí)行代碼下載到C5402芯片上，實(shí)現(xiàn)在線調(diào)試DSP硬件和軟件。仿真器有兩端接口，其中一端與計(jì)算機(jī)的并行口或USB口相連，這取決于仿真器的類(lèi)型，另一端與DSP芯片的JTAG接口相連，這是一個(gè)14針的接口，需注意EMUO和EMU1腳應(yīng)接上拉電阻，推薦阻值為4.7k或10k。

三、應(yīng)用電路

（一）中斷模塊

DSP的中斷包括不可屏蔽中斷 和 ，外部中斷 ～

和軟中斷。中斷響應(yīng)實(shí)際是特殊的程序調(diào)用過(guò)程。當(dāng)滿(mǎn)足中斷響應(yīng)條件時(shí)，相應(yīng)的中斷服務(wù)程序被調(diào)用。中斷的使用包括中斷設(shè)置和中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)只使用了 一個(gè)中斷管腳，其他外部中斷管腳都接高電平。在做中斷實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以通過(guò)按鈕開(kāi)關(guān)使腳接高電平或低電平，以給出中斷申請(qǐng)信號(hào)。

（二）McBSP模塊

在DSP應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中必不可少的是各種數(shù)據(jù)傳輸接口的設(shè)計(jì)。與并行接口相比，串行接口的最大特點(diǎn)是減少了器件引腳數(shù)目，降低了接口設(shè)計(jì)復(fù)雜性。多數(shù)DSP芯片提供的是同步串口，TMS320C5402提供的多通道緩沖串口（McBSP）可以很方便地與編解碼芯片（CODEC）或串行ADC直接連接，使得電路的設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)捷。

TMS320C5402與TLC320AD50C硬件接口電路如圖3所示[1]。將TLC320AD50C的數(shù)字電源端DVDD接到3.3V電源，AVDD接到5V電源；管腳M/S經(jīng)過(guò)10K電阻上拉，將TLC320AD50C設(shè)置成主動(dòng)工作模式；選擇INP和INM作為ADC的輸入，將AUXP和AUXM接至模擬地；DAC的正相輸出經(jīng)過(guò)一階低通濾波后送給模擬設(shè)備，反相輸出不用；管腳FC接地，系統(tǒng)只能采用軟件方式申請(qǐng)觸發(fā)次通信模式；數(shù)據(jù)格式為15+1比特模式。輸入主時(shí)鐘MCLK為8.192MHz，采樣頻率選擇為8KHz，內(nèi)部PLL使能（控制寄存器4中的N=8）。通過(guò)寄存器設(shè)置，將TMS320C5402的FSX、FSR、CLKR、CLKX配置為外部輸人，TLC320AD50C的SCLK配置為內(nèi)部產(chǎn)生[2]。這樣數(shù)據(jù)接收/發(fā)送幀同步信號(hào)、移位時(shí)鐘信號(hào)均由TLC320AD50C產(chǎn)生。串行口的接收/發(fā)送過(guò)程受TLC320AD50C的控制。

（三）人機(jī)接口模塊

由于DSP并不具備人機(jī)界面，在實(shí)際使用過(guò)程中，需要為它提供一個(gè)人機(jī)界面，以便于觀察運(yùn)行結(jié)果或傳遞必要的控制信息。目前，DSP芯片的人機(jī)接口模塊大多數(shù)都用單片機(jī)來(lái)完成，這樣既增加開(kāi)發(fā)成本又使系統(tǒng)更加復(fù)雜。本系統(tǒng)的人機(jī)接口的成功實(shí)現(xiàn)為DSP芯片直接開(kāi)發(fā)人機(jī)借口模塊提供了可能。

本系統(tǒng)選用字符液晶顯示模塊LCM1602和同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器74LS245，通過(guò)TMS320C5402的I/O口功能擴(kuò)展直接構(gòu)建DSP的晶顯示模塊；相應(yīng)的I/O操作口地址有兩種：讀狀態(tài)、寫(xiě)指令為0000H，讀數(shù)據(jù)、寫(xiě)數(shù)據(jù)為0001H。通過(guò)74HC573鎖存器擴(kuò)展的鍵盤(pán)由行鎖存器、列鎖存器和3×5矩陣式鍵盤(pán)組成[2]；該鍵盤(pán)占用兩個(gè)I/O端口，分別為：行鎖存器為輸出口，作為寫(xiě)鍵盤(pán)端口；列鎖存器為輸入口，作為讀鍵盤(pán)端口，兩端口的地址分別為：讀鍵盤(pán)端口地址RKEYP=7FFFH，寫(xiě)鍵盤(pán)端口地址WKEYP=BFFFH。

（四）實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以開(kāi)設(shè)出基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和綜合實(shí)驗(yàn)，還可以通過(guò)功能擴(kuò)展進(jìn)行簡(jiǎn)單產(chǎn)品開(kāi)發(fā)實(shí)訓(xùn)。通過(guò)基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，可以讓學(xué)生進(jìn)行編程練習(xí)，熟悉集成開(kāi)發(fā)環(huán)境CCS，掌握調(diào)試程序的一般方法，加深學(xué)生對(duì)TMS320C5402芯片的認(rèn)識(shí)；通過(guò)綜合性實(shí)驗(yàn)，可以加強(qiáng)學(xué)生對(duì)TMS320C5402芯片的全面了解，讓學(xué)生掌握外設(shè)和外圍接口的使用方法，提高學(xué)生的綜合應(yīng)用能力，為開(kāi)發(fā)產(chǎn)品打下良好基礎(chǔ)；通過(guò)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)實(shí)例的訓(xùn)練，可以讓學(xué)生了解開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的基本過(guò)程和基本方法，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力，為今后從事產(chǎn)品開(kāi)發(fā)打下良好基礎(chǔ)。

本系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目主要包括：外部標(biāo)志輸出引腳（XF）實(shí)驗(yàn)、轉(zhuǎn)移控制輸入引腳實(shí)驗(yàn)、Boot及flash讀寫(xiě)實(shí)驗(yàn)、定時(shí)器實(shí)驗(yàn)、中斷實(shí)驗(yàn)、FIR實(shí)驗(yàn)、IIR實(shí)驗(yàn)、語(yǔ)音通信實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)、正弦波產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)、LCD 顯示實(shí)驗(yàn)、鍵盤(pán)驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目完全能夠滿(mǎn)足DSP這門(mén)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，同時(shí)，還可以利用本系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。

四、結(jié)語(yǔ)

本文所介紹的DSP實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，接口電路簡(jiǎn)單，編程方便，且該實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)已經(jīng)通過(guò)硬件和軟件調(diào)試，系統(tǒng)工作穩(wěn)定，所以，本系統(tǒng)有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]李利．DSP原理及應(yīng)用[M]．北京：中國(guó)水利水電出版社，2004．

[2]鄒彥.DSP原理及應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005.

作者簡(jiǎn)介：楊明遠(yuǎn)（1975- ），男，湖南常德人，湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，碩士，研究方向：DSP應(yīng)用技術(shù)；何穎，女，湖南益陽(yáng)人，湖南商務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，碩士，研究方向：軟件技術(shù)與數(shù)據(jù)庫(kù)。