DSP大作业报告

选课时间：___周二晚10、11、12

实验报告

课程名称: DSP与智能系统

实验名称: _____DSP大作业

指导老师: _______张珣

姓名：_____

学号：____

班级：____

专业：__

实验日期：___

一、实验要求

以DSP芯片TMS320C54为例，设计一个完整的硬件电路，要求包括：

1.电源电路；

2.复位电路；

3.振荡电路；

4.JTAG电路；

5.4X4矩阵按键；

6.一个LED指示灯；

7.外部8K RAM(地址：2000H – 3FFFH)；

8.外部8K RAM(地址：4000H – 5FFFH)；9.8位ADC(6000H – 6003H)。

二、实验原理

1.原理介绍

1.1 中断概念

中断响应过程：a．接受中断请求。必须由软件中断（从程序代码）或硬件中断（从一个引脚或一个基于芯片的设备）提出请求去暂停当前主程序的执行；b．响应中断。必须能够响应中断请求。如果中断是可屏蔽的，则必须满足一定的条件，按照一定的顺序去执行。而对于非可屏蔽中断和软件中断，会立即作出响应；c．准备执行中断服务程序并保存寄存器的值；d．执行中断服务子程序。调用相应得中断服务程序ISR，进入预先规定的向量地址，并且执行已写好的ISR。

中断类别：可屏蔽中断：这些中断可以用软件加以屏蔽或解除屏蔽；不可屏蔽中断：这些中断不能够被屏蔽，将立即响应该类中断并转入相应的子程序去执行。所有软件调用的中断都属于该类中断。

中断的优先级：如果多个中断被同时激发，将按照他们的中断优先级来提供服务。中断优先级是芯片内部已定义好的，不可修改。

1.2模数控制

模数模块介绍：ADC模块有16个通道，可配置为两个独立的8通道模块以方便为事件管理器A和 B服务。两个独立的8通道模块可以级连组成16通道模块。虽然有多个输入通道和两个序列器，但在ADC内部只有一个转换器，同一时刻只有1路ad进行转换数据。

模数转换的程序控制：模数转换相对于计算机来说是一个较为缓慢的过程。一般采用中断方式启动转换或保存结果，这样在CPU忙于其他工作时可以少占用处理时间。设计转换程序应首先考虑处理过程如何与模数转换的时间相匹配，根据实际需要选择适当的触发转换的手段，也要能及时地保存结果。关于TMS320F28335A DSP芯片内的A/D转换器的详细结构和控制方法。

1.3 电源设计

C55x数字信号处理器电源包括内核电源和外部接口电源，其外部接口电源为3.3V，内核则根据型号不同而采用了不同电压。由于C55x处理器大多应用于低功耗场合，因此，电源电路的设计应注意电源的转换效率和电路的复杂程度，而高效率的DC-DC转换电路则十分适合这种应用。

1.4 振荡电路概念

振荡电路分为自激振荡电路，RC振荡电路，LC振荡电路，而振荡电路在整个设计过程中起着至关重要的作用，为电路提供所需波形。

①、自激振荡电路

正弦波振荡电路用来产生一定频率和幅值的正弦交流信号。它的频率范围很广，可以从一赫以下到几百兆以上；输出功率可以从几毫瓦到几十千瓦；输出的交流电能是从电源的直流电能转换而来的。

当开关合在“1”为无反馈放大电路，当开关合在“2”为有反馈放大电路，U0是振荡电路输出电压的幅度，B 是要求达到的输出电压幅度。起振时Uo 0，达到稳定振荡时U0 =B。

②、LC振荡电路

LC电路，也称为谐振电路、槽路或调谐电路，是包含一个电感（用字母L表示）和一个电容（用字母C表示）连接在一起的电路。该电路可以用作电谐振器，储存电路共振时振荡的能量。

LC电路既用于产生特定频率的信号，也用于从更复杂的信号中分离出特定频率的信号。它们是许多电子设备中的关键部件，特别是无线电设备，用于振荡器、滤波器、调谐器和混频器电路中。电感电路是一个理想化的模型，因为它假定有没有因电阻耗散的能量。任何一个LC电路的实际实现中都会包含组件和连接导线的尽管小却非零的电阻导致的损耗。LC电路的目的通常是以最小的阻尼振荡，因此电阻做得尽可能小。虽然实际中没有无损耗的电路，但研究这种电路的理想形式对获得理解和物理性直觉都是有益的。

③、RC振荡电路

采用RC选频网络构成的振荡电路称为RC振荡电路，它适用于低频振荡，一般用于产生1Hz~1MHz的低频信号。电路由放大电路、选频网络、正反馈网络，稳幅环节四部分构成。主要优点是结构简单，经济方便。根据RC选频网络的不同形式，可以将RC振荡电路分为RC超前（或滞后）相移振荡电路和文氏电路振荡电路。

对于RC振荡电路来说，增大电阻R即可降低振荡频率，而增大电阻是无需增加成本的。常用LC振荡电路产生的正弦波频率较高，若要产生频率较低的正弦振荡，势必要求振荡回路要有较大的电感和电容，这样不但元件体积大、笨重安装不便，而且制造困难、成本高。因此，200kHz以下的正弦振荡电路，一般采用振荡频率较低的RC振荡电路。

1.5 复位电路概念

复位电路工作原理如上图所示，VCC上电时，使电容C充电，在10K电阻上出现高电位电压，使得单片机复位；几个毫秒后，C充满，10K电阻上电流降为0，电压也为0，使得单片机进入工作状态。工作期间，按下S22，C放电，放电结束后，在10K电阻上出现电压，使得单片机进入复位状态，直到S松手，C 充电完毕。具体的复位方式一共有三种：

①、手动按钮复位

手动按钮复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平（图1）。一般采用的办法是在RST端和正电源Vcc之间接一个按钮。当人为按下按钮时，则Vcc的+5V电平就会直接加到RST端。手动按钮复位的电路如所示。由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒，所以，完全能够满足复位的时间要求。

②、上电复位

AT89C51的上电复位电路如图所示，只要在RST复位输入引脚上接一电容至Vcc端，下接一个电阻到地即可。对于CMOS型单片机，由于在RST端内部有一

个下拉电阻，故可将外部电阻去掉，而将外接电容减至1uF。上电复位的工作过程是在加电时，复位电路通过电容加给RST端一个短暂的高电平信号，此高电平信号随着Vcc对电容的充电过程而逐渐回落，即RST端的高电平持续时间取决于电容的充电时间。为了保证系统能够可靠地复位，RST端的高电平信号必须维持足够长的时间。上电时，Vcc的上升时间约为10ms，而振荡器的起振时间取决于振荡频率，如晶振频率为10MHz，起振时间为1ms；晶振频率为1MHz，起振时间则为10ms。在图的复位电路中，当Vcc掉电时，必然会使RST端电压迅速下降到0V以下，但是，由于内部电路的限制作用，这个负电压将不会对器件产生损害。另外，在复位期间，端口引脚处于随机状态，复位后，系统将端口置为全“l”态。如果系统在上电时得不到有效的复位，则程序计数器PC将得不到一个合适的初值，因此，CPU可能会从一个未被定义的位置开始执行程序。

③、积分型上电复位

上电后，由于电容C3的充电和反相门的作用，使RST持续一段时间的高电平。当单片机已在运行当中时，按下复位键K后松开，也能使RST为一段时间的高电平，从而实现上电或开关复位的操作。根据实际操作的经验，下面给出这种复位电路的电容、电阻参考值。C=1uF，Rl=lk，R2=10k

具体设计电路：

该复位电路在整个设计中的作用为：在上电或复位过程中，控制CPU的复位状态：这段时间内让CPU保持复位状态，而不是一上电或刚复位完毕就工作，防止CPU发出错误的指令、执行错误操作，也可以提高电磁兼容性能。当按键按下时执行复位操作，当按键按下时，电路复位，回到初始状态。

1.6 并行外部存储器加载

并行外部存储器加载是通过外部并行存储器接口（External Memory Interface）加载程序。所用的外部存储器可以是并行EPROM、EEPROM、Flash存储器、FRAM（铁电存储器）等非易失存储器，也可是SRAM、双端口存储器等易失存储器，但当使用易失存储器时，下载表要先通过某种方式在DSP引导之前存储在存储器上。通常使用的并行外部存储器加载是将程序固化在非易失存储器上。使用EMIF加载方式的优点是不需要外部时钟驱动，非易失存储器种类多样，容量较大，除了存储下载表之外还可存储系统需要保存的关键数据，以便在掉电时保存信息，这种下载方式的缺点是连线复杂，需要考虑并行非易失存储器与EMIF 接口的匹配关系。

2.模块介绍

2.1复位电路

图中DSPRST为DSP复位信号，INT为DSP低电压报警信号，当PFI引脚电压低于2.93V时，复位电路将向DSP发出低电压中断信号。

2.2时钟电路

C55x系列DSP内部具有锁相环电路，锁相环可以对输入时钟信号进行倍频和分频，并将所产生的信号作为DSP的工作时钟。C55x的时钟输入信号可以采用两种方式产生：第一种是采用外部晶体，利用内部振荡器产生时钟信号，图7-4给出了采用内部振荡器的原理图；第二种时钟输入方式是从X2/CLKIN引脚输入时钟信号，采用这种方式X1引脚必须悬空，不接任何信号。注意当DSP采用的是模拟锁相环时，必须保证输入时钟信号的信号过冲不能超过数据手册所给出的范围，否则锁相环将可能运行不正常，通过在线路中串联电阻可以防止信号过冲。

2.3 JTAG接口

JTAG接口是DSP的调试接口，用户可以利用JTAG接口完成程序的下载、调试和调试信息输出，通过该接口可以查看DSP的存储器、寄存器等的内容，如果DSP连接了非易失存储器，如Flash存储器，还可以通过JTAG接口完成芯片的烧录。

2.4 8位异步存储器加载连接关系

当使用8位数据宽的存储器时，DSP的地址线是从第21位到第0位。

2.5 电源电路

DSP系统电源设计中，一般采用单一的+5V电源经过DC/DC变换得到其他数值的电源电压，如3.3、1.8、2.5V等。+5V电源一般可通过外部开关电源或交流220V经变压、整流、滤波直接得到，但这样得到的+5V电源虽带负载能力强，但是纹波较大，一般不能直接应用到DSP系统中，需要再经过DC/DC变换将该电压进行隔离稳压处理。

2.6 ROM

只读存储器（ROM）是一种在正常工作时其存储的数据固定不变，其中的数据只能读出，不能写入，即使断电也能够保留数据，要想在只读存储器中存入或改变数据，必须具备特定的条件。按存取信息的不同方式，存储器可以分为随机存取存储器（RAM）和非随机存取存储器。只读存储器就属于非随机存取存储器。

2.8 RAM

随机存取存储器(random access memory，RAM)又称作"随机存储器"，是与CPU直接交换数据的内部存储器，也叫主存(内存)。它可以随时读写，而且速度很快，通常作为操作系统或其他正在运行中的程序的临时数据存储媒介。存储单元的内容可按需随意取出或存入，且存取的速度与存储单元的位置无关的存储器。这种存储器在断电时将丢失其存储内容，故主要用于存储短时间使用的程序。2.9振荡电路

振荡电路的作用是产生信号电压，包含有正弦波振荡器和其他波形振荡器。其结构特点是没有对外的电路输入端，晶体管或集成运放的输出端与输入端之间有一个具有选频功能的正反馈网络，将输出信号的一部分正反馈到输入端以形成振荡。

三、实验电路(详见附带图纸)

四、实验总结

这个大作业与DSP学习密切相关，只有具备了DSP理论的基础才能懂得这门课中的一些基本术语、理解这门实验课的含义，但是DSP大作业又与课堂上的DSP理论学习有很大的不同。首先这更考验我们对硬件底层的操作，也要求我们对TMS320C54的功能有基本的了解。这个大作业让我初步了解了TMS320C54芯片、振荡电路、电源电路等功能电路模块有了更深的了解。从中领悟到要成为一名硬件工程师所需要的基本素养和能力。