C54系列DSP最小系统课程设计论文

学 号 1307080131DSP 原理及应用 课 程 设 计 说 明 书C54 系列 DSP 最小系统设计起止日期： 2016 年 05 月 30 日 至 2016 年 06 月 03 日学 生 姓 名 孔 亚 杰班 级 13 信 科 1 班成 绩指 导 教 师 (签 字 )计算机与信息工程学院电子信息工程系2016 年 06 月 03 日天 津 城 建 大 学课程设计任务书2015 2016 学年第 二 学期计算机与信息工程 学院 电子信息科学与技术 专业 1 班级课程设计名称： DSP 原理及应用 设计题目： C54 系列 DSP 最小系统设计 完成期限：自 2016 年 05 月 30 日至 2016 年 06 月 03 日共 1 周设计依据、要求及主要内容（可另加附页）：一、课程设计的目的通过本课程设计，锻炼学生查阅资料、方案比较、运用知识的能力。使学生掌握 C54 系列 DSP 芯片的结构、原理和典型应用，并且能够熟悉 DSP 的开发流程和基本的设计方法，既巩固所学的基础理论知识， 又为学生日后从事开发设计奠定基础。 二、课程设计的内容及要求 选择合适的器件，了解元器件的工作原理，进行 DSP 最小系统设计，完成1、硬件设计2、编写最小系统测试程序3、书写设计说明书三、参考资料：1、吴冬梅 张玉杰 北京大学出版社 DSP 技术及应用2、戴明桢 周建江 北京航天航空大学出版社 TMS320C54X DSP 结构、原理及应用3、王安民 陈明欣 清华大学出版社 TMS320C54X XDSP 实用技术4、苏涛.DSP 实用技术 .西安:西安电子科技大学出版社指 导 教 师 （签字）： 系 主 任 （签字）： 批准日期： 年 月 日目 录绪论.1第 1 章 芯片简介.21.1 主控芯片 TMS320VC5402 的简介 .2第 2 章 总体设计.32.1 系统要实现的功能 .32.1.1 最小系统部分的设计 .32.1.2 扩展电路的设计 .32.2 系统的设计流程 .32.3 原理框图 .4第 3 章 电路设计.53.1 电源产生电路设计 .53.2 MS320VC5402 的供电设计 .53.3 复位电路的设计 .63.4 时钟电路的设计 .63.5 JTAG 仿真接口的设计 .7第 4 章 仿真工作原理及测试步骤.84.1 仿真 .84.2 测试程序 .8总 结.9参考文献.10附 录.111绪论DSP（Digital Signal Processor）是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。其工作原理是接收模拟信号，转换为 0 或 1 的数字信号。再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。在近 20 多年时间里，DSP 芯片的应用越来越广泛，已经从军事、航空航天领域扩大到信号处理、通信、雷达、消费等许多领域，主要应用有信号处理、通信、语音、图形、图像、军事、仪器仪表、自动控制、医疗、家用电器等。DSP 主要应用市场为 3C 领域，占整个市场需求的 90%。数字蜂窝电话是 DSP 最为重要的应用领域之一。由于 DSP 具有强大的计算能力，使得移动通信的蜂窝电话重新崛起，并创造了一批诸如 GSM、CDMA 等全数字蜂窝电话网。在 Modem 器件中，DSP 更是成效卓著，不仅大幅度提高了传输速率，且具有接收动态图像能力。另外，可编程多媒体 DSP 是 PC 领域的主流产品。以 XDSL Modem 为代表的高速通信技术与MPEG 图像技术相结合，使得高品位的音频和视频形式的计算机数据有可能实现实时交换。目前的硬盘空间相当大，这主要得益于 CDSP（可定制 DSP）的巨大作用。预计在今后的 PC 机中，一个 DSP 即可完成全部所需的多媒体处理功能。 DSP 也是消费类电子产品中的关键器件。由于 DSP 的广泛应用，数字音响设备的更新换代周期变得非常短暂。用于图像处理的 DSP，一种用于 JPEG 标准的静态图像数据处理；另一种用于动态图像数据处理。2第 1 章 芯片简介1.1 主控芯片 TMS320VC5402 的简介TMS320VC5402 是 TI 公司的第七代 DSP 芯片之一，它具有优化的 CPU 结构，内部有 1 个 40 位的算术逻辑单元(包括一个 40 位的桶式移位寄存器和 2 个独立的 40 位累加器) ，一个 1717 的乘法器和一个 40 位专用加法器，16K 字 RAM 空间和 4K16bit ROM 空间。共 20 根地址线，可寻址 64KB 数据区和 1MB 程序区，具有 64KI/O 空间。处理速度为 l00MIPS，速度高、功耗低。TMS320VC5402 采用修正的哈佛结构和 8 总线结构 (4 条程序/数据总线和 4 条地址总线) ，以提高运算速度和灵活性。在严格的哈佛结构中，程序存储器和数据存储器分别设在两个存储空间，这样就允许取址和执行操作完全重叠。修正的哈佛结构中，允许在程序和数据空间之间传送数据，从而使处理器具有在单个周期内同时执行算术运算、逻辑运算、位操作、乘法累加运算以及访问程序和数据存储器的强大功能。与修正的哈佛结构相配合，TMS320VC5402 还采用了一个 6 级深度的指令流水线，每条流水线之间彼此独立，在任何一个机器周期内可以有 16 条不同的指令在同时工作，每条指令工作在不同的流水线上，使指令的执行时间减小到最小和增大处理器的吞吐量。3TMS320VC5402 的硬件结构具有硬件乘法器、8 总线结构、功能强大的片内存储器配置和低功耗设计的特点。因此，可以进行高速并行处理；同时，集成度高可节省硬件开销，提高系统抗干扰性。它除了完成数字信号处理任务外，还可以兼顾通用单片机的操作任务。因此，它是集数字信号处理与通用控制电路于一体的，多功能低功耗微处理器。综上所述 TMS320VC5402 的主要特点如下：1）多总线结构，片内 3 套 16bit 数据总线 CB、DB、EB 和 1 套程序总线 PB 以及对应的 4 套地址总线 CBA、DBA、EBA、PBA (4 套总线可以同时操作)。2）40bit 的 ALU(算术逻辑单元 )，包含 1 个 40bit 的桶形移位器和 2 个 40bit 的累加器，1 个 1717bit 的乘法器和一个 40bit 的专用加法器，2 个地址产生器，8 个辅助寄存器，一个比较/选择/存储（CSSU)单元。3）片内 4k16bit 的 ROM，16k16bit 的 DARAM。4）程序空间扩展到 1MB，数据和 I/O 空间各 64kB，20 条地址线，16 条数据线。5）6 级流水线完成一条指令:预取指、取指、译码、寻址、读数、执行。6）片上有 JTAG 仿真接口。第 2 章 总体设计2.1 系统要实现的功能DSP 最小系统的设计是本次设计的主要任务，课题以 TMS320C5402 为核心器件，并利用外存储器对最小系统电路进行扩展。在介绍 TMS320C5402 基本特点的基础上，借鉴国内外现有技术成果的，研究 DSP 相关技术，开发出 DSP 最小系统板。2.1.1 最小系统部分的设计能够用于基本的数字信号处理，运行一些简单的程序。此部分主要包括电源电路、复位电路、时钟电路、JTAG 接口的设计等。42.1.2 扩展电路的设计对于 DSD 最小系统，DSP 芯片等在芯片出厂时不可能让片内存储器的大小满足所有功能的要求 ，如果将片内存储器做太大，必然造成芯片成本的提高，而太大的片内存储器对很多用户来说是浪费。2.2 系统的设计流程一个 DSP 应用系统的设计过程大致分为以下几个部分，各部分的相互关系如图图 2-1 流程图2.3 原理框图基于 TMS320C5402 最小系统系统框图。 此最小系统主要由时钟及复位电路、JTAG 仿真调试接口电路以及供电系统，外加 Watchdog 电路等模块构成。系统框图 2-系统要求的描述确定 DSP 芯片及外围设备系统测试总体设计确定软硬硬件分工硬件设计软件设计及调试52 所示。图 2-2 原理框图JTAG 仿真 调试接口产生 3.3V 和1.8V 电源电路TMS320C540X产生 5V 电源电路Watchdog时钟电路复位电路6第 3 章 电路设计3.1 电源产生电路设计此电路主要功能是将 220V 的交流电经变压器降成 9V 交流电，通过整流桥整流、电容滤波、再通过三端集成稳压器 LM7805，输出稳定的+5V 直流电，为 TPS767D318提供+5V 电源。电路图如图 3-2 所示：T1D470uFC2INOUG85V9+KLE图 3-1 电源产生电路3.2 M