基于TMS320F2812的DSP最小系统设计毕业设计论文.doc

任务书

题目：基于TMS320F2812的DSP最小系统设计
要求：
TMS320F2812的DSP最小系统设计包括两个模块，即硬件设计模块和软件检测模块。硬件设计模块包括电源设计、复位电路设计、时钟电路设计、存储器设计、JTAC接口设计等。软件检测模块需要编写测试程序。用Protel软件绘制原理图和PCB图。从理论上分析，设计的系统要满足基本的信号处理要求。

摘要

DSP主要应用在数字信号处理中，目的是为了能够满足实时信号处理的要求，因此需要将数字信号处理中的常用运算执行的尽可能快。这就决定了DSP的特点和关键技术。适合数字信号处理的技术：DSP包涵乘法器，累加器，特殊地址发生器，领开销循环等；提高处理速度的技术：流水线技术，并行处理技术，超常指令等。
DSP对元件值的容限不敏感，受温度、环境等外部参与影响小；容易实现集成；VLSI 可以时分复用，共享处理器；方便调整处理器的系数实现自适应滤波；可实现模拟处理不能实现的功能：线性相位、多抽样率处理、级联、易于存储等；可用于频率非常低的信号。

关键词： TMS320F2812，CCS3.3，Protel99SE软件

目录
第1章 绪论
第2章 系统设计
2.1系统方案介绍
2.2 系统结构设计
第3章 硬件电路设计
3.1 TMS320F2812芯片介绍
3.2电源及复位电路设计
3.3 时钟电路设计
3.4 DSP与JTAG接口设计
3.5 DSP的串行接口设计
3.6 通用扩展口设计
3.7 总体电路原理图设计
第4章 软件设计
4.1 程序设计
4.2 仿真调试
总结
参考文献
附录1：总体电路图
附录2：程序代码

第1章 绪论
数字化已成为电子、通信和信息技术的发展趋势与潮流。在这种趋势与潮流的推动下，数字信号处理的理论与实现手段获得了快速的发展，已成为当代发展最快的学科之一。而DSP芯片作为数字信号处理，尤其是实时数字信号处理的主要方法和手段，自20世纪70年代末、80年代初诞生以来，无论在性能上还是在价格上，都取得了突破性的迅猛发展。从定点到浮点直到并行处理芯片，DSP芯片的功能越来越强、速度越来越快例如TI公司的并行处理芯片C6000系列的速度达到了2400MIPS的高指标；而且，DSP芯片的价格越来越低，开发与设计手段越来越多样化、越来越容易。越来越高的性能价格比、日渐完善的开发方式使DSP的应用范围越来越大，已经广泛地应用于通信、雷达、声纳、遥感、生物医学、机器人、控制、精密机械、语音和图像处理等领域。可以毫不夸张地说，以DSP芯片为基础的数字信号处理技术已成为当代电子、通信和信息处理技术不可或缺的重要手段。

第二章 系统设计
2.1 系统方案设计
一个典型的基于TMS320F2812的DSP最小系统包括DSP芯片、电源电路、复位电路、时钟电路及JTAG接口电路。考虑到与PC通信的需要，最小系统还需串口通信电路。
2.2 系统结构设计
本系统是由DSP芯片、电源电路、复位电路、时钟电路及JTAG接口电路组成，具体如图2-1所示

图2-1

第三章 硬件电路设计
3.1 TMS320F2812芯片介绍
TMS320F2812是32位定点DSP，它采用改进的哈佛结构，其程序存储器分别独立且有各自分离的总线结构，即程序总线和数据总线。此外，它还采用精简指令系统及8级流水线结构等设计技术和循环寻址方式等特殊寻址方式及复杂指令，极大的提高了处理器的运算速率。TMS320F2812的引脚图[1]如图3-1。

图3-1 TMS320F2812的引脚图
MS320F2812的内部结构如图3-2。

3.2电源及复位电路设计
DSP系统一般都采用多电源系统，电源及复位电路的设计对于系统性能有重要影响。TMS320F2812是一个较低功耗芯片，核电压为1.8V，IO电压为3.3V。本文采用T1公司的TPS767D318电源芯片。该芯片属于线性降压型DC/DC变换芯片，可以由5V电源同时产生两种不同的电压（3.3V 1.8V 或2.5V），其最大输出电流为1000mA，可以同时满足一片DSP芯片和少量外围电路的供电需要，如图3-3所示。

图3-3 电源电路原理图
该芯片自带电源监控及复位管理功能，可以方便的实现电源及复位电路设计。复位电路原理图如图3-4所示。

图3-4复位电路原理图
3.3时钟电路设计
TMS320F2812DSP的时钟可以有两种链接方式，即外部振荡器方式和谐振器方式。如果使用内部振荡器，则必须在X1/XCLKIN和X2两个引脚之间链接一个石英晶体。如果采用外部时钟，可将输入时钟信号直接连到X1/XCLKIN上，X2悬空。本文采用的是外部有源时钟方式，直接选择一个3.3V供电的30MHz有源晶振实现。系统工作是通过编程选择5倍频的PLL功能，可实现F2812的最高工作频率（150MHz）.晶振电路如图3-5所示。

图3-5 时钟电路原理图
3.4 DSP与JTAG接口设计
DSP仿真器通过DSP芯片上提供的扫描仿真引脚实现仿真功能，扫描仿真消除了传统电路仿真存在的电缆过长会引起的信号失真及仿真插头的可靠性差的问题。采用扫描仿真，使得在线仿真成为可能，给调试带来极大方便。JTAG接口电路如图3-6所示。

图3-6 DSP与JTAG接口设计原理图
3.5 DSP的串行接口设计
由于TMS320F2812中SCI接口的TTL电平和PC机的RS-232C电平不兼容，所以连接时必须进行电平转换。本设计选用符合RS-232标准的MAX232N驱动芯片进行串行通信。MAX232芯片功耗低，集成度高，+5V供电，具有两个接受和发送通道，刚好与TMS320F2812的两个SCI（A和B）接口相匹配。电路设计如图3-7所示。

图3-7 串行接口设计
3.6通用扩展口设计
考虑到系统的通用性问题，本系统设计时将F2812所有的非空引脚全部引出，而且按照其功能模块进行有规律排列，设计了5个双排接插件将其引出。
3.7 总体电路原理图设计
Protel全面集成了FPGA设计功能和SOPC设计实现功能，从而允许工程师能将系统设计中的FPGA与PCB设计以及嵌入式设计集成在一起。其共分5个模块，分别是原理图设计、PCB设计（包含信号完整性分析）、自动布线器、原理图混合信号仿真、PLD设计。以下介绍一些Protel的部分功能：  
（1） 可生成30多种格式的电气连接网络表。
（2） 强大的全局编辑功能。
（3） 在原理图中选择一级器件，PCB中同样的器件也将被选中。
（4） 同时运行原理图和PCB，在打开的原理图和PCB图间允许双向交叉查找元器件、引脚、网络。
（5） 满足国际化设计要求（包括国标标题栏输出，GB4728国标库）。 
（6） 放置汉字功能。
本设计就是采用了protel的原理图设计设计的电路图，整体电路图设计见附录1。

第四章 软件设计及调试
4.1电路测试和目标板识别
检测系统输入和输出工作电压后，检测上电复位及手动复位电路工作情况。利用DSP仿真器进行硬件仿真，进入CCS环境，识别目标器件，标明系统硬件基本正常。
4.2时间管理器产生PWM波功能测试
TMS320F2812内核集成的两个时间管理器（EVA和EVB）提供了强大的控制功能，特别适合运动控制和电机控制等领域。F2812的每个时间管理模块可以同时产生8路脉宽调制（PWM）信号，包括3对完全比较单元产生的死区可编程PWM信号以及有通用定时器比较器产生的2路独立的PWM信号。
4.3基于串口通信的数据采集功能测试
F2812串口支持16级接受和发送FIFO，有一个16位波特率选择寄存器，灵活性极大。此外，芯片上集成了一个12位ADC，具有18通道复用输入接口、两个采样保持电路，最快转换周期为60ns。本文对基于串口通信的数据采集功能测试。分别对于函数发生器产生的方波、正弦波和三角波采样，然后再江数据将通过串口传输到PC.
4.1 程序设计

4.2 仿真调试

在CCS3.3环境下仿真调试步骤：
（1）选择芯片TMS320F2812并添加F2812gel文件。

（2）打开CCS3.3，根据操作步骤：debug→connect→project→new，新建一个工程dd。
(3)新建一个文件，输入程序，并保存，保存名为dd.c。
（4）先将.c文件添加到source，然后开始编译，编译结果如下：

（5）将所缺的.h文件先搜索，然后都添加到工程文件夹dd中，同时将.cmd添加到source中，在编译，结果如下：

总结
本文设计经验证表明具备了数据采集、与PC通信及实时数据处理等功能，既可以满足教学要求，又可用于简单的工程研究，具有一定的使用价值。此外还可以对该最小系统的功能开发验证进一步完善；如增加CAN总线功能及数字信号处理功能等，尽可能结合信号系统、电子测量及电机控制等课程特点，形成较完善的典型教学案例。对于通用I/O及扩展的实现进一步深入研究，可将该最小系统功能升级成为通用DSP系统，从而可以更广泛的满足各类复杂工程需求。
参考文献
[1] 周鹏，许钢.《（DSP原理与实践）》.北京：北京航空航天出版社，2014
[2] 王忠勇,陈恩庆.《(TMS320F2812 DSP原理与应用技术第二版)》.北京：化学工业出版社，2012
[3] 聂祥飞.基于MATLAB的IIR数字滤波器的设计研究.信息技术，2002(1).

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