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本科生实验报告实验课程数字信号处理实验学院名称信息科学与技术学院专业名称电子信息工程学生姓名干娜学生学号201413080229指导教师刘瑛实验地点6B609实验成绩二〇年月二〇年月2tms320vc5509a最小系统设计一、实验目的1.掌握DSP最小系统的组成部分；2.学会画每个部分与DSP芯片的连接；3.完成DSP5509最小系统的设计。二、实验内容1.了解DSP最小系统的组成部分；2.分别画出每个部分与DSP的连接图；3.总结DSP最小系统的设计过程。三、DSP5509的基本介绍DSP芯片是将模拟信号变换成数字信号以后进行高速实时处理的专用微处理器，具有处理速度高、功能强、性能价格比好以及速度功耗比高等特点，被广泛应用于具有实时处理要求的场合。DSP系统以DSP芯片为基础，具有如下特点：1.高速性；2.编程方便；3.稳定性好；4.可重复性好；5.集成方便；6.性价比高。TMS320VC5509A是TI公司针对低功耗应用推出的一款低功耗高性能DSP。它的最小系统包括：电源电路、复位电路、时钟电路、JTAG接口电路和程序加载部分组成。其资源与接口如下：3四、DSP最小系统的设计4.1电源部分TM320VC5509A有内核和外设电源两种，+3.3V的供电范围为：I/O引脚、USB模块引脚、A/D数字部分电源；+1.6V的供电范围为：200MHz的CPU内核、RTC的I/O引脚、RTC模块电源、USB的PLL专用电源等，因此电源部分需要提供的电源有+3.3V和+1.6V两种。同时，在进行电源设计时，需要特别注意的是模拟电路和数字电路部分要独立供电，数字地与模拟地要分开；通常每个电源引脚要加一个10~100nf的旁路电容，一般旁路电容采用瓷片电容。同时在PCB的四周还要均匀分布一些4.7~10uf的大电容，避免产生电源、地环路。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压，如3.3、1.8、2.5、1.6等，+5V电源一般可以通过开关电源或交流220V经变压、整流、滤波直接得到，但这样得到的+5V电源纹波较大，一般不能直接应用到DSP系统中，需要经过DC/DC变换将该电压进行隔离稳压处理。要得到+3.3与+1.6两种电压，我选择的电源芯片为：TPS767D301，电源电路图如下所示：4从TPS767D301的数据手册可以看到，它可提供双路输出，一路输出电压为3.3V，另一路输出可以调节，范围为1.5~5.5V，因此该芯片满足5509的供电要求，可调电压的输出主要是靠R1和R3调节，C1、C2、C3三个电容的并联是为了滤波，将高频信号导出，使直流更加稳定。4.2复位电路部分设计复位电路的作用是当DSP系统在运行中，受到环境的干扰出现程序跑飞的时候，按下复位按键内部的程序自动从头开始执行。对于复位电路的设计，一方面应确保复位低电平时间足够长，保证DSP可靠复位；另一方面应保证稳定性良好，防止DSP误复位。DSP的复位电路设计时可将上电复位和手动复位两个信号经过逻辑相与，然后送到DSP复位引脚输入。复位电路由电阻、电容以及按键组成，带有上电延迟复位和手动复位功能。其主要原理是电容的充放电导致RESET引脚电平变化，实现芯片复位，电阻与电容决定了复位的时间，t=R*C，因此他们的值可以根据需要设置。电路图如下所示：5基本原理是：在芯片启动后，电容C1两端的电压持续充电为VDD，这时候10K电阻两端的电压接近于0，RESET处于低电平状态，所以系统正常工作，当按键按下的时候，开关导通，这个时候电容端形成了一个回路，电容被短路，所以在按键按下的这个过程中，电容开始释放之前的能量，随着时间的推移，电容的电压变小，10K电阻两端的分压变大，所以RESET引脚又接收到高电平，DSP自动复位。4.3时钟电路部分设计5509A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；第二种时钟输入方式是从X2/CLKIN引脚输入时钟信号，采用这种方式时X1引脚必须悬空，不接任何信号。此次设计采用第一种方法，时钟电路图如下所示：其中，C1、C2、Rs、晶振的选择可参考5509A的数据手册：6由数据手册可知，通常使用的晶振值是满足MAXESR的。4.4JTAG接口电路JTAG是DSP的调试接口，用户可以利用JTAG接口完成程序的下载、调试和信息输出，通过该接口可以查看DSP的存储器、寄存器等内容以及完成芯片的烧录，下图为JTAG接口电路图：4.5程序加载部分电路DSP有多种程序加载方式，有增强主机接口（EHPI）加载方式、并行外部存储器接口（EMIF）加载方式、标准串口加载方式以及支持外围设备接口（SPI）加载方式。在这次DSP最小系统设计中，我采用的是标准串口加载的方式，标准串口加载程序是指通过McBSP0（多通道缓存串口0）在标准串口模式下向DSP加载程序。该加载方式的优点是连接信号线少，缺点是需要由外部产生帧同步信号和串行时钟信号。该方式还需要外部逻辑向串行存储器发出指令，无法做到无缝连接。连接关系如下所示：7由5509A的数据手册可知，片上的引导模式提供了将外部程序代码加载到片上RAM的方法，在标准串口模式下，采用的是从McBSP0读取8或16位的数据长度。由数据手册可以得出DSPbootloader的设置值是：GPIO[3:0]=0010。然后在标准串口模式下，对McBSP0口进行如下配置：每帧一个阶段：RPHASE=0b；每阶段字数为1：RFRLEN1=0000000b；字长为16位：010b；数据右对齐：00b；延迟为1:01b。DSP的接收时钟CLKR0和串行时钟SCLK由外部逻辑CLK信号提供，帧信号FSR0由外部逻辑FRAME信号提供，串行存储器命令字由外部逻辑INSO信号提供。DSP通用输入输出信号IO4向外部逻辑发出握手信号。五、总结通过这次的tms320vc5509a最小系统设计，我设计出了DSP的最小系统，其中包括电源电路、复位电路、时钟电路、JTAG接口电路和程序加在部分。电源部分用的是DC/DC转换电路，使用芯片TPS767D301来完成，将一路输入信号+5V转化为两路输出信号3.3V与1.6V；复位电路采用自动复位与手动复位结8合的方式；时钟电路采用内部振荡器产生时钟信号，其中的电容电阻及晶振的参数可参考5509的数据手册；JTAG接口电路是DSP的调试与烧录接口，可以查看DSP的存储器、寄存器等内容；程序加载部分用的是标准的串口加载，通过McBSP0口向DSP加载程序。这次的实验学到的最多的当属读数据手册，以及在TI官网上查芯片资料。刚开始的时候什么都不懂，也不知道什么芯片合适，看的资料多了，就渐渐有了一些想法，学会自己去思考设计，并查找芯片参数。学生实验心得通过这次的DSP最小系统设计实验，我学到了DSP最小系统的组成，以及每部分该如何设计。比如电源部分，就要看DSP需要哪些电源，然后再设计电源电路，根据DSP芯片型号的不同，需要的电压也不一样，5509A的内核与I/O口所需的电压就不相同，分别是+1.6和+3.3V，因此我选择了TPS767D301DC/DC转换电路来实现一路+5V输入，两路电压输出。这次实验我还学到了看数据手册，现在的芯片数据手册大多是英文的，即使有中文的翻译，但是没有英文的准确，而且读取来没有英文的顺畅，因此我试着去读英文的数据手册，读了之后发现它并没有我想象中的那么难，专业词汇查一下就行了，生单词也没有很多，而且读数据手册并不是要一页一页慢慢读，读完再去设计。然而这样并没有什么效果，在用到的时候，我们往往又记不清内容了，因此我们应该在设计的时候再查数据手册，这样不仅效率高，而且印象深刻。学生（签名）：年月日9指导教师评语成绩评定：指导教师（签名）：年月日