DSP实验指导书完全版正文

数字信号处理EXPII型教学实验系统１第一章实验系统介绍一、系统概述EL-DSP-EXPII教学实验系统属于一种综合的教学实验系统，该系统采用双CPU设计，实现了DSP的多处理器协调工作。两个DSP通过HPI口并行连接，CPU1可以通过HPI主机接口访问CPU2的存储空间。该系统采用模块化分离式结构，使用灵活方便用户二次开发。客户可根据自己的需求选用不同类型的CPU适配板，我公司所有CPU适配板是完全兼容的，用户在不需要改变任何配置情况下，更换CPU适配板即可作TI公司的不同类型的DSP的相关试验。除此之外，在实验板上有丰富的外围扩展资源（数字、模拟信号发生器，数字量IO扩展，语音CODEC编解码、控制对象、人机接口等单元），可以完成DSP基础实验、算法实验、控制对象实验和编解码通信试验。CPU1CPU2语音编码解码模块存续器扩展模块信号源模块A/D模块LCD模块数字量输入、输出模块CPLDD/A模块电源模块温控模块直流电机模块步进电机模块键盘/LED模块HPIEL-DSP-EXPII教学实验系统功能框图数字信号处理EXPII型教学实验系统２二、硬件组成该实验系统其硬件资源主要包括：CPU单元数字量输入输出单元存储器及信号扩展单元BOOTLOADER单元语音模块液晶模块CPLD接口A/D转换单元D/A转换单元信号源单元温控单元步进电机直流电机键盘接口电源模块1、CPU单元CPU单元包括CPU1、CPU2两块可以更换的CPU板，用户可根据需要选择不同种类的CPU板。板上除CPU之外还包括以下单元：1）CPU模式选择CPU通常情况下可以根据用户需求工作在不同的模式下，主要用MP/MC————的电平来决定。当MP/MC————为高电平时，DSP工作在微处理器模式，当MP/MC—————为低电平时。DSP工作在为计算机方式。在不同模式下存储器映射表有所不同。详细信息请查阅相应的数据手册。2）电源模块在CPU板上由于TMS320VC54X数字信号处理器内核采用3.3V和1.8V供电，因此需要将通用的5V转换成3.3V和1.8V。为中央处理器提供内部电源。转换电路如图所示：数字信号处理EXPII型教学实验系统３C18DGNDC20C233.3V1.8VC22C21VCCNC1NC21GND31EN41IN51IN6NC7NC82GND92EN102IN112IN12NC13NC14NC15NC162OUT172OUT182SENSE19NC20NC212RESET221OUT231OUT241FB/SENSE25NC26NC271RESET28U3C193）电平转换由于数字信号处理其内部采用3.3V和1.8V供电，而且其输入输出接口电平为3.3V，对于数字量输出而言完全可以和5V电平兼容。但对于数字量输入而言，由于其内部是3.3V，因此不能将中央处理器的输出口直接和外围扩展的5V器件相连，必须加入电平转换期间进行电平转换和信号隔离。典型的就是数据线，必须进行隔离，对于其他的涉及到的输入信号也要进行相应的转换。在CPU板上，U2（LVTH16245）完成了该项功能。４）复位电路以及时钟单元复位电路主要包括上电复位和硬件手动复位，每次复位要求至少要有8到10个系统时钟。因此要求适当的配置复位电路RC网络。时钟电源主要利用数字信号处理器内部晶振源，并通过外部锁相环控制电路，选择适当倍频倍数，为CPU内部提供系统时钟。+3.3VS1R4100KC174.7uFRESETR151k+3.3V12U3A741434U3B7414施密特触发器D0LED数字信号处理EXPII型教学实验系统４2、数字量输入输出单元8bit的数字量输入（由八个带自锁的开关产生），通过74LS244缓冲；8bit的数字量输出（通过八个LED灯显示），通过74LS273锁存。数字量的输入输出都映射到CPU的IO空间。数字量显示的八个LED数码管，通过HD7279控制。3、存储器及信号扩展单元：1)静态存储器SRAM(IS61C25632K×8bit)在该实验板上，使用的存储器接口芯片是ISSI公司的IS61C256，它具有以下特点：访问速度10、12、15、20、25ns可选；低功耗：400mW（典型）；低静态功耗-250μW（典型）CMOS器件；-55mW（典型）TTL器件；全静态操作，无需时钟或刷新；输入输出和TTL电平兼容；单5V供电。静态存储器分为两个部分,一部分是32K×16bit的程序存储器（地址为8000H～0FFFFH）芯片序号U20、U21和32K×16bit的数据存储器（地址为0000H～7FFFH）芯片序号U22、U23。根据选择不同类型的CPU分别映射到相应地址的程序空间和数据空间。2)、DSK扩展信号插座：接插件P7、P8是和TI公司DSK兼容的信号扩展接口，可连接图像处理、高速AD、DA、USB、以太网等扩展板，也可以连接TI公司的标准DSK扩展信号板。数字信号处理EXPII型教学实验系统５P7：CPU信号扩展（TI公司兼容DSK接口）序号符号备注1+12V电源2-12V电源3GND地4GND地5+5V电源6+5V电源7GND地8GND地9+5V电源10+5V电源11NC空脚12NC空脚13NC空脚14NC空脚15NC空脚16NC空脚17NC空脚18NC空脚19+3.3V电源20+3.3V电源21BCLKX0MCBSP0数据输出时钟22NC空脚23BFX0MCBSP0数据输出帧时钟24BDX0MCBSP0数据输出25+5V电源26GND地27BCLKR0MCBSP0数据输入时钟28NC空脚数字信号处理EXPII型教学实验系统６29BFR0MCBSP0数据输入帧时钟30BDR0MCBSP0数据输入31+12V电源32GND地33BCLKX1MCBSP1数据输出时钟34NC空脚35BFX1MCBSP1数据输出帧时钟36BDX1MCBSP1数据输出37GND地38GND地39BCLKR1MCBSP1数据输入时钟40NC空脚41BFR1MCBSP1数据输入帧时钟42BDR1MCBSP1数据输入43GND地44GND地45TOUT0定时器0输出46NC空脚47NC空脚48INT0中断049TOUT1定时器1输出50NC空脚51GND地52GND地53INT1中断154NC空脚55NC空脚56NC空脚57NC空脚58NC空脚数字信号处理EXPII型教学实验系统７59RES复位信号60NC空脚61GND地62GND地63NC空脚64NC空脚65NC空脚66NC空脚67INT2中断268INT3中断369NC空脚70NC空脚71NC空脚72NC空脚73NC空脚74NC空脚75GND地76GND地77GND地78CLK时钟79GND地80GND地P8：CPU信号扩展（TI公司兼容DSK接口）序号符号备注1+5V电源2+5V电源3A19地址4A18地址5A17地址6A16地址数字信号处理EXPII型教学实验系统８7A15地址8A14地址9A13地址10A12地址11GND地12GND地13A11地址14A10地址15A9地址16A8地址17A7地址18A6地址19A5地址20A4地址21+5V电源22+5V电源23A3地址24A2地址25A1地址26A0地址27A21地址28A20地址29NC空脚30NC空脚31GND地32GND地33NC空脚34NC空脚35NC空脚36NC空脚数字信号处理EXPII型教学实验系统９37NC空脚38NC空脚39NC空脚40NC空脚41+3.3V电源42+3.3V电源43NC空脚44NC空脚45NC空脚46NC空脚47NC空脚48NC空脚49NC空脚50NC空脚51GND地52GND地53D15数据54D14数据55D13数据56D12数据57D11数据58D10数据59D9数据60D8数据61GND地62GND地63D7数据64D6数据65D5数据66D4数据数字信号处理EXPII型教学实验系统１０67D3数据68D2数据69D1数据70D0数据71GND地72GND地73DSKRE读写信号CPLD控制74SWE写信号75SOE读信号76READY准备好信号77CE3片选78CE2片选79GND地80GND地4、BOOTLOADER单元：使用的存储器接口芯片是28C25632K×8bit，地址为数据空间8000H～0FFFFH，它具有以下特点：访问速度快于45ns低功耗：典型静态CMOS电流20μA单5V供电供电电压可在±10%变化典型编程时间4S100mA闩锁保护从-1V到VCC+1V高噪声门限CMOS/TTL输入/输出电平兼容标准28脚DIP、PDIP封装或32脚PLCC封装板上芯片序号U24用来存放用户程序，可以通过选择CPU板上的MP/MC_______来选择bootloader模式。出厂时存储器内固化了系统测试程序，上电后可对系统硬件进行自动测试。在本系统中采用并行存储器引导模式。数字信号处理EXPII型教学实验系统１１5、语音处理单元语音CODEC采用TLC320AD50芯片。该芯片采用sigma-delta技术提供高精度低速信号变换，有两个串行同步变换通道、D/A转换前的差补滤波器和A/D变换后的滤波器。其他部分提供片上时序和控制功能。Sigma-delta结构可以实现高精度低速的数模／模数转换。芯片的各种应用软件配置可以通过串口来编程实现。主要包括：复位、节电模式、通信协议、串行时钟速率、信号采样速率、增益控制和测试模式。最大采样速率22.05kb/s,采样精度16bit。语音处理单元由语音输入模块、TLC320AD50模块、输出功率模块组成。语音输入模块采用偏置和差动放大技术，并经过滤波和处理后将输入到语音编解码芯片TLV320AD50，前端输入的电压范围为-2.5V---+2.5V。经过变换后输入到AD50的芯片的差动信号范围为0---5V。TLC320AD50C作为主方式，通过DSP的MCBSP0口进行通信。音频信号通过D/A转换后输出，由于TLC320AD50输出的是差动信号，因此首先经过差动放大，然后可以推动功率为0.4W的板载扬声器，也可以接耳机输出。语音处理单元原理框图语音处理单元接口说明：J14：音频输入端子，可输入CD、声卡、MP3、麦克风等语音信号。J15：音频输出端子，可接耳机、音箱。J3：语音处理单元输入信号接口J1：语音处理单元输出信号接口音频输入前端处理AD50功率放大音频输出DSPMcBSP数字信号处理EXPII型教学实验系统１２J6：地语音处理单元拨码开关说明：S1:拨码开关：码位备注1ON：帧同步脉冲接通，缺省设置；OFF：帧同步脉冲关断；2ON：串口时钟接通，缺省设置；OFF：缓冲串口时钟关断；S2:拨码开关码位备注1ON：直流量输入，OFF：交流量输入，缺省设置2ON：扬声器输出;OFF：扬声器关闭，缺省设置语音处理单元可调电位器说明：“输入调节”：逆时针音量变大顺时针音量变小“输出调节”：逆时针音量变大顺时针音量变小注：语音处理单元的二号孔IN和OUT通过导线的连接，可以为温控单元，信号源单元提供A/D，D/A转换的功能。详细操作参见实验指导。6、液晶模块本实验系统选用中文液晶显示模块LCM12864ZK，其字型ROM内含8192个16*16点中文字型和128个16*8半宽的字母符号字型；另外绘图显示画面提供一个64*256点的绘图区域GDRAM；而且内含CGRAM提供4组软件可编程的16*16点阵造字功能。电源操作范围宽(2.7Vto5.5V)；低功耗设计可满足产品的省电要求。同时，与CPU等微控器的接口界面灵活(三种模式并行8位/4位串行3线/2线)；LCD数据接口基本上分为串行接口和并行接口两种形式，本实验采用串行接口方式，用户根据需要改变跳线JS1改用并行接口方式。JS1123跳线JS1的配置示意图注：连接１，２串行方式连接２，３并行方式数字信号处理EXPII型教学实验系统１３液晶模块拨码开关