TMS320F2812的最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)

任智博，周 浩

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TMS320F2812的最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)

任智博，周 浩

（海軍工程大學(xué)兵器工程學(xué)院，武漢 430030）

設(shè)計(jì)DSP最小系統(tǒng)的目的是為設(shè)計(jì)基于DSP的綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)打下基礎(chǔ)。在設(shè)計(jì)過程中，對(duì)硬件電路（電源及復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、JTAG接口電路和串行接口電路）提出一種合理的設(shè)計(jì)方案并利用DSP集成開發(fā)工具CCS進(jìn)行程序編輯和在線仿真測(cè)試。經(jīng)仿真可知該電路已實(shí)現(xiàn)DSP最小系統(tǒng)的基本功能，為整個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建打下良好基礎(chǔ)。

最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 數(shù)字信號(hào)處理器

0 引言

隨著數(shù)字電路及系統(tǒng)技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在過去的二十幾年內(nèi)得到飛速的發(fā)展[3]。數(shù)字信號(hào)處理器（Digital Signal Processor簡(jiǎn)稱DSP）的應(yīng)用逐漸深入到通訊、航空、航天、雷達(dá)、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)、人工智能等各個(gè)領(lǐng)域，成為具有很大發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)產(chǎn)業(yè)之一。近年來(lái)我國(guó)軍工行業(yè)在向數(shù)字化、智能化的轉(zhuǎn)型發(fā)展中，大量應(yīng)用DSP系統(tǒng)處理傳感器產(chǎn)生了巨量數(shù)據(jù)，但我們對(duì)其原理及使用的研究仍亟待深入，為了更好的服務(wù)教學(xué)實(shí)踐，我們?cè)诮虒W(xué)實(shí)踐中成功研制出新型綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，該平臺(tái)采用通用化、標(biāo)準(zhǔn)化模塊化的設(shè)計(jì)思想，可廣泛應(yīng)用于數(shù)字信號(hào)處理和智能算法應(yīng)用等教學(xué)實(shí)踐當(dāng)中。本文的研究對(duì)象即為該平臺(tái)的DSP最小系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在世界范圍內(nèi)，DSP芯片的主要供應(yīng)商有Texas Instruments（簡(jiǎn)稱TI），Motorola，ADI，Lucent和Zilog等公司。其中TI公司是當(dāng)今世界最大的DSP供應(yīng)商，其推出的TMS320系列是最有影響力的主流DSP產(chǎn)品，該系列與傳統(tǒng)的單片機(jī)相比擁有顯著的優(yōu)勢(shì)，憑借其性價(jià)比高，可靠度好，易于編程實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制，廣泛應(yīng)用于需要及時(shí)處理能力的場(chǎng)合中。我們要搭建的綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)由于上述優(yōu)點(diǎn)選擇了該系列中的TMS320F2812芯片作為控制核心。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的的設(shè)計(jì)內(nèi)容包括軟硬件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)調(diào)試與功能檢測(cè)。

圖1 TMS320F2812LQFP封裝頂視圖

硬件設(shè)計(jì)分為兩部分，第一部分是作為核心部分的DSP最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)：即為使DSP芯片正常工作所需的的最少硬件構(gòu)成。另一部分是外圍電路設(shè)計(jì)：該電路在系統(tǒng)基本的功能基礎(chǔ)之上進(jìn)行補(bǔ)足和擴(kuò)展。DSP最小系統(tǒng)是最基礎(chǔ)的部分，所以本文以此為切入點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)并完成實(shí)驗(yàn)測(cè)試。

2 硬件設(shè)計(jì)

DSP最小系統(tǒng)的硬件部分組成有電源及復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、JTAG接口電路和串口通信電路[4]。

2.1 電源及復(fù)位電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)中的DSP芯片TMS320F2812工作時(shí)的需要兩種不同的額定電壓，分別為1.8 V的核電壓和3.3 V I/O口電壓。該芯片對(duì)供電電壓較為敏感，所以在電源設(shè)計(jì)中選擇電壓精度較高的TPS767D301或TPS767D318。在此，我們選擇了TPS767D318作為電源芯片，該芯片可由5 V電源同時(shí)產(chǎn)生兩種不同的電壓（3.3 V、1.8 V或2.5 V），該芯片輸出電流的最大值為1000 mA，除了能夠滿足DSP芯片的用電需求外，還可以少量外圍電路的供電需要，該芯片電路原理圖如圖2所示。該芯片自帶電源監(jiān)控及復(fù)位管理功能，可以方便地實(shí)現(xiàn)電源及復(fù)位電路設(shè)計(jì)[4]。該部分電路原理圖如圖3所示。

圖3 復(fù)位電路原理圖

2.2 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的時(shí)鐘電路有外接和內(nèi)接兩種連接方式：外接是指將外部時(shí)鐘信號(hào)直接連接到X1/XCLKIN引腳上，X2懸空，其優(yōu)點(diǎn)是便于電路連接，信號(hào)質(zhì)量較好且相對(duì)穩(wěn)定；而內(nèi)接則是在X1/XCLKIN和X2兩個(gè)引腳之間連接一個(gè)石英晶體，對(duì)內(nèi)部信號(hào)倍頻，其優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜。由于在本系統(tǒng)中我們對(duì)精度要求較高，所以選擇外接的方式，選取工作電壓3.3 V的30 MHz有源晶振來(lái)滿足精度要求。系統(tǒng)工作是通過編程選擇5倍頻的PLL功能，可實(shí)現(xiàn)F2812的最高工作頻率（150 MHz）[4]。電路如圖4所示。

2.3 JTAG接口電路設(shè)計(jì)

利用JTAG接口連接仿真引腳實(shí)現(xiàn)DSP芯片的在線仿真功能。掃描仿真不同于傳統(tǒng)的電路仿真方式，傳統(tǒng)電路仿真方式會(huì)出現(xiàn)由于連接電路的電纜線路過長(zhǎng)而導(dǎo)致的信號(hào)失真及仿真差頭的可靠性差等問題。掃描仿真方式可以實(shí)現(xiàn)在線仿真，更方便使用者檢測(cè)及調(diào)試。電路圖如圖5所示。

圖4 外部時(shí)鐘電路

圖5 JTAG接口電路

2.4 串行接口設(shè)計(jì)

在與上位機(jī)通信時(shí)，由于TMS320F2812中SCI接口采用的是TTL電平，與上位機(jī)采用的RS-232C電平不能互相兼容無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，所以與上位機(jī)連接時(shí)要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。參考TI公司的設(shè)計(jì)手冊(cè)選取MAX232N芯片用以驅(qū)動(dòng)電路。電路圖設(shè)計(jì)如圖6所示。

圖6 RS-232接口電路

3 DSP最小系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)

3.1 電路連接及目標(biāo)板識(shí)別

首先要求我們檢查目標(biāo)板是否連接無(wú)誤，在連接正確的前提下上電復(fù)位。利用DSP仿真器進(jìn)行硬件仿真，進(jìn)入CCS環(huán)境，識(shí)別目標(biāo)器件，燒寫初始化程序，調(diào)試系統(tǒng)，使目標(biāo)板處于正常工作狀態(tài)。

3.2 事件管理器產(chǎn)生PWM波功能測(cè)試

在TMS320F2812內(nèi)核上集成兩個(gè)事件管理器( EVA和EVB )，這兩個(gè)事件管理器可以實(shí)現(xiàn)多種控制功能，在運(yùn)動(dòng)控制、電機(jī)控制等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。TMS320F2812的每個(gè)事件管理器模塊可以同時(shí)產(chǎn)生8路脈寬調(diào)制( PWM )信號(hào)，包括3對(duì)由完全比較單元產(chǎn)生的死區(qū)可編程PWM信號(hào)以及由通用定時(shí)器比較器產(chǎn)生的2路獨(dú)立的PWM信號(hào)[4]。

4 結(jié)語(yǔ)

本文選用TMS320F2812為核心設(shè)計(jì)DSP最小系統(tǒng)，該系統(tǒng)經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明具備數(shù)據(jù)采集、與PC通信、進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理等的功能，既滿足了教學(xué)需要，又可用于簡(jiǎn)單的工程研究，具有一定的實(shí)用價(jià)值。在最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，我們還可進(jìn)一步拓展其功能：如增加CAN總線功能及數(shù)字信號(hào)處理功能等，盡可能結(jié)合信號(hào)系統(tǒng)、電子測(cè)量及電機(jī)控制等課程特點(diǎn)，形成較完善的典型教學(xué)案例[4]。DSP系統(tǒng)發(fā)展的發(fā)展趨勢(shì)就是越來(lái)越多地用于復(fù)雜系統(tǒng)當(dāng)中，而要實(shí)現(xiàn)這些復(fù)雜的算法和功能，就需要我們更深入地研究其外設(shè)接口從而把最小系統(tǒng)拓展為具有多種功能的通用DSP系統(tǒng)。

[1] 胡海兵, 姚文熙, 江輝鴻. 任意路通用PWM波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2008, (12): 23-12.

[2]Texas Instruments, TMS320F281x ADC Calibration Reference Guide (Rev.A). 2004.

[3] 顧衛(wèi)剛. 手把手教你學(xué)DSP基于TMS320X281X[M]. 北京:北京航空航天出版社, 2011．

[4] 基于TMS320F2812的DSP最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 電氣電子教育學(xué)報(bào), 2009, (2): 84-85.

The Minimum System Design of TMS320F2812

Ren Zhibo, Zhou Hao

(Ordnance Engineering College of Naval University, Wuhan 430030, China)

TP302

A

1003-4862（2018）11-0052-04

2018-10-18

任智博（1994-），男，碩士研究生。研究方向：武器制導(dǎo)與控制技術(shù)。E-mail: 826370625@qq.com