【正文】 ............................................................. 28 致 謝 ...................................................................................................................... 29 附 錄 ...................................................................................................................... 30 巢湖學(xué)院 2022 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 1 1 緒論 在本章節(jié)中主要介紹的是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究的背景，以及數(shù)字信號(hào)處理 DSP 和 LCD 液晶的現(xiàn)狀，并且從大體上介紹了本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。 課題研究背景 數(shù)字信號(hào)處理器作為一種特別的微型處理器件，它是通過數(shù)字信號(hào)的形式處理信息。并且它還是一種可供開發(fā)者自己編寫程序的處理器。近年來(lái) DSP 技術(shù)的發(fā)展十分的迅速，目前 DSP 技術(shù)已經(jīng)越來(lái)越廣泛地被應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域中，如航天航空方面、信息通信方面、自動(dòng)控制方面與測(cè)試 /測(cè)量方面等，還有數(shù)字相機(jī)和冰箱空調(diào)以及洗衣機(jī)等也都應(yīng)用了 DSP 技術(shù)，并且在這些領(lǐng)域中日益顯示出 DSP 本身的優(yōu)越性。 在顯示屏中 LCD 液晶以其自身顯示的直觀性與操作便捷等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于各種儀器儀表的顯示模塊中。在傳統(tǒng)液晶顯示上一般都是使用單片機(jī)芯片來(lái)控制，但是，如果當(dāng)系統(tǒng)要處理大量的實(shí)時(shí)的高速數(shù)據(jù)時(shí)，單片機(jī)芯片因?yàn)樘幚硇畔⒌乃俣容^慢就難以勝任了。而數(shù)字信號(hào)處理芯片有著處理大量數(shù)據(jù)的能力和十分高的運(yùn)行速度，從性能上極大地滿足了目前消費(fèi)電子產(chǎn)業(yè)的需求。 DSP 芯片成為電子行業(yè)中越來(lái)越重要的一種電子芯片 [1]。 課題研究的現(xiàn)狀 近年來(lái)，隨著低價(jià)格、高性能的 DSP 芯片的出現(xiàn)， DSP 應(yīng)用的迅速發(fā)展為數(shù)字產(chǎn)品帶來(lái)了十分廣闊的發(fā)展空間。在無(wú)線通信領(lǐng)域，隨著手機(jī)用戶數(shù)量的增加，手機(jī)市場(chǎng)也在不斷地?cái)U(kuò)大，這也帶動(dòng)了 DSP 市場(chǎng)的迅速增長(zhǎng)。另外在數(shù)字消費(fèi)領(lǐng)域，數(shù)碼產(chǎn)品市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)也不斷的推動(dòng)著 DSP 市場(chǎng)的發(fā)展。 另一要素，在手機(jī)、相機(jī)、電機(jī)控制和一些其他應(yīng)用中要及時(shí)的處理大量的數(shù)據(jù)，在這些應(yīng)用中我們都能發(fā)現(xiàn)數(shù)字處理芯片的身影，可以說(shuō) DSP 成為了推進(jìn)電子產(chǎn)業(yè)數(shù)字化進(jìn)程重要 力量。 隨著目前集成電子產(chǎn)品的迅速發(fā)展，液晶顯示屏作為電子顯示設(shè)備的一種， 基于 DSP 芯片的 LCD 模塊設(shè)計(jì) 2 以其特有的優(yōu)點(diǎn)正在廣泛的應(yīng)用于各種電子儀器儀表設(shè)備中去。它具有個(gè)頭小和功耗低以及質(zhì)量輕等特點(diǎn)。在日常生活中，用液晶作為顯示器件可以說(shuō)是非常普遍的。它已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于各種日常用品及設(shè)備中。人們?cè)诟黝I(lǐng)域?qū)σ壕У男枨螅殉蔀橥苿?dòng)液晶發(fā)展的主要?jiǎng)恿Α? 本課題研究的主要內(nèi)容 在目前，液晶屏作為顯示器件被越來(lái)越多的應(yīng)用到對(duì)功耗及顯示器的體積有著很高要求的設(shè)備中。 DSP 憑借著其優(yōu)化的硬件配置和高效的系統(tǒng)指令等特點(diǎn)，在實(shí)時(shí)的系統(tǒng)中得到廣泛 的使用。在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中是以用數(shù)字信號(hào)處理芯片TMS320F2812 為核心，以該芯片來(lái)控制液晶顯示器的顯示為例，設(shè)計(jì)了一種利用數(shù)字信號(hào)處理芯片 TMS320F2812代替?zhèn)鹘y(tǒng)的單片機(jī)芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)與 LCD的接口之間的通信方案。 在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中使用的主要芯片是 TMS320F2812，編寫程序使用的語(yǔ)言是 C 語(yǔ)言。整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是介紹數(shù)字信號(hào)處理芯片 TMS320F2812 與 LCD 之間的連接以及利用 C 語(yǔ)言編寫程序，讓 DSP 芯片 TMS320F2812 來(lái)控制 LCD 的顯示的問題 。 巢湖學(xué)院 2022 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 3 2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 在本章節(jié)中主 要是介紹本系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用的設(shè)計(jì)方法與設(shè)計(jì)原理，并介紹了在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中各硬件模塊的功能。 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)是模塊電路，采用的是硬件實(shí)驗(yàn)加軟件仿真的設(shè)計(jì)思路，對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)模塊電路的硬件部分和軟件部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的主要步驟如圖21： 圖 21 設(shè)計(jì)的大致步驟圖 該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要步驟如圖 21 所示，在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中總體可分為硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)兩大方向，其中，硬件設(shè)計(jì)部分的設(shè)計(jì)步驟主要有 : (1) 硬件設(shè)計(jì)部分的實(shí)現(xiàn)，就是依據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需的性能指標(biāo)、功能要求等 基于 DSP 芯片的 LCD 模塊設(shè)計(jì) 4 條件來(lái) 確定一個(gè)比較好的硬件部分的實(shí)現(xiàn)方法。 (2) 進(jìn)行所需器件的選型，根據(jù)要求的功能、器件的成本等條件確定系統(tǒng)中要使用的主要器件，這其中最為重要的就是根據(jù)需要選擇該系統(tǒng)中使用的主要芯片的芯片型號(hào)。 軟件部分的設(shè)計(jì)步驟主要有： (1) 根據(jù)設(shè)計(jì)的需要用 C 語(yǔ)言編寫程序 (2) 在 的軟件開發(fā)環(huán)境中，編譯調(diào)試程序。 (3) 編譯通過后，連接仿真器把程序燒寫到核心芯片中。 (4) 在 CCS 環(huán)境的 Debug 模式下，運(yùn)行程序并注意液晶模塊的顯示效果，如果顯示達(dá)到要求則繼續(xù)，否則就返回修改程序并調(diào)試 。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體功能框圖 圖 22 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中各模塊總體框圖 系統(tǒng)以 TI 公司的 DSP 芯片 TMS320F2812 為核心。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)從大體上可分為以數(shù)字信號(hào)處理芯片 TMS320F2812 為主要芯片的最小系統(tǒng)與應(yīng)用電路兩個(gè)部分。其中最小系統(tǒng)部分又可分為電源及時(shí)鐘等電路模塊。應(yīng)用電路主要就是 I/O口與 LCD 的連接。整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是通過軟硬件的設(shè)計(jì)，把各個(gè)模塊連接到一起使之成為一個(gè)完整的系統(tǒng)。 系統(tǒng)各功能模塊介紹 電源模塊 無(wú)論是什么系統(tǒng)有一個(gè)性能較好的電源模塊是整個(gè)系統(tǒng)能 夠穩(wěn)定工作的先 巢湖學(xué)院 2022 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 5 決條件。尤其是 DSP 芯片對(duì)電源的要求又比較高，其內(nèi)核的工作電壓為 V，I/O 口的工作電壓為 V，這就要求電源模塊必須能提供這兩種穩(wěn)定的電壓。 由于在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中使用的數(shù)字信號(hào)處理芯片 TMS320F2812 工作時(shí)的電壓分為兩部分： 的是 Flash 電壓， 的是內(nèi)核電壓。所以 F2812 對(duì)電源的電壓波動(dòng)很敏感，故電源模塊的質(zhì)量將會(huì)直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性 [2]。因此，設(shè)計(jì)一個(gè)具有高性能和高效率的電源模塊具有十分重要的意義。 在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中核心芯片 TMS320F2812 以外的其 余器件的工作電壓一般為為 5V 或 。所以 TMS320F2812 供電電源分為兩種，即內(nèi)核電源 (CVDD)和 I/O電源 (DVDD)，在系統(tǒng)中核心芯片使用的是低電壓分離式供電，為芯片的內(nèi)核提供 的電壓，為芯片的外部引腳 I/O 提供 的電壓，這樣芯片就能夠直接和芯片外圍的低壓器件接口相連接。本系統(tǒng)中的電源部分的原理圖如圖 23。 圖 23 電源模塊的原理圖 復(fù)位電路模塊 TMS320F2812 的復(fù)位管腳為 /RESET， 為 低電平有效。為 確保系統(tǒng)使用的 芯片在電源 還沒有 達(dá)到要求的時(shí) 候 ,不會(huì) 出 現(xiàn)芯片失控的狀況 ， 因此在該系統(tǒng)中加上電源監(jiān)測(cè)的電路是十分有必要的。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用的是 TI 公司的 TPS330718電源監(jiān)測(cè)芯片來(lái) 對(duì)系統(tǒng)中的 電源 進(jìn)行 監(jiān)測(cè)。 TPS330718 芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 24所示。本 系統(tǒng) 設(shè)計(jì)中所使用的 復(fù)位 模塊 電路 原理圖如圖 25。 基于 DSP 芯片的 LCD 模塊設(shè)計(jì) 6 圖 24 TPS330718 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖 25 TMS320F2812 復(fù)位電路原理圖 時(shí)鐘電路模塊 數(shù)字信號(hào)處理芯片 TMS320F2812 的時(shí)鐘連接方式可分為 外部振蕩器方式和諧振器方式 兩種 。若要使用內(nèi)部振蕩器 , 就必須在 X1/XCLKIN 與 X2 兩個(gè)管腳之間接一個(gè)石英晶體。若使用外部的時(shí)鐘 , 只要將 X2 管腳 懸空，輸入的時(shí)鐘信號(hào)接到 X1/ CLKIN 管腳上即可。 PLL 鎖相環(huán)的時(shí)鐘模塊，它主要是用來(lái)控制 DSP 的內(nèi)核工作頻率，由外部輸入一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)作為參考，經(jīng) PLL 的倍頻或者分頻之后再供給 DSP 的內(nèi)核。C281x 的數(shù)字信號(hào)處理芯片可以實(shí)現(xiàn) ~10倍的倍頻。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用的是基于PLL 的晶體工作模式，由外部的無(wú)源晶體為系統(tǒng)芯片提供一個(gè)基準(zhǔn)的時(shí)鐘，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的外部晶振使用的是 30MHz 的晶振 [3]。 其原理圖如圖 26所示： 巢湖學(xué)院 2022 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 7 圖 26 時(shí)鐘模塊的原理圖 JTAG 電路模塊 接口 JTAG 電路是 對(duì) DSP 芯片 內(nèi)部 Flash 的燒寫 與 仿真調(diào)試 的基礎(chǔ) ，它的這些 功能一般都是 要 有相應(yīng)的 軟件 與之 配合 才能夠?qū)崿F(xiàn)的 。 JTAG 接口 是一個(gè)通用的 標(biāo)準(zhǔn)，這部分的引腳定義 一般不能 隨意 的 改變。本 系統(tǒng) 設(shè)計(jì)中 采用的是 標(biāo)準(zhǔn)的14 針插座 ,與 DSP 仿真器配合 可以 實(shí)現(xiàn)把可執(zhí)行程序燒寫到目標(biāo)板的 DSP 芯片中 [4]。 接口原理圖如圖 27 所示： 基于 DSP 芯片的 LCD 模塊設(shè)計(jì) 8 圖 27 JTAG 接口 電路原理圖 顯示模塊 該系統(tǒng)的顯示模塊采用的的是常見的 12864 液晶，通過與 DSP 最小系統(tǒng)的外圍接口連接，通過程序控制可進(jìn)行文字和圖片和一些特定信息的顯示。 TMS320F2812 介紹 在目前的電子行業(yè)中 DSP 主要產(chǎn)品有三個(gè)大的系列： 1） TMS320C2022 系列，它主要面向的是運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域與數(shù)字控制領(lǐng)域。 2） TMS320C5000 系列，它主要是面向手持設(shè)備和無(wú)線終端以及低功耗等應(yīng)用領(lǐng)域。 3） TMS320C6000 系列，它主要是在復(fù)雜應(yīng)用領(lǐng)域使用，如要求具有高性能與多功能的領(lǐng)域 [5]。 數(shù)字信號(hào)處理芯片 TMS320F2812 是在 2022 這一系列中應(yīng)用較為廣泛的一種芯片。它是一種 32 位的定點(diǎn)型工業(yè)級(jí)數(shù)字信號(hào)處理芯片。 TMS320F2812 芯片的最高頻率可以達(dá)到 150MHZ。 數(shù)字信號(hào)處理芯片 TMS320F2812 使用的是改進(jìn)的哈佛總線結(jié)構(gòu)，該總線結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是能夠?qū)?shù)據(jù)與程序放到各自的存儲(chǔ)空間中，而且各自的存儲(chǔ)空間均可單獨(dú)的訪問，這樣芯片對(duì)數(shù)據(jù)的讀取能力就相當(dāng)于提高了一倍 [6]。哈佛總線的結(jié)構(gòu)如圖 28 所示。 DSP 數(shù)字處理芯片一般都采用流水線的技術(shù)，這樣能增強(qiáng) 巢湖學(xué)院 2022 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 9 芯片的處理能力， TMS320F2812 的流水線深度可達(dá) 8 級(jí)，意思就是在一個(gè)指令周期中，該芯片可以同時(shí)處理 8 條程序指令。 圖 28 總線結(jié)構(gòu) F2812 的主要特點(diǎn)如下： 1） 該芯片使用的是靜態(tài) CMOS 技術(shù)，它的時(shí)鐘頻率最高可達(dá)到 150MHz，芯片的核心部分的電壓為 ， I/O 口的電壓為 ， Flash 編程電壓也為 。 2） 它是一種高性能的 32 位 CPU。該芯片可以實(shí)現(xiàn) 1616 位與 3232 位的乘法操作，以及具有哈佛總線結(jié)構(gòu)和迅速的中斷操作，它的尋址程序空間最大可達(dá)到 4MB，尋址數(shù)據(jù)空間最大可達(dá)到 4GB。 3） 片上存儲(chǔ)器：閃存 128K 字，單訪問雙口 RAM（ SARAM） 18K 字。 4） 系統(tǒng)的控制與芯片的時(shí)鐘，使用的是鎖相環(huán)技術(shù)（ PLL）來(lái)提供系統(tǒng)中各模塊所需要的頻率。 5） 該芯片具有 3 個(gè)外部中斷和外圍中斷擴(kuò)展模塊，最多可以支持 45 個(gè)外中斷。 6） 16 個(gè)通道、 12 位精度的 A/D 轉(zhuǎn)換器。 7） 擁有 56 個(gè)可編程的獨(dú)立的通用輸入 /輸出（ GPIO）引腳。 TMS320F2812 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 29 所示： 基于 DSP 芯片的 LCD 模塊設(shè)計(jì)