【正文】 c d d d d d dd d0 00 0 00 0 0000000a 100 0 1 a b c d TMS320F2812 介紹 TMS320F2812 的結(jié)構(gòu)及原理 TMS320C20xx 系列是美國 TI 公司推出的最佳測控應(yīng)用的定點 DSP 芯片，其主流產(chǎn)品分為四個系列： C20x、 C24x、 C27x 和 C28x。 TMS320F2812 的主要特點： （ 1）采用高性能靜態(tài) CMOS 制造工藝：主頻達(dá) 150MHZ(時鐘 周期 )，低功耗（ 150MHz 核電壓 ,135MHz 以下核電壓 ,I/O 口電壓 ）， Flash 編程電壓為 （ 2）支持 JTAG 邊沿掃描 （ 3）高性能 32 位 CPU： 1616 和 3232 乘積累加操作， 1616 雙乘積累加器，程序和數(shù)據(jù)空間分開尋址 (哈佛總線結(jié)構(gòu) )，快速中斷響應(yīng)和處理，統(tǒng)一寄存器編程模式，可達(dá) 4M 的線性程序地址，可達(dá) 4M 的線性數(shù)據(jù)地址，高效的代碼轉(zhuǎn)換能力 (支持 C/C++和匯編語言 ) （ 4）片上存儲器：有多達(dá) 128K16 的 FLASH 存 儲器 或 有多達(dá) 128K16 的第二章 8 ROM （ 5)外部存儲器接口：有多達(dá) 1MB 的尋址空間，三個獨立的片選端 （ 6）時鐘與系統(tǒng)控制：支持動態(tài)的改變鎖相環(huán) (PLL)的頻率，片上振蕩器 （ 7）三個外部中斷 （ 8）外部中斷擴展 (PIE)模塊，支持 45 個外部中斷 （ 9）三個 32 位的 CPU 定時器 （ 10）串口外圍設(shè)備 ： 串行外部設(shè)備接口 (SPI)， 兩個串行通信接口 (SCIs) （ 11） 12 位的 ADC,16 通道 ： 2 個 8 通道的輸入多路選擇器 ， 兩個采樣保持器 ， 單 /連續(xù)通道轉(zhuǎn)換 ， 快 速轉(zhuǎn)換率 80ns/(兆采樣每秒 )， 可用兩個事件管理器順序觸發(fā) 8 對模數(shù)轉(zhuǎn)換 （ 12）多達(dá) 56 個獨立的可編程、多用途通用輸入 /輸出 (GPIO)引腳 圖 22 C28x 功能框圖 TMS320F2812 的存儲系統(tǒng)原理第二章 9 圖 23 TMS320F2812 的存儲器配置及地址映射 C28x系列 DSP的片內(nèi)存儲器包括 SARAM、 Flash、 OTP、 BootROM、 CSM和第二章 10 中斷向量存儲器，每種存儲器根據(jù)其各自的特點分別適合存儲不同的內(nèi)容，這里只介紹程序中使用的 SARAM、中斷向量和 外設(shè)幀 PF部分： SARAM：單口隨機讀 /寫存儲器，單個機器周期內(nèi)只能被訪問一次。 2. 中 斷向量：圖 23中指出了 M0向量、 PIE向量、 BootROM向量及 XINTF向量使能時的條件及 各自的映射空間 。 PF0、 PF1及 PF2各寄存器的映射分布情況 分別 見表 2表25和表 26。 F2812 的中斷可由硬件 (中斷引腳、外部設(shè)備、片內(nèi)外設(shè) )或軟件 (INTR、 IFR指令或 TRAP 指令 )觸發(fā)。 外設(shè)中斷擴展模塊 PIE（ The peripheral interrupt expansion block）使得多個中斷源復(fù)用幾個中斷輸入信號。 MCBSP 接口介紹 MCBSP 的特性： MCBSP 是建立在 TMS320C2X ,C20X, C5X 以及 C54X 設(shè)備上的標(biāo)準(zhǔn)串行口。 （ 4） 128 個通道用于傳送和接收。 （ 8）接口可直接連接于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的多媒體數(shù)字信號編解碼器、模擬接口芯片以及其他串行連接的 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換器。 （ 12） 幀同步和數(shù)字鐘的極性可編程。 （ 16）選擇首先發(fā)送 /接收高八位或者低八位。MCBSP 與其接口設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時，通過傳輸引腳（ DX）來發(fā)送，通過接收引腳（ DR）來接收。 TLV320AIC23 的模／數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)和數(shù)，模轉(zhuǎn)換器 (DAC)集成在芯片內(nèi)部．采用先進(jìn)的 Σ△ 過采樣技術(shù)．可以在 8kHz 至 96kHz 的采樣率下提供 16bit、 20bit、 24bit 和 32bit 的采樣數(shù)據(jù)。節(jié)電模式為 15μw)。 表 29 管腳的名稱與功能在下表 ： 引腳 功能 AGND 模擬地 AVDD 模擬電源供應(yīng)輸入。 BVDD 緩沖器供應(yīng)輸入。對于 SPI 控制模式，該輸入作為數(shù)據(jù)鎖存控制。額定 0dB 輸入水平是 1V，在 階段提供從 ~12DB 的增益 LOUT 左立體聲混音頻道線輸出，額定輸出水平是 1V LRCIN I2S DAC 字時鐘信號。 MICBIAS 對駐極體傳聲器偏差調(diào)整緩沖的低噪聲電壓。額定 0dB 輸入水平是 1V，在 階段提供從 ~12DB 的增益 SCLK 控制口串行數(shù)據(jù)時鐘對于 SPI 和兩線控制模式，這是串行時鐘輸入 SDIN 控制口串行數(shù)據(jù)輸入。若 XTI 連接外部時鐘源，則此腳不用 （ 3） 芯片 TLV320AIC23 的功能結(jié) 構(gòu) 芯片 TLV320AIC23 有一個大多數(shù)音頻解碼器所不具有的模擬旁路設(shè)置，它能夠?qū)⒛?擬信號直接送出去回放，而不經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換，這對于系統(tǒng)調(diào)試非常第二章 19 有用。 芯片 TLV320AIC23 的使用 該芯片的典型應(yīng)用是應(yīng)用在音頻模 塊中。相反， DSP 芯片的數(shù)字信號可經(jīng)過 MCBSP1 傳送至 AIC23 芯片，經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換以語音信號的形式輸出。 DSP 程序設(shè)計基礎(chǔ) 集成開發(fā)環(huán)境 CCS 介紹 CCS（ Code Composer Studio)是一個完整的集成開發(fā)環(huán)境，也是目前使用使用最為廣泛的 DSP 開發(fā)軟件之一。因為， VC20xx 系列的 CCS 中沒有 DSP/BIOS 功能 ,也稱為 CC(Code Composer),以示區(qū)別。支持多片 DSP 聯(lián)合調(diào)試。數(shù)據(jù)圖形顯示工具，可繪制時域 /頻域波形、眼圖、星座圖等，并可以自動刷新。 第二章 21 （ 2）鏈接命令文件：該文件包含了 DSP 和目標(biāo)板的存儲器空間的定義以及代碼段、數(shù)據(jù)段是如何分配到這些存儲空間的。 當(dāng)使用標(biāo)準(zhǔn) C 語言編程時，其源程序后綴名為 .C。所以用戶工程注明使用 C 的支持庫。 (3)為指定的外設(shè)寄存器增加位區(qū)的定義。每個寄存器文件結(jié)構(gòu)在編譯時都會直接將外設(shè)寄存器映射到相應(yīng)的存儲空間?？墒褂?pragma DATA_SECTION 偽指令為寄存器文件變量創(chuàng)建一個自定義段，再將該段通過鏈接命令文件定位到特定地址中去。由于在各硬件平臺上采用位區(qū)定義的方法缺乏通用性，因此在C28x 上進(jìn)行位區(qū)定義需遵循如下原則： （ 1）位區(qū)成員在存儲空間中從右向左排列，即寄存器的低有效位或第 0 位存放在位區(qū)的第一個位置。 一旦寄存器的位區(qū)和共用體定義確定，寄存器文件結(jié)構(gòu)就可以使用共用體的形式來定義。從 AIC23 輸出地數(shù)據(jù)信號通過 DSP 的 McBSP 接口再輸入到 DSP 芯片 F2812中進(jìn)行信號處理， F2812 對輸入的信號進(jìn)行編碼使信號成為可以在信道中傳輸?shù)拇a并將這些碼元存儲起來。 語音信號的輸入： AIC23 通過其中的 AD 轉(zhuǎn)換采集輸入的語音信號，每采集完一個信號后，將數(shù)據(jù)發(fā)送到 DSP 的 McBSP 接口上， DSP 可以讀取到語音數(shù)據(jù)，每個數(shù)據(jù)為 16 位無符號整數(shù)，左右通道各有一個數(shù)值。時鐘形式和幀同步的控制信息通過以下引腳來傳遞： CLKX（發(fā)送時鐘）、 CLKR（接收時鐘）、 FSX（發(fā)送時鐘）、 FSR（接收幀同步。其中 SDIN 與 SDA 為數(shù)據(jù)線， SCLK與 SCL 為串行時鐘線。 TI DSP 系統(tǒng)中的時鐘電路主要有三種：晶體電路、晶振電路、可編程時鐘芯片電路。 盡量使用 DSP 片內(nèi)的 PLL，降低片外時鐘頻率，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性 。也可不使用片內(nèi)振蕩電路，直接由外部提 供時鐘信號。 C1 采用 1000u 的平滑電容， C2 為防止發(fā)生振蕩和抑制高頻干擾，采用 的陶瓷電容， C3 為穩(wěn)定輸出電容，對于降低輸出紋波、輸出噪聲及負(fù)載電流變化的影響有良好的效果， R2， C4 進(jìn)一步對輸出電壓進(jìn)行濾波，確保電壓的穩(wěn)定。例如， C281x 的是 ， C54x的是 ， C64x 有 、 等。 （ 3）外部模擬電路。因此還需設(shè)計電第三章 27 路將 5V 電壓轉(zhuǎn)換成 。本測控系統(tǒng)軟件的編寫主要采用 C 語言編寫 ， C 語言具有良好的模塊化通用性。 （ 1）先初始化系統(tǒng)中控制部分：鎖相環(huán) （ PLL 模塊主要用來控制 DSP 內(nèi)核的工作頻率，外部提供一個參考時鐘輸入，經(jīng)過鎖相環(huán)倍頻或分頻后提供給DSP 內(nèi)核。 （ 3）清除所有的中斷，初始化 PIE 向量表（ C281X 處理器內(nèi)部集成了多種外設(shè)，每個外設(shè)都會產(chǎn)生一個或多個外設(shè)級中斷。 （ 4）初始化 PIE 控制寄存器到它們的默認(rèn)狀態(tài)（所有的 PIE 中斷被禁止，中斷指令被清除）。芯片 TMS320F2812 有一個多通道緩沖串行口（ MCBSP），在本設(shè)計中該串行口與語音編解碼芯片 AIC23 相連。 （ 2）當(dāng)串口處于復(fù)位狀態(tài)時，根據(jù)需 要只修改 MCBSP 配置寄存器（不能是配置寄存器）。 （ 7）接收器和發(fā)送器有效前需要等待兩個時鐘周期。 本課題除了用相關(guān)的時鐘控制程序，初始化語音編解碼芯片 TLV320AIC23及對其控制的相關(guān)程序，還有對多通道緩沖串行口（ MCBSP）的相關(guān)初始化及控制程序。 由上圖可知對語音信號進(jìn)行采集的時候要先對 CPU 的頻率和 AIC23 進(jìn)行初始化，等待 McBSP 產(chǎn)生中斷如果產(chǎn)生中 斷則等待 McBSP 通道 0 結(jié)束傳送后讀取語音數(shù)。若 McBSP 中斷未產(chǎn)生則繼續(xù)等待中斷。（注意：設(shè)置這兩位時不能修改其所屬的寄存器的其他狀態(tài)） （ 10）如果需要內(nèi)部產(chǎn)生幀同步信號，將 FRST 置位。 （ 4）根據(jù)需要設(shè)置數(shù)據(jù)采集寄存器（比如 DXR1,2 寫數(shù)） （ 5）令 XRST=RRST=1 來使能串口。為了使 MCBSP 接口工作在所希望得模式下，必須在初始化時對相關(guān)寄存器進(jìn)行正確得配置（在程序中子讓會用到一些寄存器， MCBSP 寄存器有 24 個控制寄存器）。 第四章 29 （ 6）初始化 PIE 向量表指針指向的中斷服務(wù)程序（ ISR）。中斷仲裁機制根據(jù) PIE 向量表存放的每個中斷服務(wù)程序的地址確定中斷服務(wù)程序的位置。當(dāng)內(nèi)部計數(shù)器溢出時將產(chǎn)生一個復(fù)位信號，為了不必要的復(fù)位，要求用戶軟件周期的對看門狗定時器進(jìn)行復(fù)位）和以及周邊的時鐘。在本設(shè)計中初始化程序主要包括： DSP 芯片的初始化和語音編解碼芯片TLV320AIC23 的初始化。軟件 對整個系統(tǒng)來說是至關(guān)重要的，是整個系統(tǒng)的靈魂，整個系統(tǒng)的執(zhí)行操作都是在軟件的協(xié)調(diào)指揮下進(jìn)行的。 使用時，應(yīng)該根據(jù)引腳對電源的要求將 DSP 系統(tǒng)的所有電源引腳 連接到各自的供電電源上。 （ 2）外部數(shù)字電路。 DSP 芯片上有 4 類典型的電 源引腳： ① I/O 電源引腳； ② CPU 核電源引腳； ③ Flash 編程電源引腳（僅 C20xx 系列 DSP 有）； ④ 模擬電路電源引腳（僅 C20xx 系列 DSP 有）。由于本電路設(shè)計中 DSP 芯片所需要的外加電壓為 5V 因此必須將 220V 的交流電壓變換成 5V 的直流電壓。 VC540 VC540 VC5409 和 F281x 等 DSP 時 鐘信號的電平為 ，建議 采用晶體時鐘電路； 綜合各方面本課題采用如下時鐘電路 D S P ( 內(nèi) 部 含 有O S C )X 1 X 2 3 0 M H z 圖 33 時鐘電路 此電路只需晶體和兩個電容，價格便宜，體積小，能滿足時鐘信號電平要求，但驅(qū)動能力差，不可提供多個器件使用，頻率范圍?。?20kHz～ 60MHz），使用時還須注意配置正確的負(fù)載電容，使輸出時鐘頻率精確、穩(wěn)定。 單一時鐘信號時，一般的應(yīng)用建議選擇晶體時鐘電路 。圖中 A IC23 工作在主模式，時鐘信號、 DAC 和 ADC 的幀同步信號 FSXO 和 FSRO 都由AIC23 提供。該控制接口 VI 有 SPI 和I2C 兩種工作模式，由芯片上的 MODE 引腳進(jìn)行選擇： MODE=O 為 I2C 模式，MODE=I 為 SPI 模式。 第三章 24 S C L S D A C L K R 0 C L K X 0 F 2 8 1 2 F S X 0 F S R 0 D