【正文】 SP 芯 片內(nèi)的程序引導(dǎo)裝載器 (Bootloader) ， 在 DSP 系統(tǒng)上電后 ,將自動的把存儲在 DSP 芯片外部非掉電易失存儲器內(nèi)的用戶程序代碼搬移到 DSP 芯片中高速的片內(nèi) RAM 或系統(tǒng)中的擴展存儲器內(nèi) ， 搬移成功后自動執(zhí)行代碼 ,完成 DSP 系統(tǒng)上電后的自啟動 [1]。在 DSP 執(zhí)行自舉引導(dǎo)程序 搬移 之前，首先 對其 進行初始化， 主要 內(nèi)容包括： 關(guān)閉所有可屏蔽的中斷； 將片內(nèi) DARM映射成程序 /數(shù)據(jù)存儲空間； 將程序 /數(shù)據(jù) 存儲空間 設(shè)置為 7個等待狀態(tài)； 將 I/O存儲空 間 設(shè)置為 7個等待狀態(tài) 。也是所有基于 SPI 的設(shè)備共有的，它們是 SDI（數(shù)據(jù)輸入）， SDO（數(shù)據(jù)輸出）， SCK（時鐘）， CS（片選） [3]。 （ 4） /SS – 從設(shè)備使能信號，由主設(shè)備控制 。 MISO 引腳為數(shù)據(jù)輸出引腳， MOSI 引腳為數(shù)據(jù)輸入引腳 [4]。 系統(tǒng)方案設(shè)計 系統(tǒng)功能 在 本文 中 需要 能夠 實現(xiàn)功能 如下 ： 上位機能夠自動完成 DSP 用戶程序的格式轉(zhuǎn)換并能夠?qū)⑥D(zhuǎn)換后的新代碼 通過 USB 通信 自動移植； 下位機 C8051F340 單片機能夠?qū)崿F(xiàn)與上位機的 USB 通信，片內(nèi)的 FLASH 作為 DSP 外部存儲器； DSP 處理器 TMS320VC5416 和 C8051F340 單片機之間實 現(xiàn) SPI 方式通信 ； DSP 最小系統(tǒng)能夠 實現(xiàn)掉電后自動 加載程序，實現(xiàn)脫機運行 。 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 （ 論文 ） 5 自舉模塊 測試模塊 L a b V I E W 應(yīng) 用 程 序單 片 機應(yīng) 用 程 序U S B 設(shè) 備U S B 主 機SPIF l a s hP C C 8 0 5 1 F 3 4 0U S BS P IM C B SP 0R ST M S 3 2 0 V C 5 4 1 6A P I驅(qū) 動 程 序 圖 12 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng)硬件構(gòu)架 在 系統(tǒng) 硬件設(shè)計上主要分為三大部分： 單片機應(yīng)用系統(tǒng)的總體設(shè)計； DSP 最小 系統(tǒng)的總體設(shè)計； 自舉模塊與測試模塊 的互聯(lián)設(shè)計。 最后， 按照從 局部到整 體的思想 經(jīng)行 系統(tǒng)調(diào)試 ，即先 對 系統(tǒng)中 各個模塊進行調(diào)試， 包括 硬件調(diào)試和軟件調(diào)試； 再 級聯(lián) 系統(tǒng)中 相近模塊進行聯(lián)機調(diào)試，主要是軟件之間的級聯(lián)，最后進行 整體 調(diào)試，主要是驗證系統(tǒng)的整體設(shè)計要求。 如圖 17： 圖 17 C8051F330 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 其主要特點如下： （ 1） 采用與 8051 兼容的高速、流水線結(jié)構(gòu)的 微控制器 內(nèi)核，速度 可達 48MIPS；西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 （ 論文 ） 9 全速、非侵入式的片內(nèi)在線系統(tǒng)調(diào)試接口 ； （ 2） 帶模擬多路器的真正 10 位 200 ksps 的單端 /差分 ADC； （ 3） 精確校準的 12MHz內(nèi)部振蕩器和 4倍時鐘乘法器 ； （ 4） 64KB 可在系統(tǒng)編程的 FLASH 存儲器， FLASH 存儲器還具有在系統(tǒng)重新編程能力，可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲，并允許現(xiàn)場更新 8051 固件 ； 4352 字節(jié)片內(nèi) RAM； （ 5） 具有 5 個捕捉 /比較模塊和看門狗定時器功能的可編程計數(shù)器 /定時器陣列（ PCA）； 4 個通用的 16 位定時器；片內(nèi)上電復(fù)位、 VDD 監(jiān)視器和溫度傳感器；片內(nèi)電壓比較器 ； （ 6） 硬件實現(xiàn)的 SMBus/ I2C、增強型 UART 和增強型 SPI 串行接口； （ 7） 40 個可容許 5V 輸入的 I/O 端口 ； （ 8） 可在工業(yè)溫度范圍（ 45℃ 到 +85℃ ）內(nèi)用 的電壓工作。兩個 C2 接口引腳可以與用戶功能共享 ， 以 使在系統(tǒng)調(diào)試功能不占用封裝引腳。 圖 19 CCS 運行時的主窗口 電路設(shè) 計軟件 PROTEL DXP 介紹 Protel DXP 是 Altium 公司于 20xx 年 8 月推出的一套基于 Windows20xx/XP環(huán)境下的桌面 EDA 開發(fā)工具。 （ 2） Protel DXP 提供了進行層次原理圖設(shè)計的環(huán)境，支持 “ 自上而下 ” 和 “ 自下而上 ” 的層次設(shè)計思想，從而使得多名電路設(shè)計人員進行并行開發(fā)成為可能。 （ 5） Protel DXP 提供了豐富的設(shè)計檢查功能。與匯編相比， C 語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上都有明顯的優(yōu)勢，易學(xué)易用?；?Keil C51 的所有這些優(yōu)點，在本文 中選用其作為軟件 設(shè)計環(huán)境。 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 （ 論文 ） 12 LabVIEW 簡介 LabVIEW（ Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench,實驗室虛擬儀器開發(fā)平臺）是美國 NI（ National Instrument Company）公司推出的一種基于G 語言的虛擬軟件開發(fā)工具，虛擬儀器是有用戶定義，這種“軟件即儀器”的思想增強了虛擬儀器的靈活性和可擴展性 [15]。系統(tǒng)調(diào)試的主要 內(nèi)容有以下幾點： 上位機格式轉(zhuǎn)換模塊的軟件調(diào)試； 上位機與下位機 USB 通信的測試； SPI 通信系統(tǒng)的軟硬件調(diào)試 。第四章是系統(tǒng)的調(diào)試與分析，這章主要對調(diào)試的過程作了詳盡的描述，并對調(diào)試過程中產(chǎn)生的問題進行了分析。其中測試系統(tǒng)硬件的詳細設(shè)計包括對 TMS320VC5416 最小系統(tǒng)和 C8051F340 單片機系統(tǒng) 及其外設(shè)擴展方案的硬件設(shè)計 進行詳細介紹。 其中虛線框部分為本 文 的重要部分。其中 C8051F340 單片機部分包括供電電路、時鐘電路、復(fù)位電路、 JTAG 電路。 測試模塊 自舉模塊 自舉接口 圖 22 系統(tǒng)的整體設(shè)計的流程圖 硬件詳細設(shè)計 這一部分主要介紹硬件 電路中 各自 包含的模塊 的具體電路、 電路中元器件的選擇 以及其工作條件 等。 ，溫度TMS320VC5416 最小系統(tǒng) DSP 擴展電路 供電電路 復(fù)位電路 時鐘電路 JTAG 接口電路 C8051F340 單片機 工作模式選擇 供電電路 JTAG 接口電路 復(fù)位電路 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 （ 論文 ） 15 范圍： 40176。 其原理圖如圖23 所示： LED1234P2USB 33pFC715pFC815pFC9340_VCC+5VDD+GNDR1227R11 27R101KR9GNDVBUSD+D 圖 23 單片機 供電 電路 原理圖 復(fù)位電路 本系統(tǒng)設(shè)計 復(fù)位鍵一個，單片機在啟動時都需要復(fù)位，以使 CPU 及系統(tǒng)各部件處 于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。 其原理圖如圖 27 所示： 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 （ 論文 ） 17 LCD_VCC10KR1520KR16C14液晶顯示電路D0D1D2D3D4D5D6D7DSP_R/WA14LCD_EGND1VCC2V03RS4RW5E6DB07DB18DB29DB310DB411DB512DB613DB714PSB15NC16RST17VOUT18A19K20U5HS1286415C 圖 27 液晶顯示電路 原理圖 DSP 系統(tǒng)設(shè)計 TMS320VC5416 部分包括：供電電路、復(fù)位電路、工作模式選擇電路、時鐘電路、 JTAG 電路 電源供電電路 通過分析，本系統(tǒng) 可以采用 和 兩種電源供電 。因此 在設(shè)計過程中設(shè)計了復(fù)位電路模塊，復(fù)位電路模塊采用非常方便的 按鍵復(fù)位電路。 TMS320VC5416 的鎖相環(huán)有兩種形式：軟件可編程 PLL 和硬件配置的 PLL。如圖 211 所示： 1234 5678S2SWDIP4CLKMD1CLKMD2CLKMD3MP/MC10KR810KR910KR1010KR11+ 圖 211 工作模式選擇電路 表 21 時鐘方式的配置方法 CLKMD1 CLKMD2 CLKMD3 CLKMD 復(fù)位值 時鐘模式 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0000h 9007h 4007h 1007h F007h 0000h F007h — 1/2(禁用 PLL) PLL10 PLL5 PLL2 PLL1 1/2(禁用 PLL) 1/4(禁用 PLL) 保留 LED 燈顯示模塊 LED（ Light Emitting Diode），發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 （ 論文 ） 20 它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。 DSP 外部中斷 2 輸入引腳 INT2 最好接上拉電阻以防止噪聲或干擾的影響，因為當(dāng) DSP 系統(tǒng)進入自舉過程時， DSP 會按照某 種特定順序依次自動檢測 DSP 系統(tǒng)所采用的自舉方式，此時， DSP 會先檢測 INT2 引腳是否有 HPI自舉信號，而后再檢測 INT2 引腳是否有串行 EEPROM 自舉信號，如果此時干擾或噪聲使得 INT2 突然有效，則 DSP 自動進入 HPI 自舉工作模式，但 DSP 系統(tǒng)又沒有 HPI 自舉設(shè)計，從而會最終導(dǎo)致自舉失敗。這樣可以節(jié)約時間，也可以能 讓原理圖看起來更加簡潔。 原理圖畫完之后要仔細檢查，確認沒有錯誤之后才能生成 PCB 圖，在檢查過程中可以用軟件自帶的電氣規(guī)則進行合理的配置檢測。 軟件設(shè)計的功能 系統(tǒng)軟件的功能設(shè)計可以分為兩大 部分 ： 上位機 LabVIEW 程序設(shè)計和下位機 C8051F340 程序設(shè)計 。 本文 的軟件總體設(shè)計分為兩部分： 上位機 LabVIEW 程序設(shè)計 和下位機 C8051F340 程序設(shè)計。 LabVIEW 將廣泛的數(shù)據(jù)采集、分析與顯示功能集中在了同一個環(huán)境中，讓 開發(fā)人員 可以在自己的平臺上無縫地集成一套完整的應(yīng)用方案 ，利用 LabVIEW 軟件開發(fā) PC 機端 USB 應(yīng)用程序不僅可以獲得具 有良好人機交互的 GUI 界面，而且將極大的加快開發(fā)進程。 單片機部分軟件總體設(shè)計， 如 圖 32 所示 ： 在 自舉 時 ，在端口配置、時鐘配置、中斷配置等初始化操作完成后，就等待DSP 觸發(fā)中斷， 當(dāng) DSP 中斷被觸發(fā)后， 就進行 DSP 程序代碼的 自動 傳輸。 D S P 初 始 化時 鐘 初 始 化中 斷 初 始 化模 式 選 擇 初 始 化存 儲 器 空 間 初 始 化S P I 通 信 子 程 序開 始 圖 33 DSP 部分軟件總體設(shè)計 在完成以上兩個部分的總體設(shè)計后， 經(jīng)行軟件實現(xiàn)流程圖的整體設(shè)計，在本文中軟件的整體實現(xiàn)先從 C8051F340 上電開始，依次完成看門狗的處理、 USB總線的處理、 C8051F340 單片機的初始化、 DSP 初始化等準備工作，隨后根據(jù)INT0 的具體請求經(jīng)行處理是否自舉等，軟件部分具體實現(xiàn)流行 如 圖 34： 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 （ 論文 ） 26 C8051F340上電程序開始 禁止看門狗初始化USB總線時鐘C8051F340初始化使能API中斷SPI端口初始化復(fù)位DSP INT0中斷觸發(fā)?從FLASH提取一組數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)ASCⅡ轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)寫入DSP數(shù)據(jù)發(fā)送完成？數(shù)據(jù)是否寫完？結(jié)束YESYESYESNONONO 圖 :34 下位機 C8051F340 程序流程圖 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 （ 論文 ） 27 軟件 詳細 設(shè)計 軟件設(shè)計是 本次設(shè)計 整個系統(tǒng)設(shè)計中 非常 重要的環(huán)節(jié)，軟件設(shè)計的功能決定這 系統(tǒng)功能的實現(xiàn)，軟件設(shè)計的效果也關(guān)系 這 系統(tǒng)功能的能否實現(xiàn)。前面板是 VI 的交互界面，用戶輸入數(shù)據(jù)通過前面板傳遞給框圖，計算和分析結(jié)果也在前面板上以不同方式顯示出來。 圖 35 上位機 LabVIEW 前面板設(shè)計圖 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 （ 論文 ） 28 上位機后面板詳細