【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(dòng)的把存儲(chǔ)在 DSP 芯片外部非掉電易失存儲(chǔ)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(kuò)展存儲(chǔ)器內(nèi) ， 搬移成功后自動(dòng)執(zhí)行代碼 ,完成 DSP 系統(tǒng)上電后的自啟動(dòng) [1]。在 DSP 執(zhí)行自舉引導(dǎo)程序 搬移 之前，首先 對(duì)其 進(jìn)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(chǔ)空間； 將程序 /數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)空間 設(shè)置為 7個(gè)等待狀態(tài)； 將 I/O存儲(chǔ)空 間 設(shè)置為 7個(gè)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(shí)鐘）， CS（片選） [3]。 （ 4） /SS – 從設(shè)備使能信號(hào)，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(jì) 系統(tǒng)功能 在 本文 中 需要 能夠 實(shí)現(xiàn)功能 如下 ： 上位機(jī)能夠自動(dòng)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(guò) USB 通信 自動(dòng)移植； 下位機(jī) C8051F340 單片機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)與上位機(jī)的 USB 通信，片內(nèi)的 FLASH 作為 DSP 外部存儲(chǔ)器； DSP 處理器 TMS320VC5416 和 C8051F340 單片機(jī)之間實(shí) 現(xiàn) SPI 方式通信 ； DSP 最小系統(tǒng)能夠 實(shí)現(xiàn)掉電后自動(dòng) 加載程序，實(shí)現(xiàn)脫機(jī)運(yùn)行 。 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 5 自舉模塊 測(cè)試模塊 L a b V I E W 應(yīng) 用 程 序單 片 機(jī)應(yīng) 用 程 序U S B 設(shè) 備U S B 主 機(jī)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(dòng) 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(jì)上主要分為三大部分： 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)； DSP 最小 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)； 自舉模塊與測(cè)試模塊 的互聯(lián)設(shè)計(jì)。 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(duì) 系統(tǒng)中 各個(gè)模塊進(jìn)行調(diào)試， 包括 硬件調(diào)試和軟件調(diào)試； 再 級(jí)聯(lián) 系統(tǒng)中 相近模塊進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試，主要是軟件之間的級(jí)聯(lián)，最后進(jìn)行 整體 調(diào)試，主要是驗(yàn)證系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)要求。 如圖 17： 圖 17 C8051F330 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 其主要特點(diǎn)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(dá) 48MIPS；西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 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(zhǔn)的 12MHz內(nèi)部振蕩器和 4倍時(shí)鐘乘法器 ； （ 4） 64KB 可在系統(tǒng)編程的 FLASH 存儲(chǔ)器， FLASH 存儲(chǔ)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(chǔ)，并允許現(xiàn)場(chǎng)更新 8051 固件 ； 4352 字節(jié)片內(nèi) RAM； （ 5） 具有 5 個(gè)捕捉 /比較模塊和看門(mén)狗定時(shí)器功能的可編程計(jì)數(shù)器 /定時(shí)器陣列（ PCA）； 4 個(gè)通用的 16 位定時(shí)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(shí)現(xiàn)的 SMBus/ I2C、增強(qiáng)型 UART 和增強(qiáng)型 SPI 串行接口； （ 7） 40 個(gè)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(gè) 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(yùn)行時(shí)的主窗口 電路設(shè) 計(jì)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(kāi)發(fā)工具。 （ 2） Protel DXP 提供了進(jìn)行層次原理圖設(shè)計(jì)的環(huán)境，支持 “ 自上而下 ” 和 “ 自下而上 ” 的層次設(shè)計(jì)思想，從而使得多名電路設(shè)計(jì)人員進(jìn)行并行開(kāi)發(fā)成為可能。 （ 5） Protel DXP 提供了豐富的設(shè)計(jì)檢查功能。與匯編相比， C 語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上都有明顯的優(yōu)勢(shì)，易學(xué)易用。基于 Keil C51 的所有這些優(yōu)點(diǎn)，在本文 中選用其作為軟件 設(shè)計(jì)環(huán)境。 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 12 LabVIEW 簡(jiǎn)介 LabVIEW（ Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench,實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái)）是美國(guó) NI（ National Instrument Company）公司推出的一種基于G 語(yǔ)言的虛擬軟件開(kāi)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(qiáng)了虛擬儀器的靈活性和可擴(kuò)展性 [15]。系統(tǒng)調(diào)試的主要 內(nèi)容有以下幾點(diǎn)： 上位機(jī)格式轉(zhuǎn)換模塊的軟件調(diào)試； 上位機(jī)與下位機(jī) USB 通信的測(cè)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(duì)調(diào)試的過(guò)程作了詳盡的描述，并對(duì)調(diào)試過(guò)程中產(chǎn)生的問(wèn)題進(jìn)行了分析。其中測(cè)試系統(tǒng)硬件的詳細(xì)設(shè)計(jì)包括對(duì) TMS320VC5416 最小系統(tǒng)和 C8051F340 單片機(jī)系統(tǒng) 及其外設(shè)擴(kuò)展方案的硬件設(shè)計(jì) 進(jìn)行詳細(xì)介紹。 其中虛線框部分為本 文 的重要部分。其中 C8051F340 單片機(jī)部分包括供電電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、 JTAG 電路。 測(cè)試模塊 自舉模塊 自舉接口 圖 22 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)的流程圖 硬件詳細(xì)設(shè)計(jì) 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(kuò)展電路 供電電路 復(fù)位電路 時(shí)鐘電路 JTAG 接口電路 C8051F340 單片機(jī) 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(jì) （ 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(jī) 供電 電路 原理圖 復(fù)位電路 本系統(tǒng)設(shè)計(jì) 復(fù)位鍵一個(gè)，單片機(jī)在啟動(dòng)時(shí)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(kāi)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(jì) （ 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(jì) TMS320VC5416 部分包括：供電電路、復(fù)位電路、工作模式選擇電路、時(shí)鐘電路、 JTAG 電路 電源供電電路 通過(guò)分析，本系統(tǒng) 可以采用 和 兩種電源供電 。因此 在設(shè)計(jì)過(guò)程中設(shè)計(jì)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(shí)鐘方式的配置方法 CLKMD1 CLKMD2 CLKMD3 CLKMD 復(fù)位值 時(shí)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(jì) （ 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?yàn)楫?dāng) DSP 系統(tǒng)進(jìn)入自舉過(guò)程時(shí)， DSP 會(huì)按照某 種特定順序依次自動(dòng)檢測(cè) DSP 系統(tǒng)所采用的自舉方式，此時(shí)， DSP 會(huì)先檢測(cè) INT2 引腳是否有 HPI自舉信號(hào)，而后再檢測(cè) INT2 引腳是否有串行 EEPROM 自舉信號(hào)，如果此時(shí)干擾或噪聲使得 INT2 突然有效，則 DSP 自動(dòng)進(jìn)入 HPI 自舉工作模式，但 DSP 系統(tǒng)又沒(méi)有 HPI 自舉設(shè)計(jì)，從而會(huì)最終導(dǎo)致自舉失敗。這樣可以節(jié)約時(shí)間，也可以能 讓原理圖看起來(lái)更加簡(jiǎn)潔。 原理圖畫(huà)完之后要仔細(xì)檢查，確認(rèn)沒(méi)有錯(cuò)誤之后才能生成 PCB 圖，在檢查過(guò)程中可以用軟件自帶的電氣規(guī)則進(jìn)行合理的配置檢測(cè)。 軟件設(shè)計(jì)的功能 系統(tǒng)軟件的功能設(shè)計(jì)可以分為兩大 部分 ： 上位機(jī) LabVIEW 程序設(shè)計(jì)和下位機(jī) C8051F340 程序設(shè)計(jì) 。 本文 的軟件總體設(shè)計(jì)分為兩部分： 上位機(jī) LabVIEW 程序設(shè)計(jì) 和下位機(jī) C8051F340 程序設(shè)計(jì)。 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(gè)環(huán)境中，讓 開(kāi)發(fā)人員 可以在自己的平臺(tái)上無(wú)縫地集成一套完整的應(yīng)用方案 ，利用 LabVIEW 軟件開(kāi)發(fā) PC 機(jī)端 USB 應(yīng)用程序不僅可以獲得具 有良好人機(jī)交互的 GUI 界面，而且將極大的加快開(kāi)發(fā)進(jìn)程。 單片機(jī)部分軟件總體設(shè)計(jì)， 如 圖 32 所示 ： 在 自舉 時(shí) ，在端口配置、時(shí)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(jìn)行 DSP 程序代碼的 自動(dòng) 傳輸。 D S P 初 始 化時(shí) 鐘 初 始 化中 斷 初 始 化模 式 選 擇 初 始 化存 儲(chǔ) 器 空 間 初 始 化S P I 通 信 子 程 序開(kāi) 始 圖 33 DSP 部分軟件總體設(shè)計(jì) 在完成以上兩個(gè)部分的總體設(shè)計(jì)后， 經(jīng)行軟件實(shí)現(xiàn)流程圖的整體設(shè)計(jì)，在本文中軟件的整體實(shí)現(xiàn)先從 C8051F340 上電開(kāi)始，依次完成看門(mén)狗的處理、 USB總線的處理、 C8051F340 單片機(jī)的初始化、 DSP 初始化等準(zhǔn)備工作，隨后根據(jù)INT0 的具體請(qǐng)求經(jīng)行處理是否自舉等，軟件部分具體實(shí)現(xiàn)流行 如 圖 34： 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 26 C8051F340上電程序開(kāi)始 禁止看門(mén)狗初始化USB總線時(shí)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(xiě)入DSP數(shù)據(jù)發(fā)送完成？數(shù)據(jù)是否寫(xiě)完？結(jié)束YESYESYESNONONO 圖 :34 下位機(jī) C8051F340 程序流程圖 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 27 軟件 詳細(xì) 設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)是 本次設(shè)計(jì) 整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中 非常 重要的環(huán)節(jié)，軟件設(shè)計(jì)的功能決定這 系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)，軟件設(shè)計(jì)的效果也關(guān)系 這 系統(tǒng)功能的能否實(shí)現(xiàn)。前面板是 VI 的交互界面，用戶輸入數(shù)據(jù)通過(guò)前面板傳遞給框圖，計(jì)算和分析結(jié)果也在前面板上以不同方式顯示出來(lái)。 圖 35 上位機(jī) LabVIEW 前面板設(shè)計(jì)圖 西安工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 28 上位機(jī)后面板詳細(xì)