【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 數(shù)轉(zhuǎn)換器 、 控制接口和電源處理等。那么我們就基于此來(lái)設(shè)計(jì) DSP系統(tǒng)。 DSP 與 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換器的接口 在由 DSP 芯片組成的信號(hào)處理系統(tǒng)中， A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換器是非常重要的器件。首先輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波，然后進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換將模擬信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)，再由 DSP芯片對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行某種形式的處理，如進(jìn)行一系列的乘法 累加運(yùn)算。經(jīng)過(guò)處理后的數(shù) 字信號(hào)由 D/A 轉(zhuǎn)換器變換成模擬信號(hào)，之后再進(jìn)行平滑濾波，得到連續(xù)的模擬波形。從上述的信號(hào)處理過(guò)程可以看出 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換器的作用。本節(jié)主要介紹 DSP與 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換器的接口電路。 DSP 與 A/D 轉(zhuǎn)換器的接口 模擬信號(hào)的采集過(guò)程是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，從而進(jìn)行數(shù)字信號(hào)的處理。這要用到 A/D 轉(zhuǎn)換器，它對(duì)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和技術(shù)指標(biāo)的保證起著重要作用?；诓煌膽?yīng)用，可選用不同性能指標(biāo)和價(jià)位的芯片。對(duì)于 A/D 轉(zhuǎn)換器的選擇，主要考慮以下幾方面的因素。 ? 采樣頻率。一般系統(tǒng)處理的信號(hào)是數(shù)字信號(hào) ，而輸入的信號(hào)大多是模擬信號(hào)，那么就要對(duì)輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行抽樣，來(lái)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。這就要先確定采樣頻率，之后根據(jù)此采樣頻率來(lái)選擇所要用到的 A/D 轉(zhuǎn)換器。 ? 轉(zhuǎn)換精度。一般系統(tǒng)要求對(duì)信號(hào)做一些處理，如 FFT 變換。因?yàn)?DSP 芯片的數(shù)據(jù)是 16 位，所以最理想的精度為 12 位，留出四位做算法的溢出保護(hù)位。 ? 轉(zhuǎn)換時(shí)間。 DSP 的指令周期為 ns 級(jí)，運(yùn)算速度極快，能進(jìn)行信號(hào)的實(shí)時(shí)處理。為了體現(xiàn)它的優(yōu)勢(shì)，其外圍設(shè)備的數(shù)據(jù)處理速度就要滿(mǎn)足 DSP 的要求。同時(shí)，轉(zhuǎn)基于 DSP 的帶阻濾波器設(shè)計(jì) 8 換時(shí)間也決定了它對(duì)信號(hào)的處理能力。 ? 器件價(jià)格。轉(zhuǎn)換器的價(jià)格也是選擇 A/D 的 一個(gè)重要因素。 鑒于以上因素，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的采樣頻率為 10KHz，用到的 DSP 芯片為T(mén)MS320VC5402，為 16 位數(shù)據(jù)。 而 TI 公司生產(chǎn)的 TLV2544 芯片 ，它是一種高性能、低功耗、高速 ()、 12 位四通道串行 CMOS 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，并且最高采樣速率為200KSPS，采用 ~ 單電源工作， 能夠進(jìn)行信號(hào)的實(shí)時(shí)抽樣處理， 其滿(mǎn)足系統(tǒng)的要求，所以在 DSP 與 A/D 轉(zhuǎn)換器的接口電路中選擇了 TI 公司的 TLV2544 芯片 。并且該芯片為用戶(hù)提供了三個(gè)輸入端 (片選 SC 、串 行時(shí)鐘 SCLK 和串行數(shù)據(jù)輸入 SDI)和一個(gè)三態(tài)輸出端 (串行數(shù)據(jù)輸出 SDO)的串行端口，可為流行的微處理器 SPI 串行端口提供了方便的 4 線接口。當(dāng)與 DSP 芯片連接時(shí)，可用一個(gè)幀同步信號(hào) FS 來(lái)控制一個(gè)串行數(shù)據(jù)幀的開(kāi)始。 TLV2544 器件除了具有高速模數(shù)轉(zhuǎn)換和多種控制功能外，還具有片內(nèi)模數(shù)多路選擇器，可選擇任意通道模擬電壓作為外部模擬輸入，也可從三個(gè)內(nèi)部自測(cè)試電壓中任選一個(gè)作為輸入。 TLV2544 設(shè)有內(nèi)置轉(zhuǎn)換時(shí)鐘 (OSC)和電壓基準(zhǔn)，可以采用外部 SCLK 作為轉(zhuǎn)換時(shí)鐘源以獲得更高的轉(zhuǎn)換速度，并有兩種不同的內(nèi)部基準(zhǔn)電 壓可供選擇。 TLV2544 工作周期的開(kāi)始有兩種模式：一種是不使用 FS 模式 (在 SC 的下降沿，F(xiàn)S=1)。在這種模式下， SC 的下降沿為周期的開(kāi)始，輸入數(shù)據(jù)在 SCLK 的上升沿移入，輸出數(shù)據(jù)在其下降沿改變。這種模式可用于 DSP 系統(tǒng)，但一般用于 SPI。另一種模式是使用 FS 模式 (FS 來(lái)自 DSP 的有效信號(hào) ),常用 于 TMS320 系列的 DSP。 FS 的下降沿為周期的開(kāi)始，輸入數(shù)據(jù)在 SCLK 的下降沿移入，輸出數(shù)據(jù)在其上升沿改變。 TMS320VC5402 芯片 提供的高速、雙向、多通道帶緩沖串行端口 McBSP，可用來(lái)與串行 A/D 轉(zhuǎn)換器直接連接。每個(gè) BSP 口可工作在 SPI 方式和 I/O 方式。在 I/O方式下，通過(guò)位操作可以實(shí)現(xiàn)任何串行操作，但操作過(guò)程始終占用 CPU 且編程較復(fù)雜。在 SPI 方式下 ， BSP 口可方便地與滿(mǎn)足 SPI/TM 協(xié)議的串行設(shè)備相連。與 TLV2544接口時(shí)， TMS320VC5402 芯片 作為 SPI 主設(shè)備向 TLV2544 提供串行時(shí)鐘、命令和片選信號(hào)，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接，不需要附加邏輯電路 ]8[ 。圖 31 為 TMS320VC5402 與 TLV2544連接示意圖。在模擬信號(hào)輸入 A/D 轉(zhuǎn)換器之前，要把此信號(hào)先經(jīng)過(guò)防混疊濾波器，防止輸入的模擬信號(hào)混疊?；谇懊嫠O(shè)計(jì)的帶阻濾波器，我們來(lái)確定此防混疊濾基于 DSP 的帶阻濾波器設(shè)計(jì) 9 波器的截止頻率 Hzf 2021? ，并且我們用 RC 濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)此濾波器，假定 RC 濾波器中的電容 FC ? ? ， 又 RC 濾波器的 截止頻率 )2(/1 RCf ?? ，進(jìn)而可以得出 RC濾波器中的電阻 ??79618R 。然后將經(jīng)過(guò) 防混疊濾波器的模擬信 號(hào)從 A1 送入 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。 GND11SDI2VCC5REFM14INT4REFP15SDO1CSTART10PWDN12SCLK3A16CS16TLV2544A27A38A49FS13TLV2544DSP_BIODSP_XFGNDPortC17C18C19796R18GNDDSP_BDX0DSP_BFSODSP_BCLK0DSP_BDR0 圖 31 TMS320VC5402 與 A/D TLV2544 的接口電路 TLV2544 采用正常的采樣方式，通過(guò)軟件啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換， CSTART 和 PWDN 接電源電壓。該電路使用內(nèi)部基準(zhǔn)電壓 ， REFP 和 REFM 之間接入 C17 和 C18 兩個(gè)去耦電容。 A/D 轉(zhuǎn)換電路的工作是由 DSP 芯片的多通道緩沖串口 BSP0 來(lái)控制， BSP0通過(guò)串行輸出口 BDX0 發(fā)送控制字到 TLV2544 的 SDI 口，來(lái)決定其工作發(fā)送。TLV2544 按 DSP 發(fā)出的控制字進(jìn)行轉(zhuǎn)換，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)果產(chǎn)生后 (如 FIFO 堆棧滿(mǎn) )，發(fā)出INT 信號(hào)通知 DSP 接收。 DSP 接收到 INT 信號(hào)后，經(jīng) BDR0 口讀入已轉(zhuǎn)換好的串行數(shù)據(jù) 。 DSP 與 D/A 轉(zhuǎn)換器的接口 模數(shù)接口 是 DSP 處理系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分，主要完成模擬量與數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換，這要用到 D/A 轉(zhuǎn)換器 。 D/A 轉(zhuǎn)換器應(yīng)根據(jù)信號(hào)頻率、精度以及是否要求自帶基準(zhǔn)電源、多路選擇器、輸出運(yùn)放等因素來(lái)選擇?；谝陨弦蛩兀捎?TI 公司生產(chǎn)的 TLV5608 芯片 ，其在 ~ 單電源工作條件下是低功耗、 10 位串行數(shù)據(jù)基于 DSP 的帶阻濾波器設(shè)計(jì) 10 D/A 轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部參考電源可編程設(shè) 定，設(shè)定時(shí)間在快速模式下為 1μs，在慢速模式下為 3μs，并且 SPI 接口與 C54x 系列 DSP 芯片兼容。 所以在 DSP 與 D/A 轉(zhuǎn)換器的接口電路中選擇了 TI 公司的 TLV5608 芯片 。圖 32 為 TMS320VC5402 與 TLV5608連接示意圖。在信號(hào)經(jīng)過(guò) D/A 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)從 OUTA 輸出之后，此信號(hào)還需要再經(jīng)過(guò)平滑濾波器使其波形平滑，才可輸出到其他設(shè)備?；谇懊嬉笥?DSP芯片來(lái)設(shè)計(jì)帶阻濾波器，并 且用到的采樣頻率 HzK10Fs ? ，那么平滑濾波器的 截止頻率 Hzf 2021? ，并且我們用 RC 濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)此濾波器，假定 RC 濾波器中的電容FC ? ? ， 又 RC 濾波器的 截止頻率 )2(/1 RCf ?? ，進(jìn)而可以得出 RC 濾波器中的電阻 ??79617R 。然后將經(jīng)過(guò) 平滑濾波器的平滑模擬信號(hào)輸出到其他設(shè)備。 OUTA12OUTB13OUTC14OUTD15OUTE6OUTF7OUTG8OUTH9DGND1AGND10FS4SCLK3DOUT19DVDD20MODE17DIN2AVDD11TLV5608GNDPortGND796R17C20GNDDSP_BDX1DSP_BCLK1DSP_BFS1DSP_BDR1 圖 32 TMS320VC5402 與 D / A TLV5608 的接口電路 通 過(guò)軟件啟動(dòng) D/A 轉(zhuǎn)換， DVDD 和 AVDD 引腳接電源電壓。 該電路使用內(nèi)部基準(zhǔn)電壓 ， MODE引腳接地。 D/A轉(zhuǎn)換電路的工作是由 DSP芯片的多通道緩沖串口 BSP1 來(lái)控制， BSP1 通過(guò)串行輸出口 BDX1 發(fā)送控制字到 TLV5608 的 DIN 口，來(lái)決定其工作接收。 TLV5608 按 DSP 發(fā)出的控制字進(jìn)行轉(zhuǎn)換，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)果產(chǎn)生后 (如 FIFO 堆棧滿(mǎn) )，發(fā)出 DOUT 信號(hào)通知 DSP 轉(zhuǎn)換結(jié)束。 DSP 接收到 DOUT 信號(hào)后，經(jīng) BDR1口讀出需要轉(zhuǎn)換的串行數(shù)據(jù) 。 基于 DSP 的帶阻濾波器設(shè)計(jì) 11 DSP 存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，使得大容量、低成本、小體積、 低功耗、高速存取的存儲(chǔ)器得到了廣泛地應(yīng)用。對(duì)于數(shù)據(jù)運(yùn)算量和存儲(chǔ)容量要求較高的系統(tǒng)，在應(yīng) 用 DSP 芯片作為核心器件時(shí)，由于芯片自身的內(nèi)存資源有限，往往需要存儲(chǔ)器的擴(kuò)展。在進(jìn)行DSP 外部存儲(chǔ)器擴(kuò)展之前，必須了解 DSP 片上存儲(chǔ)資源，并根據(jù)應(yīng)用需求來(lái)擴(kuò)展存儲(chǔ)空間。當(dāng)片上存儲(chǔ)資源不能滿(mǎn)足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求時(shí)，就需要進(jìn)行外部存儲(chǔ)器擴(kuò)展。本節(jié)主要介紹下 FLSAH、 SRAM 和 PRAM 的外部存儲(chǔ)器擴(kuò)展。 FLASH 的擴(kuò)展 大部分的 DSP 芯片程序存儲(chǔ)器空間都采用了分頁(yè)擴(kuò)展存儲(chǔ)器的方式，這樣允許訪問(wèn)多達(dá) 1M 的程序存儲(chǔ)器空間 。 XPC 是程序計(jì)數(shù)器擴(kuò)展寄存器，映射到數(shù)據(jù)空間的001E 地址，它的值決定頁(yè)號(hào)。在硬件復(fù)位時(shí)， XPC 被初始設(shè)置為 0， TMS320VC5402芯片 的程序存儲(chǔ)器被設(shè)置為 128 頁(yè)，每一頁(yè)為 64K 字。當(dāng)片內(nèi) RAM 映射到程序空間時(shí) (OVLY=1)，程序存儲(chǔ)器的每一頁(yè)由兩部分組成，為最多 32K 字的公共塊和 32K 字的私有塊，公共塊被所有的頁(yè)共享，私有塊只能通過(guò)它所在的頁(yè)來(lái)訪問(wèn) ]9[ 。 目前，市場(chǎng)上的 EPROM 工作電壓一般為 5V，與 的 DSP 芯片連接時(shí)需要考慮電平轉(zhuǎn)換的問(wèn)題，而且體 積都很大。 FLASH 存儲(chǔ)器與 EPROM 相比，具有更高的性能價(jià)格比，而且體積小、功耗低、可電擦寫(xiě)、使用方便，并且 的 FLASH可以直接與 DSP 芯片連接。因此，采用 FLASH 作為程序存儲(chǔ)器存儲(chǔ)程序和固定數(shù)據(jù)是一種比較好的選擇。并且 TMS320VC5402 芯片 為 ROM 型 DSP 芯片，用戶(hù)的運(yùn)行程序和數(shù)據(jù)在掉電后不能保存，因此， DSP 芯片需要擴(kuò)展 FLASH 存儲(chǔ)器來(lái)保存系統(tǒng)運(yùn)行的程序和數(shù)據(jù)?；谝陨显?，并且 AM29LV400B 芯片支持單電源工作，可以直接與 的 DSP 芯片連接，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)地接口電路。因此，本 課題設(shè)計(jì)中采用的FLASH 存儲(chǔ)芯片是 AM29LV400B 芯片。圖 33 為 TMS320VC5402 與 AM29LV400B的程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路。 AM29LV400B 作為 DSP 芯片的外部程序存儲(chǔ)器，地址總線和數(shù)據(jù)總線接至 DSP 芯片的外部總線，片選信號(hào) CE 接至 DSP 芯片的外部程序存儲(chǔ)器的片選信號(hào) PS ，編程寫(xiě)信號(hào) WE 接至 DSP 芯片的讀 /寫(xiě)信號(hào) WR/ ，復(fù)位信號(hào) RESET接至 DSP 芯片的復(fù)位信號(hào) RS ， 而輸出使能信號(hào) OE 接至 DSP 芯片的外部存儲(chǔ)器選通基于 DSP 的帶阻濾波器設(shè)計(jì) 12 信號(hào) MSTRB 。 A025A124A223A322A421A520A619A718A88A97A106A115A124A133A142A151A1648A1717A1816A199BYTE47CE26OE28WE11RESET12VSS27VSS46VCC37DQ029DQ131DQ233DQ335DQ438DQ540DQ642DQ744DQ830DQ932DQ1034DQ1136DQ1239DQ1341DQ1443DQ15/A145RY/BY15NC110NC213NC314AM29LV400B FLASHFLASHA0A1A2A3A4A6A5A7A8A10A9A11A12A13A14D0D2D1D3D4D5D7D6D8D9D10D11D12D13D14D15C16GNDGND10KR15DSP_RSTDSP_R/WA1510KR16DSP_PSGNDDSP_MSTRB 圖 33 FLASH AM29LV400B 與 DSP 的連接 當(dāng) PS =0 時(shí)， CE =0、