【文章內(nèi)容簡介】 使用的DSP芯片為TI公司的16位定點(diǎn)芯片TMS320VC5409。除了DSP通用的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以外，它還具有[11]：16K16位的片上ROM，32K16位的片上雙尋址RAM，程序代碼的單指令循環(huán)和塊循環(huán)操作，增強(qiáng)程序和數(shù)據(jù)管理的存儲(chǔ)器塊搬移指令，可以有32位長字的操作數(shù)的指令，條件存儲(chǔ)指令，快速中斷返回，并行存儲(chǔ)和加載的算術(shù)指令，擁有豐富的片上外設(shè)：軟件可編程等待周期發(fā)生器（SWWSR）和可編程分區(qū)轉(zhuǎn)換邏輯電路（BSCR），片上鎖相環(huán)時(shí)鐘發(fā)生器，3個(gè)多通道緩沖串行口（McBSP），增強(qiáng)的8位并行主機(jī)接口（HPI），6通道的DMA控制器。芯片也可在低功耗情況下工作。圖31 TMS320VC5409功能框圖C5409的存儲(chǔ)器空間可以分為3個(gè)可以單獨(dú)選擇的空間：8M字的程序空間，64K數(shù)據(jù)空間和64K I/O空間。程序存儲(chǔ)器空間存放要執(zhí)行的指令和執(zhí)行中所使用的系數(shù)表；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間存放執(zhí)行指令所需要的數(shù)據(jù)；I/O存儲(chǔ)空間與存儲(chǔ)器映像外圍設(shè)備向接口，也可以作為附加的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間使用。C5409通過位于處理器工作方式狀態(tài)寄存器中（PMST）的3個(gè)狀態(tài)位可以方便地“使能”或“禁止”程序空間和數(shù)據(jù)空間的片內(nèi)存儲(chǔ)器。這3個(gè)狀態(tài)位是：MP/MC位（為0，則片內(nèi)ROM安排到程序空間；為1，片內(nèi)ROM不安排到程序空間），OVLY位（為0，則片內(nèi)RAM安排到程序和數(shù)據(jù)空間；為1，則片內(nèi)RAM只安排到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間），和DROM位（為0，則部分片內(nèi)ROM安排到數(shù)據(jù)空間；為1，則片內(nèi)ROM不安排到數(shù)據(jù)空間），具體的存儲(chǔ)器映射如圖32 所示。圖32 C5409存儲(chǔ)器映射圖33 C5409核心系統(tǒng)圖33 為C5409除了芯片電源和地之外的電路連接圖（芯片的電源和地的連接見附錄），其中[A22A0]是DSP的23根地址線，[D15D0]是DSP的16根數(shù)據(jù)線。/ADBUSY是A/D的忙信號(hào)，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換完成時(shí)，信號(hào)變低，連接到CPLD中的ADBUSY上（在CPLD的內(nèi)部，ADBUSY連接到C_INT0(DSP的INT0)上），使用中斷方式控制數(shù)據(jù)的讀操作。本DSP使用的是10M的晶振，晶振的輸出引腳連接到DSP的X2引腳，X1懸空。CLKMD[2，1，0]都連接到高電平，表示DSP啟動(dòng)時(shí)的運(yùn)行頻率為1/2倍的CLKIN（在本設(shè)計(jì)中即運(yùn)行在5M的時(shí)鐘下），這是因?yàn)樵O(shè)計(jì)初期，首先驗(yàn)證功能的完整性，待到硬件功能測試完成之后，才花更多的精力考慮運(yùn)行效率；同時(shí)，如果考慮到從FLASH啟動(dòng)程序時(shí)，剛開始的時(shí)候也應(yīng)該降低DSP啟動(dòng)時(shí)的運(yùn)行頻率，因?yàn)閯倧?fù)位之后需要從外部FLASH讀取啟動(dòng)代碼到RAM中運(yùn)行，如果DSP運(yùn)行速度很快，而FLASH的讀寫速度比較慢，這樣兩者之間的速度的不匹配并不會(huì)讓系統(tǒng)獲得好的性能，反而有可能導(dǎo)致程序的錯(cuò)誤；應(yīng)該等到啟動(dòng)代碼完全運(yùn)行起來之后，再更改DSP的時(shí)鐘使之運(yùn)行在較高的頻率上，才會(huì)讓整個(gè)系統(tǒng)獲得較為滿意的性能。/DS、/PS、/IS、/MSTRB、/IOSTRB作為控制信號(hào)連接到CPLD的引腳上，經(jīng)過一定的邏輯變換以后作為外部存儲(chǔ)器和A/D的片選信號(hào)。MP/MC也接到撥碼開關(guān)上，可選擇加載方式。還有READY,EMU0,EMU1,HOLD,NMI,BIO,INT0~INT3都加上拉電阻。將定時(shí)器的輸出信號(hào)TOUT作為A/D模塊的時(shí)鐘輸入來定時(shí)采樣，并使用了一個(gè)通用IO口XF作為WK模塊上模擬溫箱的通斷控制信號(hào)。 電源電路本設(shè)計(jì)使用的電源電路是為AD7656[12]提供的，同時(shí)也適合本設(shè)計(jì)使用的A/D芯片ADS7852，ADS7852只需要單一的模擬電壓（+5V）。AD7656需要兩套供電電源，模擬（177。9V，+5V）和數(shù)字（5V），并且中間不能有干擾。模擬選擇器HCF4051[13]需要177。5V的電源。5409核心[11]，I/。電源電路如圖34 所示：圖34 采集模塊的電源電路圖中P8為總電源接口，有177。12V，177。5V四種電壓。將輸入177。12V和+5V電壓，送到AD7656，作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器核心的供電電源。其中+12V由7805變換后的+5V和12V由7905變換后的5V以產(chǎn)生多種供電電源滿足模擬部分供電要求。D+5V是數(shù)字部分的+5V輸入電壓，作為DSP核心供電電源。同時(shí)，設(shè)有一個(gè)電源指示燈，當(dāng)VCC供電正常時(shí)，LED會(huì)亮，以幫助硬件調(diào)試。D177。5V,GND和A177。5V,AGND之間用磁珠隔離，它們作為AD50的電源。所以模擬地和數(shù)字地在設(shè)計(jì)時(shí)是分開的，通過磁珠將模擬地和數(shù)字地接在一起，如圖中的L。，以濾除高頻干擾和電壓不穩(wěn)而引起的電源質(zhì)量問題。 CPLD電路在整個(gè)設(shè)計(jì)中，所有的片選、和比較簡單的邏輯功能都是由ALTERA可編程邏輯器件EPM7128AETC100完成[14]。在本設(shè)計(jì)中引腳分配如圖35 所示：圖35 CPLD的引腳分配圖CPLD上的TMS、TDO、TCK、TDI是燒寫CPLD的JTAG接口引腳。ADCS是對AD7656[12]的片選信號(hào)，F(xiàn)LASH_CE,FLASH_OE,FLASH_WE是對SST39VF400A操作信號(hào),RAM_CE,RAM_OE,RAM_WE是對CY7C1041CV33的操作信號(hào)，AD_OE和RD是AD7656的操作信號(hào)。它們都由A15A1/RW、/IOSTRB、/MSTRB、/IS、/DS、/PS和一個(gè)GPIO經(jīng)過邏輯組合后生成的。RW是連接到DSP上的讀寫信號(hào)線，因?yàn)镕LASH和SRAM需要單獨(dú)的讀寫信號(hào)，注意的是R/W只是指示方向，而MSTRB才是真正的讀寫信號(hào)。串口1所有信號(hào)都接到CPLD中了，它們有兩種用途，一種是其中兩信號(hào)C_BDR1，C_BDX1可和T1OUT，T1IN相連，構(gòu)成PC機(jī)串口。另一種是它們中的5個(gè)信號(hào)(C_BDR1只能輸入，故排除)用作GPIO口輸出，控制A,B,C,S_KZ1,S_KZ2。串口2的兩信號(hào)C_BDX2和 C_BFSX2也用作GPIO口，作為LCD模塊的串行數(shù)據(jù)線和時(shí)鐘信號(hào)。CPLD_XF信號(hào)或C_BCLKR2,C_BCLKX2,C_BFSR2它們之一可和ADRST相連，對AD7656進(jìn)行復(fù)位。INOUTCS,INIOCS用在LCD模塊中作為74LVC245和74LVC273的使能控制。而BCS0~BCSBRW和BRE用作DSP掛箱接口的控制。C_INT0是DSP的外部中斷0，它與AD7656的ADBUSY相連。FTOUT是DSP的定時(shí)器輸出。TOUT可以和FTOUT相連，作為AD50的時(shí)鐘。FREE0~FREE10是自由腳，可以和其它的任何信號(hào)相連。ECS0是外部模塊的片選信號(hào)，用于選通GSM模塊和溫控模塊。 AD模塊電路溫度信號(hào)經(jīng)過溫控模塊上的傳感器電路轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)后為模擬信號(hào)，還需要進(jìn)一步的轉(zhuǎn)換為適合DSP處理和分析的數(shù)字信號(hào)，ADS7852是一種高速逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，具有8路輸入，并行12位輸出，，ADS7852只需要單一5V電源供電，使得系統(tǒng)控制更加簡單。其封裝形式為32腳的TQFP，其中，AIN0~AIN8為8路模擬輸入，DB0~DB11為12位數(shù)字輸出，A0~A2為8路模擬輸入的地址選擇；Vss為電源電壓，VREF為外接參考電壓，；AGND和DGND分別為模擬地和數(shù)字地，CLK為時(shí)鐘輸入（可以從200KHz到8MHz），BUSY為忙指示輸出，CS、RD和WR分別為片選信號(hào)、讀信號(hào)和寫信號(hào)。圖36 為設(shè)計(jì)中的A/D轉(zhuǎn)換電路原理圖，與DSP采用并行接口，由于ADS7852為12位并行輸出，8位CPU必須分兩次才能讀入。第一次讀低8位，同時(shí)將高4位送入外部鎖存；第二次通過三態(tài)緩沖器將高4位讀入。模塊上的IN0~IN7插孔對應(yīng)于圖中ADIN0~ADIN7引腳，模塊上的BUSY、CLK插孔分別對應(yīng)于圖中BUSY、CLK引腳，CS785CS244插孔分別為ADS7852和74LS244的選通信號(hào)，也可通過跳線選擇，AOUT0、AOUT1插孔為兩個(gè)模擬電壓輸出端，范圍為0~5V，通過電位器KK5實(shí)現(xiàn)。圖36 A/D轉(zhuǎn)換電路原理圖圖37 為ADS7852的時(shí)序圖，其中圖（a）為啟動(dòng)與轉(zhuǎn)換時(shí)序，圖（b）為轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出時(shí)序，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)被輸出到并行數(shù)據(jù)總線上，DSP就可以進(jìn)行輸出電壓信號(hào)的讀操作。在DSP編程時(shí)需要注意時(shí)序的匹配。圖37 AD7852時(shí)序圖 溫控模塊電路溫度控制模塊由溫度信號(hào)采集電路、模擬溫箱加熱控制電路兩部分組成。其中模擬溫箱加熱控制電路位于鐵殼內(nèi)，其上有AC220V電源接口。本模塊中溫度信號(hào)的采集采用熱敏電阻，其阻值隨溫度的升高而減小。經(jīng)運(yùn)放LM358轉(zhuǎn)換為A/D模塊可以處理的電壓信號(hào)。其原理圖如圖38所示： 如圖38 溫度采集電路室溫(25℃)時(shí)，R11的阻值為10K。當(dāng)溫度上升到140℃時(shí)，阻值降為幾歐。我們假設(shè)在此范圍內(nèi)，阻值隨溫度的變化是線性的。第一級CA358將電壓信號(hào)放大，第二級CA358為電壓跟隨器。在實(shí)驗(yàn)中,我們假設(shè)溫度從0℃變化到100℃，TEMP_OUT的輸出從5V變化到0V,那么在室溫(25℃)條件下,。因此每次實(shí)驗(yàn)前，必須調(diào)整10K電位器，使當(dāng)前輸出電壓值與溫度相匹配。對溫度的控制是通過雙向可控硅BT137控制加熱電阻R12的加熱時(shí)間來實(shí)現(xiàn)的。TLP521為直流光電隔離，2腳為輸入端，3腳為輸出端。MC3021為交流光電隔離，2腳為輸入，6腳為輸出。J3為220V交流電接口。IN_SYNC為電源端同步信號(hào)，OUT_SYNC為負(fù)載端同步信號(hào)。IN_SYNC、OUT_SYNC主要用于控制可控硅的導(dǎo)通角。其原理圖如圖39所示：鐵殼上的POWER指示燈對應(yīng)于圖中D1，LOAD指示燈對應(yīng)于圖中D2，模塊上HEAT指示燈對應(yīng)于圖中D4。模塊上的HEATER、TEMP_OUT、P_SYNC、L_SYNC插孔分別對應(yīng)于圖中的HEAT（control）、TEMP_OUT、IN_SYNC、OUT_SYNC引腳。圖39 模擬溫箱加熱控制電路 GSM模塊電路本模塊由BENQ公司M22模塊及外圍接口電路組成。M22模塊：1）產(chǎn)品特征三頻GSM 模塊，支持GSM900/DCS1800/PCS1900執(zhí)行ETSI GSM Phase 2+的標(biāo)準(zhǔn)類別4（2W @ 900MHz）類別1（1W @ 1800/1900MHz）外部 3V SIM2）供電～ DC 通話時(shí)功耗：最小230毫安，最大260毫安待機(jī)模式：小于6毫安GPRS通信時(shí)：小于250毫安外部尺寸：40 mm重量：13g（包括屏蔽的）3）短消息服務(wù)包括：點(diǎn)對點(diǎn)的MTamp。MO，短消息區(qū)域廣播，回復(fù)呼叫信息，附加服務(wù)，呼叫轉(zhuǎn)移，多方通話，呼叫限制，電話簿，固定號(hào)碼呼叫，呼叫等待或保持，呼叫線路認(rèn)證，記費(fèi)，紅外線SIM數(shù)據(jù)傳輸，回聲取消，SIM 工具包，SIM 鎖，USSD4）基本特征通話或緊急呼叫最高速率，升級最高速率和半速率雙音多頻功能（DTMF），5）數(shù)據(jù)特征數(shù)據(jù)線路異步傳輸和同步可達(dá)14,400 bits/s自動(dòng)傳真group3（class 1amp。2）通話和傳真轉(zhuǎn)換GPRS6）接口單一天線接口（for 900/1800/1900）通過AT指令控制44pin 引腳接口： ●電源●3V SIM 卡 和SIM卡監(jiān)測●1蜂鳴器輸出，1麥克風(fēng)輸入●串口接口●1揚(yáng)聲器輸出●RS232 串口連接支持:AT命令控制 (GSM and )支持的波特率 300～115,200 bits/s自動(dòng)波特率監(jiān)測(300 tp 38,400 bits/s)外圍接口電路外圍接口電路由電源、擴(kuò)展接口電路、超級終端（PC）接口電路、SIM卡接口電路等組成。其原理圖如圖310所示，其中U1為通用異步串行收發(fā)器NS16C450[15]，用于與DSP接口；U2為電平轉(zhuǎn)換芯片MAX3238，構(gòu)成超級終端（PC）接口電路，實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換及串口通信；J2為SIM卡插座接口，由M22模塊控制；RS232為異步串行通信接口，用于直接與PC及通信。圖310 GSM外圍接口電路M22模塊是通過一個(gè)通用異步串行收發(fā)器（UART）NS16C450與PC機(jī)相接口，NS16C450提供異步的串行接收數(shù)據(jù)，在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間同時(shí)進(jìn)行串/并轉(zhuǎn)換和并/串轉(zhuǎn)換，這些功能對將串行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成數(shù)字系統(tǒng)所需的并行數(shù)據(jù)流是很有必要的。串行數(shù)據(jù)流的同步化是通過給傳輸數(shù)據(jù)增加起始位和結(jié)束位作為數(shù)據(jù)標(biāo)志來實(shí)現(xiàn)的（面向協(xié)議的特征）。給數(shù)據(jù)標(biāo)志中還增加了奇偶校驗(yàn)位來保證數(shù)據(jù)的完整性。奇偶校驗(yàn)位可被數(shù)據(jù)接收機(jī)用來檢測任何傳輸位的錯(cuò)誤。這種制作在單晶硅上，并且包含了所有那些功能的電子電路是相當(dāng)復(fù)雜的。NS16C450就是這樣的一種高性能的整合體，它被設(shè)計(jì)為工作在高速、網(wǎng)絡(luò)共享的環(huán)境中。NS16C450內(nèi)部包含11個(gè)檢測和控制寄存器，這些寄存器的功能分別為：數(shù)據(jù)保持寄存器（THR/RHR）、中斷狀態(tài)和控制寄存器（ISR/IER）、線路狀態(tài)和控制寄存器（LSR/LCR）、調(diào)制狀態(tài)和控制寄存器（MSR/MCR）、可編程的數(shù)據(jù)傳輸率（Clock）控制寄存器（DLL/DLM）和一個(gè)用戶可訪問的暫存寄存器（SPR）。地址選擇位A2A1A0用于選通各寄存器工作。 LCD模塊電路本設(shè)計(jì)過程中使用Protel制作了一塊PCB板，其上包括4*4的矩陣鍵盤，LCD液晶顯示屏，八位撥碼開關(guān)及八位LED，通過74LVC245和74LVC273實(shí)現(xiàn)了IO口的擴(kuò)展。僅用兩個(gè)IO口IOINCS和IOOUTCS作為74LVC245和74LVC273的片選[16]，擴(kuò)展為八個(gè)IO口，從而使DSP有限的IO空間資源得到了擴(kuò)展，并且提供了一個(gè)有用的人機(jī)界面接口，供實(shí)驗(yàn)及測試使用。本設(shè)計(jì)中使用的部分電路如圖311所示：圖311 LCD接口電路 PCB布線需要注意的問題雖然本論文討論的時(shí)候核心DSP只是運(yùn)行在1/2 CLKIN的頻率下，但在實(shí)用階段時(shí)DSP會(huì)全速運(yùn)行，以提高整個(gè)系統(tǒng)的