【導(dǎo)讀】本論文詳細(xì)介紹了基于CPLD的DSP系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)的方案與實(shí)現(xiàn)方法。本次設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要是以模塊思想來(lái)設(shè)計(jì)整個(gè)DSP系統(tǒng)。轉(zhuǎn)、與外圍設(shè)備的通信。及系統(tǒng)整體架構(gòu)復(fù)雜度方面的開(kāi)銷(xiāo)大大增加。取代計(jì)算機(jī)，又難以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理的要求，從而導(dǎo)致系統(tǒng)性能指標(biāo)的下降。因此，尋求合適的處理器已成為目前圖像采集處理系統(tǒng)的當(dāng)務(wù)之急。數(shù)字化技術(shù)的基礎(chǔ)和核心是通用數(shù)字信號(hào)處理器及其相應(yīng)的程序。技、國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有特殊地位。因此開(kāi)發(fā)DSP及其應(yīng)用程序是當(dāng)今科學(xué)和社會(huì)。操作，使其成倍地提高處理速度。而與之配套的外圍器件卻沒(méi)有像DSP那樣的高。速率，既利用小規(guī)模邏輯器件譯碼的方式不能滿(mǎn)足DSP系統(tǒng)的需求。DSP系統(tǒng)經(jīng)常需要多個(gè)外部快速器件的配合，這些部件往往是專(zhuān)門(mén)的電路。CPLD以其開(kāi)發(fā)周期短、成本低、靈活性強(qiáng)的特點(diǎn)，已成為EDA技。術(shù)的一個(gè)重要組成部分。夠控制其外圍電路進(jìn)行正常工作。第六章總結(jié)了課題中主要的研究成果，指出了系統(tǒng)今后的改進(jìn)方向。

　　

【正文】 針。 X 地址計(jì)數(shù)器沒(méi)有記數(shù)功能，只能通過(guò)軟件進(jìn)行設(shè)置。 Y 地址計(jì)數(shù)器有循環(huán)記數(shù)功能，各顯示數(shù)據(jù)寫(xiě)入后， Y 地址會(huì)自動(dòng)加 1， Y 地址指針?lè)秶鷱? 0 到 63。 顯示數(shù)據(jù) RAM (DDRAM) DDRAM 是存貯圖形顯示數(shù)據(jù)的，數(shù)據(jù)為 1 表示顯示選擇，數(shù)據(jù)為 0 表示不顯示選擇。 Z 地址計(jì)數(shù)器 Z 地址計(jì)數(shù)器是一個(gè) 6 位計(jì)數(shù)器，此計(jì)數(shù)器具備循環(huán)記數(shù)功能，它是用于顯示行掃描同步。當(dāng)一行掃描完成，此地址計(jì)數(shù)器自動(dòng)加 1，指向下一行掃描數(shù)據(jù)， RST 復(fù)位后 Z 地址計(jì)數(shù)器為 0。 Z 地址計(jì)數(shù)器可以用指令 DISPLAYSTART LINE 預(yù)置，因此，顯示屏幕的起始行就由此指令控制，即 DDRAM 的數(shù)據(jù)從哪一行開(kāi)始顯示在屏幕的第一行。此模塊的 DDRAM 共 64 行，屏幕可以循環(huán)滾動(dòng)顯示 64 行。 AM12864AG 液晶顯示模塊外部接口信號(hào)共有 20 條， 如表 中定義。 ★ 液晶顯示模塊的讀寫(xiě)時(shí)序 DSP 對(duì) LCD 液晶顯示模塊 12864AG 的控制必須完全符合液晶微控制器讀寫(xiě)時(shí)序要求，其寫(xiě)操作時(shí)序如圖 所示，讀操作時(shí)序如圖 所示。 表 液晶顯示模塊 AM12864AG 外部接口信號(hào) 圖 液晶顯示模塊 12864AG 寫(xiě)操作接口信號(hào)時(shí)序 圖 液晶顯示模塊 12864AG 讀操作接口信號(hào)時(shí)序 ★ 液晶顯示模塊與 DSP 接口硬件電路設(shè)計(jì) AM12864AG 的工作電壓使用直流 5V 進(jìn)行供電；而 TMS320VC5416 的工作電壓為 ，所以 AM12864AG 是否能與 TMS320VC5416 直接接口，需要分析一下 AM12864AG 液晶顯示器 TMS320VC5416 處理器的電平標(biāo)準(zhǔn)，這樣便可以從器件的電氣性能說(shuō)明中獲得解決方法。 電平 器件 VOH VOL VIH VIL TMS320VC5416 AM12864A－ G 2 2 表 TMS320VC5416 與 AM12864AG 的電平轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn) 由表可知， DSP 與液晶的 數(shù)據(jù)線不可以直接相連，而控制線可以直接相連。 解決數(shù)據(jù)線連接的方法是：在 DSP 芯片 TMS320VC5416 與液晶顯示器 AM12864AG 模塊間增加一個(gè)緩沖器件，這個(gè)緩沖器件可以是雙電壓供電，也可以是 單電壓供電并可以承受得了 5V 電壓的器件，這樣在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中就采用了雙向可控緩沖器 74LVC16245 作為數(shù)據(jù)總路線 緩沖器件來(lái)設(shè)計(jì)兩模塊間的數(shù)據(jù)交換接口，而控制線則是通過(guò)復(fù)雜可編程邏輯器件 (CPLD) 來(lái)進(jìn)行電平的匹配。 由于液晶顯示器 AM12864AG 模塊為 8 位數(shù)據(jù)總線工作方式， DSP 芯片TMS320VC5416 為標(biāo)準(zhǔn)的 16 位外部數(shù)據(jù)接口方式，故采用 TMS320VC5416 的低 8 位數(shù)據(jù)總線與液晶顯示模塊 AM12864AG 的數(shù)據(jù)總線相連接。其中電路中用可調(diào)電阻 RW5 來(lái)調(diào)節(jié) LCD 驅(qū)動(dòng)負(fù)電壓輸出，可調(diào)電阻 RW6 用來(lái)調(diào)節(jié)背光板電壓其背景發(fā)光。液晶顯示器 AM12864AG 模塊與 DSP 接口硬件電路設(shè)計(jì)原理圖，如圖 所示。 圖 液晶顯示模塊 12864AG原理圖 控制液晶的信號(hào) ： 數(shù)據(jù)信號(hào) : zDB_LCD0和 zDB_LCD7來(lái)自 CPLD1(U13)。 控制信號(hào) : zLCD_CS1,zLCD_CS2, zDB_EN,LCD_D/I,LCD_R/W 來(lái)自CPLD1(U13)。 V0信號(hào) :用于調(diào)節(jié)液晶灰度 LED接口設(shè)計(jì) LED顯示屏是利用發(fā)光二極管點(diǎn)陣模塊或像素單元組成的平面式顯示屏幕。由于它具有發(fā)光率高、使用壽命長(zhǎng)、組態(tài)靈活、色彩豐富以及對(duì)室 內(nèi)外環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，自 20世紀(jì) 80年代后期開(kāi)始，隨著 LED制造技術(shù)的不斷完善，在國(guó)外得到了廣泛的應(yīng)用。在我國(guó)改革開(kāi)放之后，特別是進(jìn)入 90年代國(guó)民經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)，對(duì)公眾場(chǎng)合發(fā)布信息的需求日益強(qiáng)烈， LED顯示屏的出現(xiàn)正好適應(yīng)了這一市場(chǎng)形勢(shì)，因而在 LED顯示屏的設(shè)計(jì)制造技術(shù)與應(yīng)用水平上都得到了迅速的提高。 LED顯示屏經(jīng)歷了從單色、雙色圖文顯示屏，到圖象顯示屏，一直到今天的全彩色視頻顯示屏的發(fā)展過(guò)程。無(wú)論在期間的性能（提高亮度 LED顯示器及藍(lán)色發(fā)光燈等）和系統(tǒng)的組成（計(jì)算機(jī)化的全動(dòng)態(tài)顯示系統(tǒng)）等方面都取得了長(zhǎng)足 的進(jìn)步。 本設(shè)計(jì)采用的是 6位 8段數(shù)碼管的 LED顯示器， LED 數(shù)碼管根據(jù) LED 的接法不同分為共陰和共陽(yáng)兩類(lèi)， 而我們彩用的三共陰極的 LED 顯示器， 3 和 8 腳控制位信號(hào)，而其他腳控制段信號(hào)。位控制信號(hào)：輸入信號(hào) LEDBIT[1： 6]，來(lái)自于 CPLD（ U25）；輸出信號(hào) LEDBIT[1： 6]B，控制 6 個(gè) PNP 三極管。 電路原理圖如下： 167。 異步串口通訊電路設(shè)計(jì) ★ TL16C550C 和 TL16C550CI 是 TL16C550B 異步通信器件 (ACE)在功能上增強(qiáng)的新 版本。 TL16C550C 和 TL16C550CI 可以設(shè)置處于交替 FIFO 模式，這就可以把CPU 從繁重的軟件緩沖接收和發(fā)送的數(shù)據(jù)中解放出來(lái)。 FIFO 可保存 16 個(gè)字節(jié)的 數(shù)據(jù)，對(duì)接收緩沖來(lái)說(shuō)，每個(gè)字節(jié)包括 3 位額外的表示差錯(cuò)狀態(tài)的數(shù)據(jù)。在 FIFO 模式，具有自動(dòng)流控功能，這可減少軟件工作量，增加系統(tǒng)的效率。 TL16C550C 和L16C550CI 在從外設(shè)或調(diào)制解調(diào)器接收數(shù)據(jù)時(shí)，進(jìn)行串行到并行的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；在從 CPU 接收數(shù)據(jù)時(shí)，進(jìn)行并行到串行的轉(zhuǎn)換。 CPU 可以在任何時(shí)候讀取 ACE 的狀態(tài)。 ACE 包含 完整的調(diào)制解調(diào)器控制能力，以及可以降低軟件對(duì)通信鏈路控制的管理負(fù)責(zé)性的處理器中斷系統(tǒng)。 TL16C550C 和 TL16C550CI 包含可編程波特率發(fā)生器，該發(fā)生器可以把參考時(shí)鐘頻率按從 1 到 65535 等分，并為內(nèi)部邏輯產(chǎn)生 16 倍的參考時(shí)鐘頻率。 ACE 支持 1M 波特率串行速率。 TL16C550C 和 TL16C550CI 可以提供信號(hào)到 DMA 控制器的功能。在設(shè)計(jì)中我們使用的是 TL16C550C芯片。 ★ 芯片的使用 通過(guò) 下圖 的連接，利用 autoCTS 和 autoRTS 處于有效狀態(tài)，可以在兩個(gè) ACE 的發(fā)送和接收 FIFO 之間建立自動(dòng)傳輸流量控制，數(shù)據(jù)的傳輸在接收者的接收 FIFO 有空間時(shí)可以接收數(shù)據(jù)，并可避免由發(fā)送速度高于接收速率帶來(lái)的差錯(cuò)。 在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí) autoCTS 的時(shí)序如下： autoRTS 的時(shí)序如下： ★ 芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu) ★ 與 DSP芯片的 連接 在異步串行通信中，數(shù)據(jù)位是以字符為傳送單位，數(shù)據(jù)位的前、后要有起始位、停止位，另外可以在停止位的前面加上一個(gè)比特位 (bit)的校驗(yàn)位 。 起始位是一個(gè)邏輯 0，總是加在每一幀的開(kāi)始，為的是提醒數(shù)據(jù)接收設(shè)備接收數(shù)據(jù)，在接收數(shù)據(jù)位過(guò)程中又被分離出去。數(shù)據(jù)位根據(jù)串行通信協(xié)議，允許傳輸?shù)淖址L(zhǎng)度可以為 7或 8位。通常數(shù)據(jù)位為 7位或 8位，如果要傳輸非 ASCII數(shù)據(jù)（假如使用擴(kuò)展字符設(shè)置的文本或者二進(jìn)制數(shù)據(jù)），數(shù)據(jù)位格式就需要采用 8位。數(shù)據(jù)位被傳輸時(shí)從一個(gè)字符的最低位數(shù)據(jù)開(kāi)始，最高位數(shù)據(jù)在最后。 以上是 TL16C550C 實(shí)現(xiàn)異步通訊的基本原理。而 TL16C550C是受基于 CPLD的 DSP控制的 ,在本次設(shè)計(jì)中 , TL16C550C與 DSP芯片的連接原理圖如下 : 167。 鍵盤(pán)設(shè)計(jì) 鍵盤(pán)接口主要分為矩陣式和獨(dú)立式兩種。矩陣式鍵盤(pán)適用于按鍵數(shù)量較多的場(chǎng)合，由行線和列線組成，按鍵位于行列的交點(diǎn)上，占用較多的地址空間或者 I/O口線。獨(dú)立式按鍵就是各個(gè)按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵各接一根輸入線，各按鍵之間的輸入狀態(tài)互不影響，獨(dú)立式按鍵適用于按鍵較少或響應(yīng)速度要求較高的場(chǎng)合。 通過(guò) DSP 編程，調(diào)用庫(kù)函數(shù)鍵盤(pán)掃描程序和 LCD 驅(qū)動(dòng)程序，能根據(jù)不同的按鍵，在 LCD 上相應(yīng)的位置顯示不同的內(nèi)容。如下圖為鍵盤(pán)的原理圖： 該原理圖表示 4X5 的矩陣鍵盤(pán) ,共 20 個(gè)鍵 ,各鍵值的讀取方法為 : 1. 設(shè)置第一行為低 (R1=0),其它行為高 (R2=R3=R4=1),選通一行 。 2. 讀 5 位列數(shù)據(jù) ,并暫存 。 3. 延時(shí)消抖 (100ms)。 4. 再讀 5 位列數(shù)據(jù) ,并同上次的數(shù)據(jù)比較 ,若相同 ,則為有效鍵 。 5. 若 5 位數(shù)據(jù)全 1,則無(wú)鍵按下 。 6. 根據(jù)行、列關(guān)系，確定鍵值 。 7. 重復(fù)上述過(guò)程，可讀出所有鍵值。 DSP通過(guò) CPLD2(U25)輸出鍵盤(pán)掃描信號(hào) zCPLD_KEY0zCPLD_KEY3， DSP通過(guò) CPLD2(U25)讀出鍵盤(pán)掃描信號(hào) CPLD_KEY0CPLD_KEY4 DSP 由 I/O 總線尋址方式向 CPLD2 讀寫(xiě)數(shù)據(jù) ,鍵盤(pán) I/O 地址 =0X3FFF, 向（ 0X3FFF）寫(xiě)數(shù)據(jù)可選通行； (0X3FFF)=0XFE,選通第一行 (R1)。(0X3FFF)=0XFD,選通第二行 (R2)。(0X3FFF)=0XFB,選通第三行 (R3)。(0X3FFF)=0XF7,選通第四行(R4)。讀（ 0X3FFF）為列數(shù)據(jù)； (0X3FFF)=0XFE,第一列 (C1)。(0X3FFF)=0XFD,第二列 (C2)。(0X3FFF)=0XFB,第三列 (C3)。(0X3FFF)=0XF7,第四列 (C4)。 (0X3FFF)=0XEF,第五列 (C5)。 167。 電機(jī)硬件分析 ★ 直流電動(dòng)機(jī)的工作原理 要使電樞受到一個(gè)方向不變的電磁轉(zhuǎn)矩，關(guān)鍵在于：當(dāng)線圈邊在不同極性的磁極下，如何將流過(guò)線圈中的電流方向及時(shí)地加以變換，即進(jìn)行所謂“換向”。為此必須增添一個(gè)叫做換向器的裝置，換向器配合電刷可保證每個(gè)極下線圈邊中電流始終是一個(gè)方向，就可以使電動(dòng)機(jī)能連續(xù)的旋轉(zhuǎn) ,這就是直流電動(dòng)機(jī)的工作原理。 直流電機(jī)原則上既可以作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行 ,也可以作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行 ,這種原理 在電機(jī)理論中稱(chēng)為可逆原理 。所以當(dāng)通電的正反可實(shí)現(xiàn)電機(jī)可正反轉(zhuǎn)。 設(shè)計(jì)中電路原理圖如下： 直流電機(jī)工作原理圖 如圖所示，當(dāng) DC M1=1， DC M2=0 時(shí)， Q1 Q14 通路， Q1 Q20 不導(dǎo)通。 所以電機(jī)導(dǎo)通且正轉(zhuǎn)，同理，當(dāng) DC M1=0， DC M2=1，根據(jù)電機(jī)的可逆性，電機(jī)反向?qū)ǎ捌浞崔D(zhuǎn)。 ★ 步進(jìn)電機(jī)硬件分析 步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖 數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無(wú)累積誤差等特點(diǎn)。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制變的非常的簡(jiǎn)單。 設(shè)計(jì)中步進(jìn)電機(jī)的原理圖如下： 步進(jìn)電機(jī)原理圖 該步進(jìn)電機(jī)為 4相 4拍 ,改變相序 ,可控制正反轉(zhuǎn) ， 改變控制信號(hào)的頻率 ,可調(diào)速 。 控制信號(hào) ： A_OUT,B_OUT,C_OUT,D_OUT。 相序?yàn)?ABCDA,電機(jī)正轉(zhuǎn) ， 相序?yàn)?ADCBA,電機(jī)反轉(zhuǎn) 第四章：系統(tǒng) 軟件實(shí)現(xiàn) 167。 CCS 軟件介紹 ★ CCS 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境概述 Code Composer Studio(簡(jiǎn)稱(chēng) CCS)是 TI公司為 TMS320 系列 DSP 軟件開(kāi)發(fā)推出的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。 TMS320C5416 CCS 由以下四部分組件構(gòu)成： (1) TMS320C5402 代碼產(chǎn)生工具，如匯編器、鏈接器、 C/C++編譯器、建庫(kù)工具等。 (2) CCS 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（ Integrated Developing Environment ,IDE） ,包括編輯器、工程管理工具、調(diào)試工具等。 (3) DSP/BISO(Basic Input and Output System) 插件及應(yīng)用程序接口API(Applic ation Program Interface)。 (4) RTDX（ Real Time Data eXchange）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換插件、主機(jī)（ Host）接口及相應(yīng)的 API。 與以往的 DSP 開(kāi)發(fā)軟件不同， CCS 使用工程（ Project） 來(lái)管理應(yīng)用程序設(shè)計(jì)文檔，工程中可包含Ｃ源代碼、匯編代碼、目標(biāo)文件、庫(kù)文件、鏈接命令文件和頭文件。在以往的開(kāi)發(fā)工具中，編譯、匯編和鏈接是各自獨(dú)立的執(zhí)行程序，開(kāi)發(fā) 設(shè)計(jì)人員需要熟悉每個(gè)程序的相關(guān)參數(shù)，且需在 DOS 窗口下鍵入這些煩瑣的命令。CCS 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境支持編輯、編譯、匯編、鏈接和調(diào)試 DSP 程序的整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程，并輔之以完整的、可即時(shí)訪問(wèn)的在線幫助文檔，編譯、匯編和鏈接 選項(xiàng)的 設(shè)置只需在生成選項(xiàng)（ Build Options）窗口中進(jìn)行選擇設(shè)置，設(shè)計(jì)人員