【正文】 器空間配置 TMS320LF2407 的總線采用增強(qiáng)哈佛體系結(jié)構(gòu)（ Enhanced Harvard Architecture），利用程序地址總線（ PAB），數(shù)據(jù)讀取總線（ DWDB）以及數(shù)據(jù)寫入地址總線 (DWAB)，三個(gè)并行操作的地址總線，可分別對程序讀取數(shù)據(jù)總線（ PRDB）、數(shù)據(jù)讀取數(shù)據(jù)總線（ DRDB）及數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)總線 (DWEB)獨(dú)立 地進(jìn)行存儲器空間操作，各存儲器空間配置如圖所示。 （ 6） 4 個(gè)擴(kuò)充連接槽（ I/O、模擬、地址 /數(shù)據(jù)及控制接口）。 （ 4） RS232 兼容的串行端口（ RS－ 232）接口。 （ 2） 64K 字程序存儲器、 64K 字?jǐn)?shù)據(jù)存儲器及 32K 字的內(nèi)部快速閃存程序空間。 TMS320LF2407 沒有雙讀取的操作指令，但內(nèi)部有數(shù)據(jù)的讀 DRDB 和寫 DWDB 總線以及程序存儲器的 PRDB 程序總線，其內(nèi)部 CPU結(jié)構(gòu)如圖 21 所示。 對應(yīng)立即數(shù)的操作或立即程序分支，由于數(shù)據(jù)或程序?qū)ぶ穼?為 16 位，因此 16 位的立即數(shù)或?qū)ぶ吩O(shè)置必須占用兩個(gè)字指令，這個(gè)兩字指令可加入 4 位的（ 0～ 15， 16）移位指令加入操作。當(dāng)然， ALU的運(yùn)算必須利用累加器 ACC 來進(jìn)行，而乘法器必須由 ARx指針搭配 T 寄存器做乘法運(yùn)算，積值存入一個(gè) 32 位的 P 寄存器（ Product 中北大學(xué) 08 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 7 頁 共 40 頁 Register）內(nèi)，然后乘積值 P 再進(jìn)入 CALL 作加法加回累加器 ACC 內(nèi)。但最重要的還是這 8 個(gè)輔助寄存器的指針 ARP（ Auxiary Register Pointer）。 （ 16） 具有 256 16 位的片上 Flash 程序存儲器，可執(zhí)行外部接口的程序載入執(zhí)行。 （ 14） 每一個(gè)指令周期為 25ns（ 50MIPS），且大部分指令都是單一指令，僅需要一個(gè)執(zhí)行周期。 （ 12） 指令集為原有的 C2x、 C5x 系 列指令，僅有一個(gè) ACC 累加器，輔助寄存器 ARx 必須由 MAR 設(shè)置 *所代表的 ARx 操作，或在指令操作的同時(shí)設(shè)置下一個(gè)ARx 的操作尋址（ x＝ 0～ 7）。 （ 10） 實(shí)時(shí)的中斷看門狗 WDT 定時(shí)器。 （ 8） 最重要的是 LF2407 具有機(jī)電控制局域網(wǎng)絡(luò)的 CAN 外設(shè)電路。 （ 6） 41 個(gè)并列 PPIO 可定義雙向、雙工的輸入 /輸出端口。 ③ LF2407 有 6 個(gè)計(jì)數(shù)捕捉器、 4 個(gè)四象限編碼器計(jì)數(shù)接口端口 (QEP)。 （ 4） 外設(shè)接口電路： ① LF2407 有 16 個(gè) PWM，而 LF2403 有 8 個(gè) PWM，最重要的是 LF2407 可以設(shè)置成兩組用于 AC 電力控制的三項(xiàng)向量空間 PWM 控制模塊，具有 PWM 的死區(qū)中北大學(xué) 08 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 6 頁 共 40 頁 設(shè)置控制。 ② 8 個(gè)固定的硬件堆棧。具有可由軟件設(shè)置的等待狀態(tài)時(shí)序，以便與外部端口 連接同步，為 16 位地址總線和 16 位數(shù)據(jù)總線。 ③ 總共 218K 字尋址存儲器空間，其中涵蓋 64K 程序存儲器空間、 64K 數(shù)據(jù)存儲器空間和 64K 的 IO 尋址空間。 （ 2） TMS320LF2407 的存儲器： ① 544字的 B0（ PM的 FE00H～ FEFFH=256） ， B1(DM的 300H～ 3FFH＝ 256)、 B2(DM的 60～ 7FH=32)等 16 位芯片屬性雙讀取數(shù)據(jù)存儲器 DARAM。 ④ 8 個(gè) 16 位輔助寄存器 AR0～ AR7（類同于 TMS320C54x 系列）。 ② 一個(gè) 32 位的 ACC 累加器。其特性簡介如下。 ⑥擴(kuò)大應(yīng)用范圍， DSP 芯片已經(jīng)滲透到航空航天、雷達(dá)、聲納、圖像、醫(yī)療設(shè)備、消費(fèi)電子等眾多領(lǐng)域，還將進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用的范圍 [9]。 ⑤提供更加完善的開發(fā)環(huán)境，特別是開發(fā)效率更高、優(yōu)化的 C 編譯器和代數(shù)式指令系統(tǒng)，以克服匯編語言程序的可讀性和可移植性差的不足，縮短開發(fā)周期。 ③低功耗低電壓，進(jìn)一步降低功耗，開發(fā)低電壓 DSP 內(nèi)核（例如 TMS320C5402為 ， ），使其更適用于個(gè)人通信、便攜式計(jì)算機(jī)和便攜式儀器儀表。 隨 著現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展，預(yù)計(jì)其發(fā)展趨勢可以概括為以下幾點(diǎn)： ①發(fā)展高速、高性能的 DSP 器件，當(dāng)前的 DSP 可達(dá) 8000MIPS。 DSP 首先可以構(gòu)建一個(gè)強(qiáng)大靈活的硬件平臺和軟件基礎(chǔ)，然后集成各種軟件，其中可以包括標(biāo)準(zhǔn)算法、驅(qū)動(dòng)、協(xié)議和應(yīng)用等。目前 DSP 開發(fā)工作中的 80%以上已是軟件工作。 DSP 不僅可以集成閃存、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和多種接口，還可以集成 CPU核心、視頻和音頻接口。此外， DSP 結(jié)構(gòu)體系的多樣性使得 DSP 可以在嵌入式應(yīng)用方面挑戰(zhàn)微處理器CPU，在數(shù)字控制方面可挑戰(zhàn)單片機(jī) MCU。 DSP 三大要素與其市場拓展息息相關(guān)，即性能、價(jià)格和功耗。目前，盡管液晶顯示模塊種類繁多，但其結(jié)構(gòu)及控制方法是 一樣的，本 次畢業(yè)設(shè)計(jì)將 以常用的 128 64液晶顯示模塊 FYD128640402B為例介紹液晶顯示模塊的工作原理及其與 DSP TMS320LF2407的接口技術(shù) [8]。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡潔的多，且該模塊的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊[7]。也可完成圖形顯示。 FYD128640402B液晶顯示模塊簡介 FYD128640402B是一種具有 4位 /8位并行、 2線或 3線串行多種接口方式，內(nèi)不中北大學(xué) 08 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 3 頁 共 40 頁 含有國際一級、二級簡體中文字庫的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊：其顯示分辨率為12864，內(nèi)置 8192個(gè) 16*16點(diǎn)漢字和 128個(gè) 16*8點(diǎn) ASCII字符集。 TMS320LF2407 除了其高速的 CPU 核外，芯片內(nèi)部還集成了ADC 模塊、控制器 局域網(wǎng)絡(luò) CAN 模塊、串行通信接口模塊和 PWM模塊等。 TMS320LF2407是 TI 公司專為電機(jī)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)的 16 位定點(diǎn)數(shù)字信號處理器。 DSP TMS320LF2407 簡介 DSP 即數(shù)字信號處理器 ， 是一種特別適用于數(shù)字信號處理運(yùn)算的微處理器 ， 速度快 ， 功能強(qiáng) ， 廣用于圖形圖像處理、語音處理、儀器儀表、通信、多媒體及軍事 等領(lǐng)域。 本次 畢業(yè)設(shè)計(jì)將給出 TMS320LF2407 型 DSP( 以下簡稱 DSP) 控制 成都市飛宇達(dá)實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn) 的 FYD128640402B 液晶顯示屏的軟硬件設(shè)計(jì)實(shí)例 ， 說明如何通過 DSP 控制液晶顯示模塊 。隨著電子產(chǎn)品向智能化、小型化方向的發(fā)展 ， LCD(液晶顯示器 )模塊逐漸被廣泛用于對體積和顯示模塊功耗有較高要求的各種便攜式智能型儀器儀表領(lǐng)域。 （ 2）隨著測控技術(shù)的發(fā)展 ， LCD 已被廣泛應(yīng)用于各種儀器儀表、電子顯示裝中北大學(xué) 08 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 2 頁 共 40 頁 置等場合 ， 成為測量結(jié)果和人機(jī)對話的重要工具。因而，要實(shí)現(xiàn)復(fù)雜數(shù)學(xué)運(yùn)算，或要進(jìn)行高速數(shù)學(xué)處理的數(shù)字信號處理系統(tǒng)（例如語音識別、圖像實(shí)時(shí)處理、多媒體處理等），就只能使用 DSP 器件才能完成系統(tǒng)功能，例如目前迅速發(fā)展的軟件無線電技術(shù)、移動(dòng)通信技術(shù)和多媒體技術(shù)，就是 DSP 器件數(shù)字信號處理能力的最好證明。 DSP 芯片是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的微處理器。 自 IEEE DSP Comm于 1979年推出第一個(gè)信號處理軟件包以來，有相當(dāng)多的應(yīng)用系統(tǒng)都是以 PC機(jī)為基本系統(tǒng)開發(fā)完成的。 ②微電子科學(xué)與技術(shù)上的進(jìn)步，使得數(shù) 字信號處理的實(shí)現(xiàn)得到技術(shù)上的保障，隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展， DSP 處理器的性能也在迅速地提高。 DSP 技術(shù)的發(fā)展得益于以下兩個(gè)方面： ①數(shù)字信號處理的理論和方法在近年得到迅速發(fā)展。中北大學(xué) 08 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 1 頁 共 40 頁 1 引言 研究背景及意義 （ 1）自從 20 世紀(jì) 70 年代微處理器誕生以來，信號處理技術(shù)就沿著以計(jì)算機(jī)為代表的 CPU、以單片機(jī)為代表的微控制器 MCU 和 DSP 處理器這三個(gè)方向發(fā)展。這三類處理器在發(fā)展過程中，在技術(shù)上相互借鑒，同時(shí)又有各自的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。以離散傅里葉變換和小波分析為代表的信號頻譜分析、聲音和圖像處理技術(shù)、多媒體技術(shù)等的發(fā)展，為各種實(shí)時(shí)處理的應(yīng)用提供了理論和算法上的基礎(chǔ)。工藝水平、性能大幅度提高，功耗、體積和成本卻大幅度下降 [1]。使用 PC機(jī)完成 DSP系統(tǒng)的缺點(diǎn)是系統(tǒng)體積大，同時(shí)由于系統(tǒng)采用的是微處理器和 PIC總線，在考慮操作系統(tǒng)引起的延遲，使系統(tǒng)信號處理速度受到了一定的限制。為了達(dá)到快速進(jìn)行數(shù)字信號處理的目的， DSP 芯片一般具有程序和數(shù)據(jù)分開的總線結(jié)構(gòu)、流水線操作功能，單周期完成乘法的硬件乘法器以及配有適用于數(shù)字信號處理的指令集等。 目前市場上的 DSP芯片以美國德州儀器公司（ TI）的 TMS320系列為主，該公司的 DSP芯片形成一個(gè)功能、門類較為齊全的大“家族”，已形成一個(gè)具 有較大潛力的產(chǎn)業(yè)和市場 [2]。液晶顯示器 (LCD) 具有重量輕、耗能小、工作電壓低、無輻射、顯示信息量大等優(yōu)點(diǎn) [3]。 DSP(數(shù)字信號處理器 )以其優(yōu)化的硬件結(jié)構(gòu)、高效的指令系統(tǒng)、靈活的編程能力等優(yōu)點(diǎn) ， 使其在高速實(shí)時(shí)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用 [4]。 同時(shí) ， 由于程序采用系統(tǒng)設(shè)計(jì) C語言 ， 因此對其他型號的 DSP 與 LCD 接口設(shè)計(jì)和控制實(shí)現(xiàn)也有一定的參考價(jià)值 。液晶顯示器由于具有功耗低 、 價(jià)格低、驅(qū)動(dòng)電壓低、接口方便、使用壽命長等特點(diǎn)以及優(yōu)越的字符和圖形顯示功能 ， 在各種圖顯示、人機(jī)交互中得到廣泛應(yīng)用 [5]。采用高性能靜態(tài) COMS 技術(shù)，使得供電電壓降為 V， 減小了控制器的功耗；具有系統(tǒng)周期為 25 ns 的處理速度，其運(yùn)算速度可達(dá) 40 MIPS，大大提高了控制器的實(shí)時(shí)控制能力。TMS320LF2407 作為一種嵌入式數(shù)字信號處理器，在電機(jī)控制和運(yùn)動(dòng)控制等測控系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用 ， 特別是人機(jī)接口的設(shè)計(jì)是以 TMS320LF2407 為核心的測控系統(tǒng)的重要組成部分 [6]。利用該模塊靈活的接口方式和簡單方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面，可以顯示 8 4行 16 16點(diǎn)陣的漢字。低電壓、低功耗是其又一顯著特點(diǎn)。 液晶顯示模塊分字符型和點(diǎn)陣型兩種，前者只能顯示常用的字符，點(diǎn)陣型液晶顯示模塊除顯示字符外還能顯示各種圖形和漢字。 DSP 芯片的 現(xiàn)狀與發(fā)展應(yīng)用 目前，雖然 DSP 無論是作為一種成熟的技術(shù)還是一種成熟的產(chǎn)品均已成為數(shù)字時(shí)代的主流之一，但是其市場化拓展還存在巨大的空間。 DSP 的性能越來越高，但功耗和價(jià)格越來越低。 DSP 既有追求高性能并行結(jié)構(gòu)，也有追求低功耗的節(jié)電核心。但軟件可編程性始終是 DSP 市場拓展的關(guān)鍵。數(shù)字信息產(chǎn)品中需要應(yīng)用到許許多多新的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，其中不少需要經(jīng)過不斷地完善。 DSP 軟件易于維護(hù)和升級，大量工作可以在線實(shí)現(xiàn)。 ②高度集成化，集濾波、 A/D、 D/A、 ROM、 RAM 和 DSP 內(nèi)核于一體的模擬中北大學(xué) 08 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 4 頁 共 40 頁 數(shù)字混合式 的 DSP 芯片將有較大的發(fā)展和應(yīng)用。 ④開發(fā)專用 DSP芯片，為了滿足系統(tǒng)級芯片的設(shè)計(jì)，開發(fā)基于 DSP內(nèi)核的 ASIC會有較大的發(fā)展。例如 TI 公司的集成開發(fā)環(huán)境 CCS， ADI 公司的 Visual DSP++。 中北大學(xué) 08 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 5 頁 共 40 頁 2 DSP 芯片 TMS320LF2407 和液晶模塊 FYD12864－ 0402B 的特 性和工作原理 DSP 芯片 TMS320LF2407 的特性及工作原理 DSP 芯片 TMS320LF2407 的特性 TMS320LF2407 是 TI 公司所有 24x 系列中最新，功能最強(qiáng)且價(jià)格相當(dāng)?shù)土囊环N MCU，出了具有強(qiáng)化的乘法運(yùn)算處理 DSP 操作外，實(shí)際與與一般的單片機(jī)相似。 （ 1） TMS320LF2407 內(nèi)核 CPU： ① 32 位的算術(shù)邏輯 ALU單元。 ③ 具有 16 16 位的乘法器，其結(jié)果可與累加器 ACC 內(nèi)相加。 ⑤ 操作并同 時(shí)處理左右移的乘除 2 次方運(yùn)算。 ② LF2407 內(nèi)部具有 32K 的 16 位快速閃存（ Flash）記 2K 16 位的 SARAM。 ④ 外部存儲器空間的配置。 （ 3）程序執(zhí)行控制 ① 4 層的流水線操作（ Line Operation）。 ③ 6 個(gè)外部中斷、電源保護(hù)中斷、復(fù)位、 NMI 及三個(gè)可屏蔽的中斷。 ② LF3407 有 4 個(gè) 6 種模式的一般用途定時(shí)器，包括連續(xù)加數(shù)、連續(xù)加減數(shù)、單一加數(shù)、單一減數(shù)、方向式的加減 計(jì)數(shù)等模式。 （ 5） 雙組 10 位模擬 /數(shù)字轉(zhuǎn)換外設(shè)電路 ADC： LF2407 具有 16 個(gè)多路轉(zhuǎn)接 ADC 通道， ADC 轉(zhuǎn)換速度約為 500ns。 （ 7） 串行同步接口 SCI 端口及 SPI 端口。 （ 9） 鎖相 PLL 的倍頻工作時(shí)鐘。 （ 11） 具有 JTAG 接口作程序調(diào)試及閃存程序存儲器的擦除及寫入。