DSP课程设计报告书基于TMS320VC5402与单片机的数据处理系统设计

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1、湖湖 北北 民民 族族 学学 院院 科科 技技 学学 院院信信 息息 工工 程程 系系DSP 课课 程程 设设 计计 报报 告告书书题目: TMS320VC5402 与单片机接口的设计 专 业： 电气工程 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 信息工程学院课程设计22010 年 6 月 25 日信息工程系课程设计任务书学 号学生姓名专业（班级）设计题目基于 TMS320VC5402 与单片机的数据处理系统设计设计技术参数HPI 口可用 8 bit 数据线传输 16 bit 的数据电源电压 3.8V设计要求（1）绘制系统框图(VISIO)，采用 C5402+51 单片机方案；（2）包括电源

2、设计、复位电路设计、时钟电路设计、存储器设计、人机交互接口电路设计、JTAG 接口设计等，用 Protel 软件绘制原理图和 PCB图；（3）实现 DSP 与 PC 通信、DSP 与 51 单片机通信；（4）给出程序流程图，编写部分程序。工作量字数：4434图片：7 张工作计划14 周先完成电源设计，15 周完成时钟电路及复位电路，16 周完成程序设计参考资料1 孟菊,王金海,赵雷新,张丽丽.基于 ARM 和 DSP 的嵌入式智能仪器系统设计J.微计算机信息,2006,22(6-2):198-200.2 侯丽华.基于电力载波的电能质量监测系统J.微计算机信息,2006,22(12-1):120

3、-122.3 王彬,王冰峰.ARM 与 DSP 的通信接口研究和设计要点J.工业控制计算机,2007,20(2):23-24.4 戴明桢,周建江.TMS320C54X DSP 结构、原理及应用M.北京:北京航空航天大学出版社,2001.信息工程学院课程设计3指导教师签字2010 年 6 月 25 日 信息工程学院课程设计4学生姓名： 学号： 专业（班级）：电气 11 班课程设计题目： TMS320VC5402 与单片机的数据处理系统设计 指导教师评语： 成绩： 指导教师： 年 月 日信息工程学院课程设计5基于基于 TMS320VC5402TMS320VC5402 与单片机的数据处理系统设计与单

4、片机的数据处理系统设计摘要摘要：通过分析了 TMS320VC5402 的特点以及 DSP 设计原则，实现了 TMS320VC5402 与C51 单片机的串行通讯方法。利用单片机作为 DSP 的主机实现快速 HPI 接口的数据交换和DPS 系统程序的主接线口引导的设计过程。关键词关键词：DSP，单片机，HPI 主机接口AbstractAbstract: This paper presents a method applied in serial communication between a TMS320VC5402 DSP and a C51 single-chip Microprocesso

5、r. The hardware circuit and software programming are discussed in detail.KeyKey wordswords: serial-communication; DSP; single-chip microprocessor目目 录录信息工程学院课程设计6引言引言.5 51 1、最小应用系统构成、最小应用系统构成.7 71. 1 电源 .71. 2 时钟电路 .81. 3 复位电路 .82 2 、TMS320VC5402TMS320VC5402 的主机接口的主机接口(HPI)(HPI) .10102.1 HPI 结构 .102.

6、 2 单片机与 DSP 的数据交换.112. 3 单片机实现外部接口电路 .113 3 、 系统的软件设计系统的软件设计.12123. 1 HPI 引导程序设计 .123.2 89C51 的部分程序设计.133.3 系统实现功能主程序 .144 4、结束语、结束语.15155 5、参考文献、参考文献.1616信息工程学院课程设计7引言引言TMS320VC5402 ( 以下简称 VC5402) 是 TMS 家族的定点数字信号处理芯片 ,是为实现低功耗、高性能而设计的 ,它主要应用于传真、个人通信、语音编码等无线通信系统中。它的主要优点有:1.优化的 CPU 结构 ,内部有一个 40 位的算术逻辑

7、单元(ALU),两个 40 位的累加器一个 40 位的桶形移位寄存器 ,一个 1717 的并行乘法器和一个专用 40 位加法器,一条程序总线 ,三条数据总线和四条地址总线。此外 ,还采用六级流水线深度进行数据传输和指令运算。 2.运算速度高。指令周期为 10/12. 5/15/20/25ns ,运算数度达到100MHz.3.高效的指令集,可快速的执行特殊算法。4.低功耗方式 ,采用 3. 3V 和 1. 8V 双电源供电,有三种功耗方式.5 片内外设有可编程等待状态发生器、可编程边界切换开关、含有锁相环的时钟发生器,可编程定时器.6.有两个多通道缓冲串口 McBSP 、一个数据交换主机接口 H

8、PI 接口。 方便系统设计,我们把习惯把系统进行模块化 ,本文设计一种基于单片机的最小系统 ,开放所有的硬件端口 ,在系统设计时作为基本模块使用 ,从而实现不同的应用功能。信息工程学院课程设计81 1、最小应用系统构成、最小应用系统构成在进行 DSP 系统设计时,我们把硬件系统分为硬件应用系统和硬件仿真系统。应用系统和仿真系统的最根本区别是系统能否独立运行。应用系统采用外部存储器保存系统运行需要的程序,在启动时能够把程序引导到内部存储器中,使系统能够独立运行。而仿真系统只是能够通过 JTAG 仿真接口连接计算机进行程序下载,使 DSP 在仿真条件下运行,这种系统不能单独使用,但对程序仿真,以及

9、设计的初始阶段都大量使用。不管是 DSP 应用系统或是仿真系统同样都必须包含电源、时钟和复位电路,除此之外最小仿真系统还包括有 JTAG 仿真接口、仿真器,最小应用系统包括有扩展程序存储器、BOOTLOADER 引导方式。系统框图如图 1 所示。DSPVC5402电源时钟、复位显显示示及及按按键键单片机89C51 图 1 系统结构框图1.1. 1 1 电源电源VC5402 采用双电源供电,以获得更好的电源性能,工作电压为 3. 3V 和 1. 8V。其中,1. 8V 主要为该器件内部逻辑提供电压,包括 CPU 和其他所有的外设逻辑。与 3. 3V 供电相比,1. 8V 供电可以大大降低功耗。外

10、部接口引脚仍然采用 3. 3V 电压,便于直接与外部低压器件连接,应该注意电压的转换,在本设计中跟外部 5V 电压的 TTL 的器件正常连接,而无需额外的电平转换电路。单片机 89c51 采用的是 5V 电源供电,不影响其于 VC5402 的连接以及数据交换。VC5402 由于有两个电源,需考虑内部电源的上电次序,在理想的情况下,DSP 芯片上的电源同时加电,但基本上很难实现这点,因此应先对外部接口加上 3. 3V 的电源,然后加 1. 8V 的内核电源1 。为了能够让电源设计方便 TI 公司也生产为方便 DSP 设计的电源芯片。TI 公司生产的 TPS73xx 系列芯片是满足 DSP 而设计

11、的,电源输出电压稳定,输出电压可调等特性。如 TPS73HD301、TPS73HD325、TPS73HD318 以及 TPS73HD318 等。电源设计如图 2 所示。信息工程学院课程设计9RETSE NCEVOUT 1VOUT 2GNDEN1IN2INRETSE NCEVOUT 1VOUT 2GNDEN1IN2INVCCVCCC2CAPC1CAPR1RES2R2RES2R3RES2R4RES2DVDDC3RESETC4图 2 电源设计1.1. 2 2 时钟电路时钟电路时钟是一个系统的核心,时钟信号的好坏直接决定了系统的稳定性,VC5402 提供了内部和外部两种方式的时钟发生模式。芯片的主频为

12、 100MHz ,如果直接用外频输入,使得外部频率高,电路复杂,实现较困难。使用内部 PLL ,外部时钟频率只需要 1020MHz ,设计电路简单,只需在时钟引脚 X1 和 X2PCLKIN 连接一个无源晶振,如图 3 所示。CAPCAPCRY STA LX 1X 2图 3 时钟电路对于晶振的大小没有特别要求,DSP 有一组引脚 CLKMD1CLKMD3 可以用来调整工作频率的高低。倍频系数如表 1。表 1 倍频系数CLKMD1 CLKMD2 CLKMD3 CLKMD(复位值) 时钟模式 0 0 0 E007H PLL 15 0 0 1 9007H PLL 100 1 0 4007H PLL

13、51 0 0 1007H PLL 21 1 0 F007H PLL 1 1 1 1 0000H 1P2 (PLL 禁止) 1 0 1 F000H 1P4 (PLL 禁止)0 1 1 预留1.1. 3 3 复位电路复位电路复位电路对微处理器的系统设计是必须的,复位电路也非常简单,需要上电复位、手动复位以及自动复位三部分。系统中单片机和 DSP 都需要连接复位电路,复位就是让微处理器上电后保持 2 个 CLOCKOUT 时间周期以上的低电平,使系统内部的寄存器初始化。自动复位信息工程学院课程设计10电路在电源部分给予提供,图 4 简单提供上电复位和手动复位的实现。RES2RES2CAPSW-PBV

14、 CCT O RESE T图 4 手动复位电路信息工程学院课程设计112 2 、TMS320VC5402TMS320VC5402 的主机接口的主机接口(HPI)(HPI)2.12.1 HPIHPI 结构结构HPI(主机接口)在 TMS320VC5402 芯片上，内部有数据寄存器(HPID)，控制寄存器(HPIC)及地址寄存器(HPIA)。HPI 口可用 8 bit 数据线传输 16 bit 的数据，并可通过设置控制寄存器的相关位来控制高 8 位和低 8 位传输。HPI 有两种工作方式：一种是主机独占模式 (HOM)； 另一种是主机和 TMS320VC5402 共享模式(SAM)。其中 SAM

15、是通用方式，二者都可寻址 HPI 存储器(DARAM)。当二者产生冲突时，主机具有较高的优先权，而在TMS320VC5402 插人一个等周期。通过 HPI 传输的数据率是每 5 个 CLKOUT 时钟周期传输 1字节。HMS320VC5402 芯片中 HPI8 的内部结构逻辑如图 5 所示。HPI C_regi sterHPI -8HPI D _regi sterHPI D _regi sterHPIControlLogi c54X on-chi pRAMI nterfaceControlSi gnal sHD （7-0）16位16位DM A_bus16位54X data bus54X add

16、ress bus图 5 HPI8 的内部结构逻辑HPI 通信主要是通过对 HPIA、HPIC 和 HPID3 个寄存器赋值来实现的。简单地说，HOST 通过外部引脚 HCNTL0 和 HCNTLl 选中不同的寄存器后，就将当前 8 位数据发送到该寄存器中了。由于 HPIC 是 16 位寄存器，而 HPI 口总是传送 8 位数据宽度，所以用 HOST 向 HPIC 写数据时，需要发送两个一样的 8 位数据。对 TMS320VC5402 来说，仅低 8 位有意义。当地址寄存器 HPIA 选择后，直接向它写数据就可以了，但是要注意 MSB 和 LSB 的顺序。另外，HPIA 具有自动增长的特性，即在

17、每写入一个数据前和每读一个数据后 HPIA 都会自动加 1。这样，如果使用了该功能，只需设定一次 HPIA 即可实现连续数据块的写入和读出，只是在实现时，数据应首先从主机发到 HPID 中，然后再根据 HPIA 指定的地址把 HPID 中的数据再写到片内 RAM 的地址中。信息工程学院课程设计122.2. 2 2 单片机与单片机与 DSPDSP 的数据交换的数据交换主机接口 HPI 是 DSP 的一种新型接口,VC5402 提供了一个增强型的主机接口。主机接口是一个 8bits 的并行端口,主机通过它可以直接读写 DSP 内部的一段 RAM,这段公用RAM 是一段 2K 字的双口 RAM,主机

18、可以随时访问,DSP 访问这段 RAM 时和其它 RAM 一样,当同时访问同一地址时,主机优先。HPI 能够快速的实现数据交换,共有两种工作模式,当HPI 工作在 SAM(共享模式) 时,单片机和 DSP 同时访问 HPIRAM;HOM 为主机单独访问模式,此时只有单片机能访问 HPI RAM。当时钟为 100MHz 时,SAM 模式最高可提供160MbPS 的主机访问速率,HOM 模式最高可提供 400MbPs 的主机访问速率3 。单片机与 HPI 接口的连接简单,把单片机的 P0 跟 VC5402 的 HD0 相连接,单片机的 P2 (06) 分别跟 VC5402 的 HCS 与 HDS2

19、、HRPW、HCNTL0、HCNTL1、HBIL 、HRDY、RS 相连接以及单片机的 INT1 与 VC5402 的 INT2 相连接,如图 6 所示p0(0-7)p2.0p2.1p2.2p2.3p2.4p2.5INT 1p2.6V CCG ND89C51H D(0-7)H CSH DS2H R/WH CN T L0H CN T L1H BILH RD YINT 2RSG NDV C5402V CC图 6 单片机与 DSP 连接电路2.2. 3 3 单片机实现外部接口电路单片机实现外部接口电路对于一个完善的系统,必须要有人机操作的界面,容易实现人机的交互。单片机是一个微控制器,有大量的开放端

20、口,能够简单实现外接键盘和 LED 显示。信息工程学院课程设计133 3 、 系统的软件设计系统的软件设计该系统的软件设计主要包括两部分即系统功能实现的主程序以及系统的引导程序。3.3. 1 1 HPIHPI 引导程序设计引导程序设计由于 HPI 口只能访问 2K 的内部 RAM,对于 DSP 小系统而言,主要程序若是严格按照汇编格式编写程序,这 2K 的程序空间也是足够的。当系统的程序小于 2K 时,实现程序引导非常方便,HPI RAM 有 2K 字, 完全可以容纳应用程序。89C51 内部有 8K 的程序存储器空间,由于89C51 中的存储器的数据格式是 8 位的 ROM 而 VC5402

21、 内部 ROM 为十六位的数据格式,单片机的数据经过 8 位的主机接口的两次分别传送给一个内部地址的高低 8 位,因此 2K 的 HPI RAM 需要单片机 4K 的内部 ROM,89C51 有足够的 ROM 来满足系统的需求。将设计好的程序写入 89C51 的存储器中,首先将编写好的程序进行分段,分成四部分:程序引导部分、程序数据转移部分、系统工作的主程序部分以及单片机实现数据交换及接口部分程序;然后进行编译,生成. obj 文件的;再通过链接器生成. out 文件,该文件为仿真应用文件,单片机不能识别不能直接下载; 最后将. out 文件生成. HEX 文件,通过编程器写到 89C51 中

22、。具体实现步骤如图 6 所示,上电复位时,首先复位后主机将 VC5402 进入微控制器状态,DSP 检测 INT2 (与 INT 相连)是否有中断的到来(即 IFR 的相应位置位) ,判断有无 HPI 引导;然后初始化主机接口寄存器 HPIA、HPIC 及 HPID ,规定传输格式和数据内容;再向VC5402 的 HPI RAM 空间写程序,其中程序包括 DSP 的启动程序和工作的主程序;最后VC5402 进入特定模式,转移主程序,让 HPIRAM 为数据交换用,引导程序结束。上电复位单片机发送中断是否为D SP主机引导初始化HPI 寄存器检测其他引导方式发送数据至HPI RAM数据是否发送完

23、毕单片机执行等待数据交换D SP开始工作是否是否图 6 主机接口程序图信息工程学院课程设计143.23.2 89C5189C51 的部分程序设计的部分程序设计AT89C51 的部分汇编源程序所完成的功能包括初始化串口、初始化 HPI 接口、从串口接收命令字(包括 16，bit 地址和 8，bit 数据)、通过 HPI 接口读取 DSP 的相应内部存储器，并发送到串口、以及等待接收下一次的命令等，其具体汇编程序代码如下：ORG 0000HAJMP MAINORG 0003H;INTO 中断子程序RETIORG 0030HMAIN:；设置串口MOV SCON ,#50HMOV TMOD, #20H

24、MOV TH1, #0FDHMOV TL1;初始化 BOB，清 HINTMOV A, #08hMOV DPTR, #0000hMOVX DPTR, AMOV DPTR, #0400hMOVX DPTR, ASetAddress：；从串口读高地址位CLR T1JNB RI, $MOV A, SBUFCLR RI;写 HPIA 低地址MOV DPTR, #0600hMOVX DPTR, A;从串口读低地址位JNB RI, $MOV A, SBUFCLR RI;写 HPIA 低地址MOV DPTR, #0600hMOVX DPTR, A;从串口读数据长度JNB RI, $MOV A, SBUFCLR

25、 RIMOV RI,A;读 DSP 内部存储区并发送到串口信息工程学院课程设计15ReadHPI:;读高字节并发送MOV DPTR.#1100HMOVX A,DPTRMOV SBUF,AJNB TI$CLR TI;读低字节并发送MOV DPTR, #1500hMOVX ACPTRMOV SBUF, AJNB TI, $CLR TIDJNZ RI , ReadHPT;再次取地址AJMP SetAddressEnd3.33.3 系统实现功能主程序系统实现功能主程序当主机接口将引导程序从单片机中全部转移到 HPI RAM 时,系统开始工作。但此时进入特定模式,把程序 1000H 单元开始的 HPI

26、RAM 空间转移到另外的内部程序存储器中,清空 HPI RAM 空间作为数据交换时使用。此时进行主程序进行工作,主程序主要包括数据交换和数据处理。信息工程学院课程设计164 4、结束语、结束语DSP 与单片机之间有许多连接方式， (例如利用双口 RAM 或者通过串口)，但是它们都要占用 DSP 的处理时间，这在要求苛刻的场合可能会影响到系统的实时性。而 HPI 接口则通过 DSP 片内的 DMA 控制器来访问片内存储器，它不需要 DSP 的干预。可以说，HPI 接口是DSP 的一个后门，单片机通过这个后门可以访问到 DSP 的片内存储器。只有当 HPI 接口和 DSP 同时对同一地址进行访问时

27、，由于 HPI 具有访问优先权，这时 DSP 的执行大会被延迟一个周期，而这种情况对系统实时性的影响是非常小的.信息工程学院课程设计175 5、参考文献、参考文献1 孟菊,王金海,赵雷新,张丽丽.基于 ARM 和 DSP 的嵌入式智能仪器系统设计J.微计算机信息,2006,22(6-2):198-200.2 侯丽华.基于电力载波的电能质量监测系统J.微计算机信息,2006,22(12-1):120-122.3 王彬,王冰峰.ARM 与 DSP 的通信接口研究和设计要点J.工业控制计算机,2007,20(2):23-24.4 戴明桢,周建江.TMS320C54X DSP 结构、原理及应用M.北京:北京航空航天大学出版社,2001.5 TMS320VC5402 and TMS320UC5402 BootloaderZ.Texax Instruments,2002,2.6 S3C2410 User ManualZ.Sam sung Electronics.