任智博，周 浩

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TMS320F2812的最小系統(tǒng)設(shè)計

任智博，周 浩

（海軍工程大學兵器工程學院，武漢 430030）

設(shè)計DSP最小系統(tǒng)的目的是為設(shè)計基于DSP的綜合實驗平臺打下基礎(chǔ)。在設(shè)計過程中，對硬件電路（電源及復(fù)位電路、時鐘電路、JTAG接口電路和串行接口電路）提出一種合理的設(shè)計方案并利用DSP集成開發(fā)工具CCS進行程序編輯和在線仿真測試。經(jīng)仿真可知該電路已實現(xiàn)DSP最小系統(tǒng)的基本功能，為整個實驗平臺的搭建打下良好基礎(chǔ)。

最小系統(tǒng)設(shè)計 數(shù)字信號處理器

0 引言

隨著數(shù)字電路及系統(tǒng)技術(shù)以及計算機技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字信號處理技術(shù)在過去的二十幾年內(nèi)得到飛速的發(fā)展[3]。數(shù)字信號處理器（Digital Signal Processor簡稱DSP）的應(yīng)用逐漸深入到通訊、航空、航天、雷達、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)、人工智能等各個領(lǐng)域，成為具有很大發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)產(chǎn)業(yè)之一。近年來我國軍工行業(yè)在向數(shù)字化、智能化的轉(zhuǎn)型發(fā)展中，大量應(yīng)用DSP系統(tǒng)處理傳感器產(chǎn)生了巨量數(shù)據(jù)，但我們對其原理及使用的研究仍亟待深入，為了更好的服務(wù)教學實踐，我們在教學實踐中成功研制出新型綜合實驗平臺，該平臺采用通用化、標準化模塊化的設(shè)計思想，可廣泛應(yīng)用于數(shù)字信號處理和智能算法應(yīng)用等教學實踐當中。本文的研究對象即為該平臺的DSP最小系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在世界范圍內(nèi)，DSP芯片的主要供應(yīng)商有Texas Instruments（簡稱TI），Motorola，ADI，Lucent和Zilog等公司。其中TI公司是當今世界最大的DSP供應(yīng)商，其推出的TMS320系列是最有影響力的主流DSP產(chǎn)品，該系列與傳統(tǒng)的單片機相比擁有顯著的優(yōu)勢，憑借其性價比高，可靠度好，易于編程實現(xiàn)復(fù)雜控制，廣泛應(yīng)用于需要及時處理能力的場合中。我們要搭建的綜合實驗平臺由于上述優(yōu)點選擇了該系列中的TMS320F2812芯片作為控制核心。該實驗平臺的的設(shè)計內(nèi)容包括軟硬件設(shè)計和系統(tǒng)調(diào)試與功能檢測。

圖1 TMS320F2812LQFP封裝頂視圖

硬件設(shè)計分為兩部分，第一部分是作為核心部分的DSP最小系統(tǒng)設(shè)計：即為使DSP芯片正常工作所需的的最少硬件構(gòu)成。另一部分是外圍電路設(shè)計：該電路在系統(tǒng)基本的功能基礎(chǔ)之上進行補足和擴展。DSP最小系統(tǒng)是最基礎(chǔ)的部分，所以本文以此為切入點進行設(shè)計并完成實驗測試。

2 硬件設(shè)計

DSP最小系統(tǒng)的硬件部分組成有電源及復(fù)位電路、時鐘電路、JTAG接口電路和串口通信電路[4]。

2.1 電源及復(fù)位電路設(shè)計

本系統(tǒng)中的DSP芯片TMS320F2812工作時的需要兩種不同的額定電壓，分別為1.8 V的核電壓和3.3 V I/O口電壓。該芯片對供電電壓較為敏感，所以在電源設(shè)計中選擇電壓精度較高的TPS767D301或TPS767D318。在此，我們選擇了TPS767D318作為電源芯片，該芯片可由5 V電源同時產(chǎn)生兩種不同的電壓（3.3 V、1.8 V或2.5 V），該芯片輸出電流的最大值為1000 mA，除了能夠滿足DSP芯片的用電需求外，還可以少量外圍電路的供電需要，該芯片電路原理圖如圖2所示。該芯片自帶電源監(jiān)控及復(fù)位管理功能，可以方便地實現(xiàn)電源及復(fù)位電路設(shè)計[4]。該部分電路原理圖如圖3所示。

圖3 復(fù)位電路原理圖

2.2 時鐘電路設(shè)計

系統(tǒng)的時鐘電路有外接和內(nèi)接兩種連接方式：外接是指將外部時鐘信號直接連接到X1/XCLKIN引腳上，X2懸空，其優(yōu)點是便于電路連接，信號質(zhì)量較好且相對穩(wěn)定；而內(nèi)接則是在X1/XCLKIN和X2兩個引腳之間連接一個石英晶體，對內(nèi)部信號倍頻，其優(yōu)點是價格便宜。由于在本系統(tǒng)中我們對精度要求較高，所以選擇外接的方式，選取工作電壓3.3 V的30 MHz有源晶振來滿足精度要求。系統(tǒng)工作是通過編程選擇5倍頻的PLL功能，可實現(xiàn)F2812的最高工作頻率（150 MHz）[4]。電路如圖4所示。

2.3 JTAG接口電路設(shè)計

利用JTAG接口連接仿真引腳實現(xiàn)DSP芯片的在線仿真功能。掃描仿真不同于傳統(tǒng)的電路仿真方式，傳統(tǒng)電路仿真方式會出現(xiàn)由于連接電路的電纜線路過長而導致的信號失真及仿真差頭的可靠性差等問題。掃描仿真方式可以實現(xiàn)在線仿真，更方便使用者檢測及調(diào)試。電路圖如圖5所示。

圖4 外部時鐘電路

圖5 JTAG接口電路

2.4 串行接口設(shè)計

在與上位機通信時，由于TMS320F2812中SCI接口采用的是TTL電平，與上位機采用的RS-232C電平不能互相兼容無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，所以與上位機連接時要進行電平轉(zhuǎn)換。參考TI公司的設(shè)計手冊選取MAX232N芯片用以驅(qū)動電路。電路圖設(shè)計如圖6所示。

圖6 RS-232接口電路

3 DSP最小系統(tǒng)仿真實驗

3.1 電路連接及目標板識別

首先要求我們檢查目標板是否連接無誤，在連接正確的前提下上電復(fù)位。利用DSP仿真器進行硬件仿真，進入CCS環(huán)境，識別目標器件，燒寫初始化程序，調(diào)試系統(tǒng)，使目標板處于正常工作狀態(tài)。

3.2 事件管理器產(chǎn)生PWM波功能測試

在TMS320F2812內(nèi)核上集成兩個事件管理器( EVA和EVB )，這兩個事件管理器可以實現(xiàn)多種控制功能，在運動控制、電機控制等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。TMS320F2812的每個事件管理器模塊可以同時產(chǎn)生8路脈寬調(diào)制( PWM )信號，包括3對由完全比較單元產(chǎn)生的死區(qū)可編程PWM信號以及由通用定時器比較器產(chǎn)生的2路獨立的PWM信號[4]。

4 結(jié)語

本文選用TMS320F2812為核心設(shè)計DSP最小系統(tǒng)，該系統(tǒng)經(jīng)實驗證明具備數(shù)據(jù)采集、與PC通信、進行實時數(shù)據(jù)處理等的功能，既滿足了教學需要，又可用于簡單的工程研究，具有一定的實用價值。在最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，我們還可進一步拓展其功能：如增加CAN總線功能及數(shù)字信號處理功能等，盡可能結(jié)合信號系統(tǒng)、電子測量及電機控制等課程特點，形成較完善的典型教學案例[4]。DSP系統(tǒng)發(fā)展的發(fā)展趨勢就是越來越多地用于復(fù)雜系統(tǒng)當中，而要實現(xiàn)這些復(fù)雜的算法和功能，就需要我們更深入地研究其外設(shè)接口從而把最小系統(tǒng)拓展為具有多種功能的通用DSP系統(tǒng)。

[1] 胡海兵, 姚文熙, 江輝鴻. 任意路通用PWM波形發(fā)生器的設(shè)計[J]. 電工技術(shù)學報, 2008, (12): 23-12.

[2]Texas Instruments, TMS320F281x ADC Calibration Reference Guide (Rev.A). 2004.

[3] 顧衛(wèi)剛. 手把手教你學DSP基于TMS320X281X[M]. 北京:北京航空航天出版社, 2011．

[4] 基于TMS320F2812的DSP最小系統(tǒng)設(shè)計[J]. 電氣電子教育學報, 2009, (2): 84-85.

The Minimum System Design of TMS320F2812

Ren Zhibo, Zhou Hao

(Ordnance Engineering College of Naval University, Wuhan 430030, China)

TP302

A

1003-4862（2018）11-0052-04

2018-10-18

任智博（1994-），男，碩士研究生。研究方向：武器制導與控制技術(shù)。E-mail: 826370625@qq.com