DSP2812硬件电路设计.docx

1、DSP2812硬件电路设计 【摘要】针对32位定点TMS320F2812芯片的硬件电路扩展设计。设计主要包括供电电源芯片、复位电路、晶振、模数转换电路、数模转换电路、外部存储器扩展电路设计、接口芯片等；本文介绍了该DSP硬件电路设计的简要过程。【关键词】DSP2812；硬件；电路设计1.引言近年来，随着现代信息技术的飞速发展，数字信号处理技术已经广泛应用在电子、通信、计算机等众多领域，成为最热门的技术之一。数字信号处理器DSP的功能日益强大，技术不断升级，系统不断完善，DSP技术的应用和普及，已经成为不可逆转的潮流。数字信号处理器（digital signal processors）简称DSP

2、，在20世纪80年代就已很成熟，在较多的应用领域中逐渐取代传统的采用模拟信号进行设计与分析来处理设备和控制器同时使用模拟器件实现的模拟信号处理系统。数字信号处理技术和设备相对于模拟信号处理系统要更具灵活性、精确性、较强的抗干扰性、处理速度快、稳定的性能、设备尺寸更小、便于升级等优点。它在通信、医疗、航空航天、军事、工业等方面得到了广泛的应用；该文章本着应用的普遍性而设计DSP硬件电路。2.硬件设计方案图1 硬件设计方案总体框图2.1 电源芯片电路TMS320F2812芯片所需的电压等级有多种，分别是1.9v、3.3v；外围电路所需电压分别有正负10v、正负15v、模拟5v、数字5v。3.3v供

3、电用芯片为TPS75733电源转换5v到3.3v，其电流输出可达3A；主要提供I/O模拟电源、ADC模拟电源以及Flash核电源还有总线收发器74AHC245；具体电路见图2.1。其中C37、C27和C32都是作为滤波电容。图2.1 3.3V供电电路另外由于系统中的DSP要承担大量数据计算，内核频繁的转换会使系统功耗大大增加，所以降低内部CPU的核心工作电压可以大大降低系统功耗，DSP的内核工作电压是1.9V；用TPS76801QDR（DC-DC）电压调节器3.3v转1.9v输出电流可达1A具体电路见图2.2。其中C1、C2为滤波电容。图2.2 1.9V供电电路的推荐值是30.1、那么根据：=

4、计算的=18.2。图2.3电路为输入5v输出15v主要供给AD7656、DAC7744芯片等。图2.3 15V供电电路2.2 复位电路DSP复位电路，对整个系统有不可忽视的作用；系统的及时复位，在系统运行中出现故障时能够有效的保护重要数据并及时重启系统快速恢复正常，从而避免一些不必要的损失。对于复位电路，应确保复位低电平时间足够长（一般20ms以上），使DSP系统可靠复位，同时复位电路还需稳定、可靠，防止误复位。故此我们选用芯片TPS3823-33DBVT（延迟时间200ms）作为复位芯片复位电路，拥有上电复位、手动复位；具体电路见图2.4.其中C67作为滤波电容。图2.4 复位电路2.3 晶

5、振电路DSP芯片内部一般有自己的时钟系统。为了满足开发的需要，允许用户自行配置特定频率，尤其是时序的频率/周期有严格要求时。这样外接一个晶振就可以随意配置工作频率了。本原理图无源晶振引脚出并联两个电容C66和C68是两个起振电容为了形成回路，方便起振，具体电路见图2.5。图2.5 晶振电路2.4 D/A数模转换电路数模转换器DAC774共有16位数据输入，4路输出；DAC7744左侧与DSP数据线相连接，右侧四路模拟信号输出通过INA105和REF102实现正负10v的输出参考，见图2.6和2.7。图2.6DAC7744的控制：通过DSP的地址总线XA（1）、XA（2）、XZCS0AND1（X

6、INTF区域0和1的片选）、实现对该芯片的逻辑控制。图2.7DAC7744的控制逻辑：这时候，相应的四个DA通道的地址分别是：unsigned int * DA_CHANNEL0= （unsigned int *） 0x2c00；unsigned int * DA_CHANNEL1= （unsigned int *） 0x2c04；unsigned int * DA_CHANNEL2= （unsigned int *） 0x2c02；unsigned int * DA_CHANNEL3= （unsigned int *） 0x2c06。2.5 A/D模数转换电路A/D采样芯片根据的是DSP系统

7、处理的模拟信号带宽。采样定理表明采样频率必须大于被采样信号带宽的两倍，通讯信号的带宽一般为25kHz，语音信号为几kHz几十kHz，图像信号可达8MHz。两片AD共12通道同时采样、每通道250KSPS转换率、模拟输入为10v/15v可选。A/D输入信号还需要经过一些滤波处理，应用的是LM2902M内嵌四个独立放大器，具体电路见下图（附图2.8了四路输入信号AIN00-AIN03）总共三片LM2902也就是12路。图2.8 输入滤波处理电路而每一片AD76566路输入、那么两片AD7656也就是12路输入。输出16路数据线与DSP数据线相连接。AD7656的控制：PF12、O1a、XRD三个控

8、制信号。在确定AD与DSP的连接电路之前，我们先简单了解下AD大致工作原理图2.9 AD工作时序图CONVST A，B，C，上升沿对所选ADC启动同步转换，转换时间为3us；BUSY高电平时忽略任何CONVST边沿，变为低电平是表示转换结束，CS、RD同时低电平时，使能输出通过16根数据总线；由上述以及对DSP的一些了解得出：DSP连接2片AD具体硬件连接见图2.10。图2.10 A/D模数电路SN74LS139是内嵌两个二四译码器的芯片；左侧有DSP的地址线：XA（8）、XA（9）、XA（3）、XA（4）和DSP的片选信号：XZCS2（XINTF区域2的片选）和XZCS0AND1（XINTF

9、区域0和1的片选）、右侧输出作为控制信号的O0a、O1a、O0b、O1b、O2b、O3b；分别作为的控制两片AD7656和四片74AC16373（具有三态输出的16位透明D类锁存器）。因为，我们选用的是ZONE0/ZONE1的片选信号，ZONE0的寻址范围是0x200000x3FFFF，而我们用地址线XA8和XA9来片选AD芯片（10对应AD0，11对应AD1），其地址相应的选为0x2a00和0x2b002.6 存储器SRAM、Flash、EEROM2.6.1 SRAM在TMS320F2812的内部拥有两块4K16位、一块8K16位、两块1K16位的单周期访问RAM，为了满足将来更复杂、更精确

10、的运动控制需要，在本设计中对TMS320F2812外扩了一个512K16位的静态RAM。在该设计中选用了IS61LV51216芯片，这是一种512K16位的高速静态RAM芯片。该芯片使用了高性能的CMOS技术，使其运行速度快、功耗低。当CE引脚为高电平或悬空时，该芯片处于待机模式，此时芯片功耗可降低到CMOS的输入水平。通过芯片使能引脚CE和输出使能引脚OE使内存扩展变得很方便，这两引脚都为低有效。写使能引脚WE低有效，它控制了存储器的读和写。对数据高、低字节的访问由高字节使能引脚BHE和低字节使能引脚BLE控制着，右侧和DSP的数据线相连接，地址线和DSP地址线相连接；具体见图2.11。图2

11、.11 SRAM电路2.6.2 FLASH在TMS320F2812的内部拥有128K16位的Flash存储器，但为了实现将来更复杂的算法、更精确的控制，在本设计中对TMS320F2812外扩了一个512K16位的Flash存储器。外扩的Flash存储器我选用的是SST39VF800A芯片。该芯片所需的工作电压为2.7V-3.6V，在本设计中使用3.3V电源为其供电。它提供了14微秒的典型单字编程时间。它可使用10000次，且数据可保存100年以上。我选用的该芯片为48引脚，且为贴片封装。SST39VF800A芯片是通过调用函数来操作。而指令被用于设备存储器的操作函数的初始化，并且指令是采用标准

12、的微处理器时序写入设备的。当CE保持为低时，WE也为低，则指令被写入。地址总线在WE或CE的下降沿被锁存（两者中的后者），而数据总线在WE或CE的上升沿被锁存（两者中的前者）。对SST39VF800A的读操作是通过CE和OE来控制的，并且两者都必须同时为低时才能从TMS320F2812的输出口读取数据。CE用于设备的选择。当CE为高电平时，芯片不被选中且只有待机消耗。OE用于控制数据的输出。无论CE和OE中的任一为高电平时数据总线呈现高阻状态。图2.12 FLASH电路图中SST39VF800A芯片的19根地址线引脚与TMS320F2812芯片的19根地址线引脚相连，SST39VF800A芯片

13、的16根数据线引脚与TMS320F2812芯片的16根数据线引脚相连。SST39VF800A芯片的9、12、13、14、15、47引脚悬空，27、46引脚接系统数字地，37引脚接系统的3.3V电源，在该电源接入前先经过0.1uf电容滤波。SST39VF800A芯片的26引脚与TMS320F2812芯片的88引脚XZCS2相连，由TMS320F2812决定是否使能SST39VF800A使用外扩Flash。SST39VF800A芯片的11与28引脚与TMS320F2812的84（XWE）、42（XRD）引脚相连，由TMS320F2812控制SST39VF800A的写与读。2.6.3 EEPROM在

14、TMS320F2812的内部拥有128K16位的ROM，在本设计中对TMS320F2812外扩了一个64K的串行总线的EEPROM。在本设计中选用的EEPROM芯片型号为AT25080N，容量为1K*8BIT；该芯片所需的供电电压范围为2.5V到5.5V，因此我使用3.3V的系统电源为其供电。F2812的SPI的模块可以和AT25080无缝接口，其中SPI模块处于主模式，AT25080处于从模式，具体接口如图2.13所示。图2.13 SPI接口电路2.7 外设接口（串行通信RS232、JTAG口）2.7.1 串行通信接口RS232TMS320F2812的串口可支持16级的接收、发送FIFO，从

15、而减少了串行通信时对CPU的开销。TMS320F2812的SCI模块使用的是标准非归0数据格式（NRZ），可与CPU或是其它的通信数据格式相兼容的异步外设数字通信。在不使用FIFO时，TMS320F2812的SCI接收器与发生器用双级缓冲来传送数据，它们有自己的独立使能与中断位，能单独操作，也可在全双工模式下同时操作。TMS320F2812的SCI模块要对所接收的数据进行间断、极性、超限、帧错误检测，以保证数据的完整。也可对16位波特率控制寄存器编程来配置不同的SCI通信速率。图2.14图2.15TMS320F2812的SCI模块要对所接收的数据进行间断、极性、超限、帧错误检测，以保证数据的完

16、整。也可对16位波特率控制寄存器编程来配置不同的SCI通信速率。TMS320F2812的SCI通信接口具有以下特点：两个外部引脚：SCITXD（SCI数据发送引脚），SCIRXD（SCI数据接收引脚）。在TMS320F2812的SCI模块外部使用了SNP202EEN芯片来进行电平转换；SNP202EEN是专为RS-232标准串口通信接口设计的5V单电源供电的收发器，RS232串行通信接口模块具体电路见图2.15。2.7.2 JTAG（Joint Test Action Group）接口设计本设计所使用的TMS320F2812芯片采用了5个1149.1-1990IEEE标准协议和IEEE标准的测

17、试扫描接口，及两个TI扩展接口（EMU0与EMU1）。TMS320F2812芯片的JTAG接口除了需要TRST、TMS、TDI、TDO、TCK五个JTAG信号还有电源信号VCC、接地信号GND。图2.16为TMS320F2812的JTAG接口。图2.16 JTAG接口该接口中TDO、EMU0、EMU1引脚的驱动电流为8mA。在该接口中，由TRST引脚控制仿真器的扫描操作。TMS320F2812的TRST引脚有一个内部下拉电阻并从不被拉高，但该下拉电阻不是很大，并不会成为系统扫描的负载。EMU0、EMU1引脚与TRST引脚同样重要。在驱动小的大负载电路中经常会产生电压的跳变，从而产生噪声波。若不

18、将这些噪声波经过适当的处理就会对芯片产生错误信号，从而发生误操作。TMS320F2812芯片的数据手册中推荐了将EMU0、EMU1引脚经过一个电阻值在2.2K到4.7K的电阻上拉到高位。因此在本设计中选用了两个4.7K的上拉电阻20R、21R连接到3.3V电源上。在5引脚上的3.3V电源旁并联一个0.1uF的电容C63是为了起到滤波作作用。2.7.3 I/O扩展方案a（复用I/O输出端口）：图2.17 复用I/O输出端口电路DIR为高电平时A输入B=ADIR为低电平时B输入A=BDSP的通用IO输出后需要一个起缓冲保护作用的芯片，本文选用了TI公司的SN74 CBTD3384C芯片。该芯片具有

19、如下特点A和B端口具有到-2V的关断隔离，保护集成二极管将5V输入电平转换为3.3V输出双向数据传输，传输几乎无延迟、低通电阻特性（典型值为3?）；Vcc的电压范围为4.5V到5.5V我们用5V。具体电路见图2.18。图2.18方案b（通过复用数据总线）：图2.19 复用数据总线电路74AC16373为16位带锁存。通过二四译码器输出控制端分别作为四片74AC16373的片选信号。*10的锁存信号是DSP的通用I/O引脚：PG05。3.总结原理图的设计是整个设计的基础，而PCB板子的设计是系统是否有良好的抗干扰能力的关键。PCB设计归纳总结如下：DSP与FLASH、SRAM、EEPROM之间是

20、重要的高速数字信号通讯，FLASH、SRAM、EEPOM芯片要尽可能的离TMS320F2812近一些，它们之间的连线要尽可能短，并且是直接连接。模/数分开布局。模拟量信号的器件要尽量集中布置，使得模拟地能在整个的数字地中留出一个独立的模拟信号范围，以免数字信号对其干扰。对那些模数混合的器件，比如D/A转换器，一般将其作为模拟器件来处理，把它放在模拟信号区域内，并提供一个数字信号回路，使数字噪声返回信号源，以减弱数字噪声对模拟信号影响。对时钟信号、片选信号和总线信号，应该尽量远离I/O线与接插件。TMS320F2812的时钟输入很容易受干扰，因此时钟产生器要尽量的靠近TMS320F2812，时钟

21、线尽量短，而晶体振荡器外壳尽力接地。在晶振旁路上加去耦电容，可以减弱高频噪声对其影响，同时还可作为储能元件，吸收和提供系统在开、关瞬间的充放电。4.结语本文针对广泛应用与工业控制领域的TMS320F2812，结合DSP开发经验，详细介绍了其各个功能模块的电路，为不同情况下应用TMS320F2812芯片提供了设计参考。参考文献1苏奎峰，吕强，耿庆峰，陈俭.TMS320F2812原理与开发M.北京：电子工业出版社，2005：04.2Texas Instruments.Recommended Power Solutions for the TMS320F2812 DSP，2003.3周日贵，胡景春，

22、叶水生，邹文栋.定点DSP开发实践J.器件与电路，2003，4.4杨炼，管庆.DSP开发中值得注意的几个问题J.电子产品世界，2003，6.5苏奎峰，吕强，蔡昭权，张永谦，DSP应用系统设计M.北京：北京航空航天大学出版社，2008，05.6陈利平.基于DSP的运动控制硬件设计D.华北水利水电学院硕士学位论文.2011，05.7宋玥，高伟强，阎秋生.基于DSPTMS320C6713控制系统的最小系统板的设计J.现代电子技术，2008，8.8张雄伟，陈亮，徐光辉.DSP芯片原理与开发应用M.北京：电子工业出版社（第3版），2003.作者简介：张帅（1989），男，陕西西安人，在读研究生，主要研究方向：电力电子与电力传动，特种电源与微机控制技术。