DSP硬件系统的设计
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1、题 目：DSP应用系统的硬件设计 学 院： 电气工程学院 学 号： 年级专业： 11级通信工程 姓 名： 指导老师： 目 录1、系统功能简介22、硬件组成33、软件组成44、信号采集与数据分析的电路设计54.1、TMS320C5409简介55、前置放大电路的设计75.1概述75.2、MAX4094简介76、电源电路的设计86.1、MAX68096.2、MAX603097、ADC的选用118、数据处理电路的设计128.1、概述128.2、FLASH和电源芯片的选取138.2.1、TPS767D318138.2.2、SST39VF400A149、基于DSP的数据处理电路设计149.1、时钟电路和复
2、位电路149. 2、电源控制电路1610、C5409与AD芯片数据通讯的电路设计1711、DSP定点运算的基本原理和FLASH程序的烧写20总 结211、 系统功能简介课题的研究对象为地面车辆的地震动信号，由前面介绍的三轴地震动检波器进行采集。采集到的目标信号很微弱，通常只有几个至几十个微伏。如此小的信号必须先经过前置放大和预处理后才能进行后续处理。另外由于原始信号的这种微弱性，很容易被噪声淹没，所以一种低噪声、高增益放大电路也是本系统的重要组成部分之一。为了能有效抑制干扰，对此测量电路应满足以下基本要求：（1）高输入阻抗，以减轻信号源的负载效应和抑制传输网络电阻不对称引入的误差；（2）高共模
3、抑制比，以抑制各种共模干扰引入的误差；（3）零点的时间稳定性和温度稳定性要高，零位可调，或者能自动较零；（4）具有优良的动态特性。基于以上要求，并满足三路信号的同时采集，本系统中采用的电路为三个单片的MAX4094组成多运放仪用放大电路，增益约为104，可单电源+2.7V+6.0V工作，功能可靠，性能稳定，达到了系统期望的要求。在信号经过前置放大和预处理以后，就可以进行分析处理了。本系统中采用DSP进行信号的分析与识别，由于DSP所能处理的信号为数字信号，所以在分析处理之前，必须将模拟信号转化成数字信号，也就是A/D转换。针对于DSP芯片的数据接收特点，采用串行SPI方式进行数据接收，并要求三
4、通道同时采集。本系统采用MAX1246，该芯片为四通道串行数据传输、12位精度、低功耗ADC。采用尾对尾连接方式，完全能够和DSP不加附加电路直接连接，从而简化电路的设计。考虑到本系统的可调试方便，系统的电源使用独立变压器的+5V直流电源，它能够提供给系统稳定的电源保证，由于DSP有两种工作电压要求，一个是+1.8V，一个是+3.3V。所以本系统采用电源芯片为TI公司的TPS767D318。同时考虑到模拟器件（主要是信号放大电路部分）和数字器件（主要是DSP和DSP周边器件）的干扰问题，采用电源芯片MAX860以及电压参考芯片MAX6030和断续放大器ICL7652，为系统提供双向电源V。最后
5、一部分是系统的终端微型计算机处理。采用仿真器将DSP系统与计算机连接起来，可以完成DSP的程序烧写以及与计算机通讯的功能。数据的后期分析与处理可以用计算机来完成。三轴地震动检波器信号调理电路DSP信号分析与目标跟踪电路DSP仿真器+5V电源微型计算机图1.1系统原理框图基于以上分析，基于三轴地震动检波器的目标跟踪系统有以下几部分组成：三轴地震动检波器、信号调理电路、信号分析与目标跟踪电路、DSP仿真器、微型计算机。如图1.1所示，2、硬件组成系统的基础部分是由硬件组成的。随着半导体技术的发展，传统的设计方法有了飞跃性的进步。大量集成芯片的出现使得系统的设计大大简化，而可编程技术的广泛应用则给数
6、字系统的设计带来很大的灵活性。本系统的硬件有中央处理芯片DSP、运算放大电路、信号调理电路以及外围电路组成。硬件电路原理图如图1.2所示。MAX4094MAX1246TMS320C5409MAX680TPS767D318三轴地震动检波器+5V图2.1硬件电路原理框图3、软件组成整个系统的正常工作是建立在硬件体系与软件体系相互配合的基础上的。软件部分可以完成设计的算法部分，它有相当的灵活性，补充完成硬件无法解决的问题。算法的数学模型以由MATLAB完成，为完成算法向DSP的移植，算法体系中的各个模块要用C语言实现。为了缩短DSP系统的开发时间，采用C语言实现MATLAB算法并向DSP移植，利用C
7、CS集成开发环境将C语言转化成汇编语言。使之能在目标板上运行。在编写C语言程序时，采用模块化设计方法。模块化设计方法是一种软件编程方法，是将各个模块程序分别编写、编译和调试，最后一起连接定位。在开发过程中，编写软件所需要的工作量随软件代码行数大大的增加。因此，将一个软件分成若干独立模块不但能减少软件工作量、提高效率。例如，两个数据传的相关和希尔伯特变换，可用独立的模块完成。当使用时，连接在主程序中就可以了。在编制软件时，按照以下步骤进行：1.规划整个项目，包括使用哪些硬件并规划软件怎样分工；2.编写主函数，并分别规划各子函数的功能；3.分别编写子函数，并进行编译、调试；4.整个源程序联调；5.
8、在CCS环境下编译、调试，产生目标文件；6.利用仿真器将目标文件写入DSP。流程图如图3.1所示。开始判断目标出现？采集数据采集完否？分段进行车辆方位角判定结束否是否是图3.1软件工作流程图4、信号采集与数据分析的电路设计信号采集与处理系统的构成是有若干集成芯片所组成的，它们各自实现相应的处理功能。其中有放大芯片MAX4094、ADC芯片MAX1246、电源芯片MAX680和TPS767D31、FLASH芯片SST39VF400A、四路非门芯片74HCT04、电压参考芯片MAX6030、断续放大器ICL7652。4.1、TMS320C5409简介DSP（Digital Signal Proce
9、ssor）作为可编程数字信号处理专用芯片是微型计算机发展的一个重要分支，也是数字信号处理理论实用化过程的重要技术工具。DSP芯片，也称数字信号处理器，是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器，其主要应用实时快速地实现各种数字信号处理算法。根据数字信号处理的要求，DSP芯片一般具有如下主要特点：1、 在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法；2、 程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据3、 片内具有快速RAM，通常可通过独立的数据总线在两块中间同时访问；4、 具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持；5、 快速的中间处理和硬件I/O支持；6、 具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器；7、
10、 可以并行执行多个操作；8、 支持流水线操作，使取址、译码等操作可以重叠执行。但是，与通用微处理器相比，DSP芯片的其他通用功能相对较弱，比如同单片机相比较它的控制功能较弱。本系统采用美国德州仪器公司（Texas Instruments,简称TI）的TMS320C54x系列中的TMS320C5409芯片。TI公司是世界上应用最广、品种最多的DSP芯片生产厂家之一，其C54x系列芯片的制造工艺为CMOS，它是为实现低功耗、高性能而专门设计的定点DSP芯片。它有如下主要特点：1、运算速度快。指令周期为25/20/15/12.5/10ns，运算能力为40/50/66/80/100MIPS；2、优化的
11、CPU结构。内部有1个40位的算术逻辑单元，2个40位加法器，1个的乘法器和1个40位的桶型移位器。有4条内部总线和2个地址产生器。3、低功耗方式。TMS320C54x可以在3.3V或2.7V电压下工作，三个低功耗方式（IDLE1、IDLE2和IDLE3）可以节省DSP的功耗。4、智能外设。除了标准的串行口和时分复用（TDM）串行口外，TMS320C54x还提供了自动缓冲串行口BSP（auto-Buffered Serial Port）和与外部处理器通信的HPI（Host Port Interface）接口。图4.1TMS320C54xDSP的内部硬件结构图图4.1所示是TMS320C54x的
