利用GPIO扩展LED灯动态显示

DSP课程设计学院：专业：成员：指导老师：时间：2015.3.9~2015.3.121利用GPIO扩展LED灯动态显示目录概述.....................................错误!未定义书签。1.DSP的特点....................................................32.DSP的应用....................................................3一、设计任务和设备31.1设计技术指标要求............................................41.2设计内容....................................................41.3设计所需设备................................................51.4设计说明.....................................................5二、硬件设计......................................................52.1F2812介绍...................................................62,2TDS2812EVMV板介绍...........................................72.3F2812GPIO..................................................72.4用DSP的GPIO口扩展LED灯的动态显示硬件设计.................8三、软件设计......................................................83.1软件系统分析.................................................83.2程序流程图..................................................9四、心得体会......................................................9参考文献.........................................................10程序清单.........................................................102概述数字信号处理(DigitalSignalProcessing，简称DSP)是一种通过使用数学技巧执行转换或提取信息，来处理现实信号的方法，这些信号由数字序列表示。DSP微处理器不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。德州仪器、Freescale等半导体厂商在这一领域拥有很强的实力。DSP芯片具有采用哈佛结构、多总线结构、流水线技术、配有专用的硬件乘法-累加器、具有特殊的DSP指令、快速的指令周期、硬件配置强、支持多处理器结构、省电管理和低功耗等特点。DSP有很多优点，如：对元件值的容限不敏感，受温度、环境等外部因素影响小；容易实现集成；VLSI可以分时复用，共享处理器；方便调整处理器的系数实现自适应滤波；可实现模拟处理不能实现的功能：线性相位、多抽样率处理、级联、易于存储等；可用于频率非常低的信号等。当然，DSP像其他任何器件一样，也具有一定的缺点，如：需要模数转换；受采样频率的限制，处理频率范围有限；数字系统由耗电的有源器件构成，没有无源设备可靠等。不过其缺点相对于优点是微不足道的。目前，DSP技术已经应用于信号处理、语音处理、图形/图像、军事、仪器仪表、自动控制、医疗及家用电器等各领域。由TI公司提供专业的开发工具CCS，自带DSP/BIOS操作系统，能够直接编写适合DSP开发工程及文件，满足DSP程序设计要求。此次设计中，通过对TMS320CF2812的控制以及对其引脚GPIO功能的设计，在实验板上实现4位LED显示流水灯。首先对TMS320C2000系列DSP的I/O口作为通用I/O的原理进行了解，并熟悉通用I/O的编程方法，了解LED动态显示的基本原理和实现方法，最终通过CCS集成开发环境编程完成设计。31.DSP的特点（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）快速的中断处理和硬件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）可以并行执行多个操作；（8）支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。当然，与通用微处理器相比，DSP微处理器（芯片）的其他通用功能相对较弱些。a.DSP优点：（1）对元件值的容限不敏感，受温度、环境等外部参与影响小；（2）容易实现集成；VLSI可以分时复用，共享处理器；（3）方便调整处理器的系数实现自适应滤波；（4）可实现模拟处理不能实现的功能：线性相位、多抽样率处理、级联、易于存储等；（5）可用于频率非常低的信号。b.DSP缺点：（1）需要模数转换；（2）受采样频率的限制，处理频率范围有限；（3）数字系统由耗电的有源器件构成，没有无源设备可靠。2.DSP的应用(1)语音处理：语音编码、语音合成、语音识别、语音增强、语音邮件、语音储存等。(2)图像／图形：二维和三维图形处理、图像压缩与传输、图像识别、动画、4机器人视觉、多媒体、电子地图、图像增强等。军事、保密通信、雷达处理、声呐处理、导航、全球定位、跳频电台、搜索和反搜索等。(3)仪器仪表：频谱分析、函数发生、数据采集、地震处理等。(4)自动控制：控制、深空作业、自动驾驶、机器人控制、磁盘控制等。(5)医疗：助听、超声设备、诊断工具、病人监护、心电图等。(6)家用电器：数字音响、数字电视、可视电话、音乐合成、音调控制、玩具与游戏等。(7)生物医学信号处理举例：CT:计算机X射线断层摄影装置。（其中发明头颅CT英国EMI公司的豪斯菲尔德获诺贝尔奖。）CAT：计算机X射线空间重建装置。出现全身扫描，心脏活动立体图形，脑肿瘤异物，人体躯干图像重建。一、设计任务和设备1.1设计技术指标要求利用DSP的CPU硬件资源使用GPIO引脚外接直流5V的LED灯1.2设计内容设计说明书电路原理图各设计模块单元原理实验结果动态显示说明1.3设计所需设备PC机5TDS2812EVMA板CCStudio3.1软件电源TDS510USB仿真器WindowsXP台式电脑一台USB电缆AltiumDesigner软件包一套1.4设计说明TDS510USB仿真器：适用于工作电压在1.0到5.0伏之间的TM320系列数字信号处理器。仿真器为USB2.0接口设备，支持即插即用及热插拔，支持WINDOWS98/2000/XP。TDS2812EVMA：基于TI公司的32位定点TM320F2812DSP针对自动控制而开发的应用模块，其目的是能为上述领域开发者提供一个快捷，成熟的，高性能的硬件，软件解决方案。二、硬件设计设计中使用F2812的GPIO口与LED灯连接。LED灯在DSP系统中常用作信号灯使用，提示系统当前的某些状态。LED灯的控制需在阳极与阴极提供一个1.7V的正向电压，并使流经LED的电流为5~10mA，即可以较理想的点亮LED灯。通过程序控制，设置GPIOA引脚为输出方式。使GPIOA引脚输出为低电时，电源与GPIOA引脚间有电压差，从而点亮LED灯；使GPIO引脚输出为高电平时，电源与GPIO引脚间电压差为0，则LED灯不亮。系统硬件设计总框图如图所示：6图2.1硬件设计总体框图2.1F2812模块介绍TMS320F28x系列DSP是32位的定点数字信号处理器，是目前国际市场上最先进、功能最强大的定点DSP芯片。它继承了数字信号处理的诸多优点，例如可调整的哈佛总线结构和循环寻址方式。同时TMS320F28x系列DSP使用精简指令集（RISC），从而使CPU能够周期地执行寄存器到寄存器的操作。TMS320F28x系列DSP既具有数字信号处理能力，又具有强大的事件管理能力和嵌入式控制功能，特别适用于有大批量数字处理的测控场合。F2812GPIO_PWM1GPIO_PWM2GPIO_PWM3GPIO_PWM4GPIO_PWM5GPIO_PWM6GPIO_PWM7GPIO_PWM8GPIO_PWM9GPIO_PWM10X1/XLKINX21230MHz10pFC110pFC2GNDVDD22uFC3S?SW-PBVinVoutGNDU35.1KR1Res2LM1117VCC+5VGNDTESTSELXRSGNDVCCGND图2.2F2812最小系统原理图DSP最小GPIOA系统发光二级管显示电路72.2TDS2812EVMV板介绍TDS2812EVMV板包含内容模板包含了一些易受EDS损坏的敏感元件，人体上积累电荷的放电都可能带来器件的损坏。因此在接触硬件前请使用防静电的措施先释放掉人体的静电。本模板包含了如下内容●硬件模板一块●测试软件程序TDS2812EVMV板包含的内容，如下图：图2.3TDS2812EVMV板原理图2.3F2812GPIOTMS320F2812DSP有多达56个通用数字量输入输出端口（GPIO），其中绝大部分是通用I/O和专用功能复用引脚。数字量I/O端口模块采用一种灵活配置CAN电源UARTADINTMS320F2812tlv320aic23LINEINSPEAKOUT/LINEOUTCPLDXC9536XLDAOUTDATLC7528运放TLC2274扩展接口拔码开关SRAM指示灯扩展接口XINTF8的方法控制服用引脚功能，GPIOMUX寄存器用来选择F2812的引脚操作模式，可以通过该寄存器独立设置每个引脚的功能。如果选择数字量I/O模式，可以通过GPxDIR寄存器配置数字量I/O的方向，并通过GPxQUAL进一步消除数字量I/O引脚的噪声信号。此外，处理器提供GPxSET和GPxCLEAR寄存器对数字量进行置位和清零，还可以通过GPxDAT寄存器独立读/写I/O信号。2.4用DSP的GPIO口扩展LED灯的动态显示硬件设计LED灯的控制需在阳极与阴极提供一个1.7V的正向电压，并使流经LED的电流为5~10mA，即可以较理想的点亮LED灯。设计的硬件电路图如下：D0LED0D1LED1D2LED2D3LED3470R0470R1470R2470R3+3.3GPIO0GPIO1GPIO2GPIO3TMS320F2812GPIO0GPIO1GPIO2GPIO3图2.4设计的硬件电路图三、软件设计3.1软件系统分析软件的设计主要是通过利用C语言的编程来实现LED灯动态显示的控制，程序的设计包括初始化DSP时钟、系统初始化、选通发光二极管、按顺序点亮发光二极管，其中编制延时子程序，在各LED灯的点亮中间加入适当的延时。93.2程序流程图通过程序控制，设置GPIOA引脚为输出方式。使GPIOA引脚输出为低电平时，电源与GPIOA引脚间有电压差，从而点亮LED灯；使GPIO引脚输出为高电平时，电源与GPIO引脚间电压差为0，则LED灯不亮。通过软件延时来调整发光二极管的延时间隔。图3.1程序流程图四、心得体会通过这次课程设计，我对课本上的知识有了更加深入的了解，通过实践操作使我加深了对理论知识的理解。在此次课程设计中，我收获了喜悦也遭受过挫折。尤其是在硬件设计上，由于一心想有仿真结果，所以开始的时候有些浮躁，尤其是电路不按预期目标运行时感觉稍稍受挫，但我继续努力，一次次做下去，但当经过各种努力后，