TMS320C55x硬件设计实例

2020年5月16日TMS320C55xDSP原理及应用1第7章TMS320C55x硬件设计实例内容提要DSP的硬件设计是系统设计的基础，合理、有效的硬件设计，为充分发挥DSP的处理能力提供良好的条件，而不良的硬件设计，轻者会造成系统出错，严重的情况下会造成硬件损坏，从而影响系统可靠性。本章将给出C55x的最小系统设计实例，A/D、D/A电路，以及C55x在语音系统、通信系统、手写信号采集系统和指纹采集系统中的设计实例，并给出部分软件代码。2020年5月16日TMS320C55xDSP原理及应用2第7章TMS320C55x硬件设计实例知识要点●DSP最小系统设计●A/D与D/A设计●C55x在语音系统中的应用●手写系统的实现●C55x在软件无线电中的应用2020年5月16日TMS320C55xDSP原理及应用37.1DSP最小系统设计7.2A/D与D/A设计7.3C55x在语音系统中的应用7.4手写系统的实现7.5C55x在软件无线电中的应用第7章TMS320C55x硬件设计实例2020年5月16日TMS320C55xDSP原理及应用4第7章TMS320C55x硬件设计实例7.1DSP最小系统设计DSP最小系统就是满足DSP运行的最小硬件组成，任何一个DSP硬件系统中都必须包括最小系统的各个组成部分，最小系统由电源电路、复位电路、时钟电路、JTAG接口电路和程序加载部分等组成。2020年5月16日TMS320C55xDSP原理及应用5第7章TMS320C55x硬件设计实例7.1.1C55x的电源设计C55x数字信号处理器电源包括内核电源和外部接口电源，其外部接口电源为3.3V，内核则根据型号不同而采用了不同电压。由于C55x处理器大多应用于低功耗场合，因此，电源电路的设计应注意电源的转换效率和电路的复杂程度，而高效率的DC-DC转换电路则十分适合这种应用。2020年5月16日TMS320C55xDSP原理及应用6电路的开关状态和工作波形lvoVii+-liCioIiV(b)开关状态1，T导通D截止等值电路CLRRDiVoi+-lilv(c)开关状态2，D导通T阻断等值电路ToVLCTEGRDiViigVoioiCCi+-+-LLilvoVEOvCoottttttgvTiLiEOvciovmaxLIminLImaxLIminLIoLII=QD2sToVoffTivonTsTLiD+21LiD-21onToffTsTTiTiDiiv2020年5月16日TMS320C55xDSP原理及应用7用电感电流表达式求变压比T导通、D截止TEGRDiViigVoioiCCi+-+-LLilvoVEOvCooii+-lilvCioIiVoVCLR0VVdtdiLdtdiLiLi-==sioniLTDLVVTLVVi-=-=D+002020年5月16日TMS320C55xDSP原理及应用8用电感电流表达式求变压比（续1）T截止、D导通TEGRDiViigVoioiCCi+-+-LLilvoVEOvCoo(c)开关状态2，D导通T阻断等值电路RDiVoi+-lilvToVLC0VdtdiLL-=sonsLTDLVTTLVi-=-=D-)1()(002020年5月16日TMS320C55xDSP原理及应用9用电感电流表达式求变压比（续2）稳态时：siLsLTDLVViTDLVi-=D=-=D+-00)1(iDVViMV==0故有ttttttgvTiLiEOvciovmaxLIminLImaxLIminLIoLII=QD2sToVoffTivonTsTLiD+21LiD-21onToffTsTTiTiDiiv2020年5月16日TMS320C55xDSP原理及应用10降压电路的控制方法(1)PWM（PulseWidthModulation）周期不变，导通的时间变化，即导通比D改变从而改变变压比，控制输出电压。(2)PFM（PulseFrequencyModulation）导通时间不变，导通的周期变化，导通比D也能发生变化，从而达到改变输出电压的目的，但D的变化范围有限。PWM（脉冲宽度调制）控制是DC/DC电路中最常用的控制方法。iSoniVTTVDV==02020年5月16日TMS320C55xDSP原理及应用11理想Boost变换器的开关状态和工作波形+LDTCRiVLicioV(b)T导通，D截止。开关状态1Ti+LDTCRiVLiDicioV(c)T阻断，D导通。开关状态2tttttgVTiLiDiLvmaxLIminLImaxLImaxLIminLIminLIOLiIDII-==11iVioVV-offTonTsT(e)电感电流连续时波形图oonTsToffT2020年5月16日TMS320C55xDSP原理及应用12理想Boost变换器的变压比（1）+LDTCRiVLicioV(b)T导通，D截止。开关状态1Ti+LDTCRiVLiDicioV(c)T阻断，D导通。开关状态2TTSonD=TDTSoff)1(-=iLVdtdiL=siLTDLVi=D+oiLVVdtdiL-=siLTDLVVi--=D-)1(0)1/(1/0DVVMi-==2020年5月16日TMS320C55xDSP原理及应用13理想Boost变换器的变压比（2）+LDTCRiVLicioV(b)T导通，D截止。开关状态1Ti+LDTCRiVLiDicioV(c)T阻断，D导通。开关状态2TSDTon=TSDToff)1(-=TsDVTonVii=电感的磁链增量为：)1/(1/0DVVMi-==TsDVVToffVVii--=-)1()()(00电感磁链的减小量为：tVdtdiLdtdVD=D==2020年5月16日TMS320C55xDSP原理及应用14第7章TMS320C55x硬件设计实例TPS54110能够提供1.5A的连续电流输出，其输出电压可调，电压输出范围覆盖0.9～3.3V，能够较好的满足C55x处理器的供电要求，下面给出采用TPS54110实现DC-DC转换的电路原理图，设计者可以参考使用。2020年5月16日TMS320C55xDSP原理及应用15第7章TMS320C55x硬件设计实例TPS54110DC-DC转换电路2020年5月16日TMS320C55xDSP原理及应用16第7章TMS320C55x硬件设计实例如果DSP系统内包含高频模拟电路，就需要对TPS54110的开关频率进行精心选择，这是因为开关频率的倍频可能在模拟信号频率范围之内，如果信号泄漏到模拟电路之中，将对模拟信号造成干扰，TPS54110的开关频率范围从280kHz到700kHz，通过调整图中R4电阻的阻值就可以十分容易的改变开关的频率，下面给出了开关频率的计算方法：s4100500kHz(kHz)R(kf)=在图中R4为71.5k，对应的开关频率为700kHz。2020年5月16日TMS320C55xDSP原理及应用17第7章TMS320C55x硬件设计实例TPS54110的输出电压可以通过调整R1和R2的阻值来进行调整，下面给出R1和R2的阻值计算公式：21OUT0.8910.891RRV=-C55x的供电可以通过并联两路TPS54110来实现，如果系统对电源的上电顺序有要求，可以通过TPS54110的PWRGD和SS/ENA引脚来控制，接着给出的例子是DSP内核首先上电，当内核电压稳定后外围接口再上电。2020年5月16日TMS320C55xDSP原理及应用18第7章TMS320C55x硬件设计实例采用线性电源供电由TPS73HD318芯片组成的双电源电路。NC1RESETNCNC1GNDNC1ENFB/SENSE1IN1OUT1IN1OUTNC2RESETNCNC2GNDNC2EN2SENSE2IN2OUT2IN2OUTNCNCNCNCC333F3.3V1234567910111213171516814CVDDTMS320VC55XDVDDGND&18192021222324252627281.5VD2D3C233FC11FC01F5VR1100kR2100kPGRESETtoDSPTPS73HD318DL5817DL4148DL4148D12020年5月16日TMS320C55xDSP原理及应用19第7章TMS320C55x硬件设计实例7.1.2复位电路设计在系统上电过程中，如果电源电压还没有稳定，这时DSP进入工作状态可能造成不可预知的后果，甚至引起硬件损坏，解决这个问题的方法是DSP在上电过程中保持复位状态，因此有必要在系统中加入上电复位电路。上电复位电路的作用是保证上电可靠，并在用户需要时实现手工复位。下面给出采用MAX708S构建的DSP复位电路，该复位电路可以提供低输入电压保护、复位时间延迟和手工复位等功能。2020年5月16日TMS320C55xDSP原理及应用20第7章TMS320C55x硬件设计实例复位电路图中DSPRST为DSP复位信号，INT为DSP低电压报警信号，当PFI引脚电压低于2.93V时，复位电路将向DSP发出低电压中断信号。2020年5月16日TMS320C55xDSP原理及应用21第7章TMS320C55x硬件设计实例7.1.3时钟电路设计C55x系列DSP内部具有锁相环电路，锁相环可以对输入时钟信号进行倍频和分频，并将所产生的信号作为DSP的工作时钟。C55x的时钟输入信号可以采用两种方式产生：第一种是采用外部晶体，利用内部振荡器产生时钟信号，图7-4给出了采用内部振荡器的原理图；第二种时钟输入方式是从X2/CLKIN引脚输入时钟信号，采用这种方式X1引脚必须悬空，不接任何信号。注意当DSP采用的是模拟锁相环时，必须保证输入时钟信号的信号过冲不能超过数据手册所给出的范围，否则锁相环将可能运行不正常，通过在线路中串联电阻可以防止信号过冲。2020年5月16日TMS320C55xDSP原理及应用22第7章TMS320C55x硬件设计实例用外部晶体和内部振荡器产生输入时钟2020年5月16日TMS320C55xDSP原理及应用23第7章TMS320C55x硬件设计实例7.1.4JTAG接口电路设计JTAG接口是DSP的调试接口，用户可以利用JTAG接口完成程序的下载、调试和调试信息输出，通过该接口可以查看DSP的存储器、寄存器等的内容，如果DSP连接了非易失存储器，如Flash存储器，还可以通过JTAG接口完成芯片的烧录。下面给出JTAG接口电路的连接图。2020年5月16日TMS320C55xDSP原理及应用24第7章TMS320C55x硬件设计实例7.1.5程序加载部分C5000系列DSP为方便用户使用提供了多种加载方式，以TMS320VC5510为例，TMS320VC5510有增强主机接口（EHPI）加载方式、并行外部存储器接口（EMIF）加载方式、标准串口加载方式以及支持外围设备接口（SPI）加载方式等多种加载方式。加载方式可以通过预置通用I/O引脚的高低电平来选择，在表格中给出了具体的说明。2020年5月16日TMS320C55xDSP原理及应用25第7章TMS320C55x硬件设计实例TMS320VC5510加载方式BOOTM[3:0]加载方式0000或1000不加载0010～0111保留0001SPI加载（支持24位地址的SPIEEROM）1001SPI加载（支持18位地址的SPIEEROM）1010EMIF加载（8位宽外部异步寄存器）1011EMIF加载（16位宽外部异步寄存器）1100EMIF加载（32位宽外部异步寄存器）1101EHPI加载1110标准串口加载（McBSP0口，16位字宽）1111标准串口加载（McBSP0口，8位字宽）2020年5月16日TMS320C55xDSP原理及应用26第7章TMS320C55x硬件设计实例加载模式可以分为两类：由DSP控制的加载模式和由外部主机控制的加载模式。并行外部寄存器（EMI