基于ＴＭＳ３２０Ｃ５４０２的ＤＳＰ实验开发系统的研究与设计

杨明远　何　颖

摘要:文章以TI公司的TMS320C5402芯片为核心构建最小系统，在此基础上进行功能扩展，从而组建开放式实验系统。给出了系统的总体设计思路与扩展空间连接方案，提出了接口器件的选择与系统实现方法。基于此系统，用户可进行多种DSP实验教学和产品开发等方面的研究。

关键词：TMS320C5402；最小系统；McBSP；人机接口

中图分类号：TN929.1 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2009）01-0120-02

TMS320C5402是TI公司54系列DSP芯片的典型代表，也是目前国内DSP教材上介绍最多的芯片，本文所研制的实验系统就是建立在TMS320C5402的基础上。本文的研究目的是为大专院校特别是高职院校提供一个功能完备、价格低廉、技术流行、能满足教学和开发双重需求的DSP课程教学实验系统。

一、总体设计

本文的研究工作，考察了国内外DSP技术在教学科研领域的应用，认真分析了TMS320C54x系列DSP课程实验教学的主要内容，结合信号信息处理的新特点，制定了基于TMS320C5402芯片的DSP实验开发系统功能方框图，如图1所示：

本实验开发系统以TI公司的DSP芯片TMS320C5402为核心，外围电路的选择充分考虑了进行DSP实验和开发的需要。整个系统按照功能可以划分为以DSP芯片为核心的最小系统电路和应用电路两大部分进行设计，最小系统电路主要包括电源电路、时钟电路、复位电路、片外存储器，自举加载器及JTAG仿真电路等；应用电路主要包括MCBSP串行通信（A/D和D/A）模块，I/O端口应用（液晶显示和键盘）模块等。通过硬件设计和软件设计，并把以上电路连接在一起使其成为一个完整的系统，使该系统能开设出DSP课程的常用实验和实训项目，并可以作为基本的开发系统。

二、最小系统电路

最小系统模块是使得DSP芯片TMS320C5402能够工作的最精简模块，它主要包括电源电路、复位电路、时钟电路和存储器接口电路。

（一）电源电路

本系统中除了DSP以外其他器件工作电压为5V或3.3V，所以我们采用5V电源供电。VC5402所要的工作电压分别是1.8V内核电压（CVDD）和3.3V I/O 电压（DVDD），并且DSP对这两种电源加电次序也有要求，理想情况下两个电源同时加电，但是一般场合很难做到，这时应先对CVDD加电，然后对DVDD上电。鉴于噪声的简单性，我们通过TI公司提供的DSP专用电源芯片TPS73HD318来构建电源电路，实现5V向3.3V和1.8V的电压转换，同时也避免了上电次序的问题。

（二）复位电路

C5402的复位分为软件复位和硬件复位，软件复位是通过执行指令实现芯片的复位，硬件复位是通过硬件电路实现芯片的复位，硬件复位有上电复位、手动复位和自动复位三种。本系统中，由于我们选择了DSP专用的电源管理芯片TPS73HD318，该芯片本身可以提供宽度为200ms的低电平上电复位脉冲，为了使系统电路简单，所以不再设计自动复位电路，手动复位电路与与其他微机复位方法一样，只是参数选择要保证提供200ms左右的负脉冲。

（三）时钟电路

为了实现DSP系统实时处理信号的效果，希望系统频率越快越好。C5402最高可达1OOMHz工作频率，如果仍采用传统的2分频或4分频的方式，势必要求外部频率很高，这里我们采用了更加灵活的可编程PLL（Programmable Phase-Locked Loop)方式。

本系统中，外接晶体频率为1OMHz，为了得到倍频系数10，需设置时钟模式寄存器CLKMD的值为9007h，引脚CLKMD1～CLKKMD3设计成001，则复位后VC5402的工作频率是10×10=1OOMHz。

（四）片外存储器

C5402的存储空间可达192K×16bits，64K程序空间，64K数据空间，64KI/O空间。C5402片内具有4K×16bits的ROM和16K×16bits的RAM。片内POM和RAM可以根据PMST寄存器中的DROM、OVLY来灵活设置，使其映像在程序空间和数据空间。程序空间和数据空间未被映像的部分和64K的I/O空间全部在片外，用片外存储器来补充。在实际的应用中，应该根据程序量的大小来选择作为片外空间的存储芯片的容量，以免造成不必要的浪费，本文选择IS61LV25616AL（256K×16bits）作为程序存储器的片外存储芯片，选择SST39LF200A（128K×16bits）的Flash作为数据存储器的片外存储芯片，以实现自举加载，使C5402自成独立系统，图2为硬件连接图。

（五）JTAG仿真接口

在做实验时，需要一个DSP仿真器，把在计算机上编译并生成的执行代码下载到C5402芯片上，实现在线调试DSP硬件和软件。仿真器有两端接口，其中一端与计算机的并行口或USB口相连，这取决于仿真器的类型，另一端与DSP芯片的JTAG接口相连，这是一个14针的接口，需注意EMUO和EMU1脚应接上拉电阻，推荐阻值为4.7k或10k。

三、应用电路

（一）中断模块

DSP的中断包括不可屏蔽中断 和 ，外部中断 ～

和软中断。中断响应实际是特殊的程序调用过程。当满足中断响应条件时，相应的中断服务程序被调用。中断的使用包括中断设置和中断服务程序设计。本系统只使用了 一个中断管脚，其他外部中断管脚都接高电平。在做中断实验时，可以通过按钮开关使脚接高电平或低电平，以给出中断申请信号。

（二）McBSP模块

在DSP应用系统设计中必不可少的是各种数据传输接口的设计。与并行接口相比，串行接口的最大特点是减少了器件引脚数目，降低了接口设计复杂性。多数DSP芯片提供的是同步串口，TMS320C5402提供的多通道缓冲串口（McBSP）可以很方便地与编解码芯片（CODEC）或串行ADC直接连接，使得电路的设计更加简捷。

TMS320C5402与TLC320AD50C硬件接口电路如图3所示[1]。将TLC320AD50C的数字电源端DVDD接到3.3V电源，AVDD接到5V电源；管脚M/S经过10K电阻上拉，将TLC320AD50C设置成主动工作模式；选择INP和INM作为ADC的输入，将AUXP和AUXM接至模拟地；DAC的正相输出经过一阶低通滤波后送给模拟设备，反相输出不用；管脚FC接地，系统只能采用软件方式申请触发次通信模式；数据格式为15+1比特模式。输入主时钟MCLK为8.192MHz，采样频率选择为8KHz，内部PLL使能（控制寄存器4中的N=8）。通过寄存器设置，将TMS320C5402的FSX、FSR、CLKR、CLKX配置为外部输人，TLC320AD50C的SCLK配置为内部产生[2]。这样数据接收/发送帧同步信号、移位时钟信号均由TLC320AD50C产生。串行口的接收/发送过程受TLC320AD50C的控制。

（三）人机接口模块

由于DSP并不具备人机界面，在实际使用过程中，需要为它提供一个人机界面，以便于观察运行结果或传递必要的控制信息。目前，DSP芯片的人机接口模块大多数都用单片机来完成，这样既增加开发成本又使系统更加复杂。本系统的人机接口的成功实现为DSP芯片直接开发人机借口模块提供了可能。

本系统选用字符液晶显示模块LCM1602和同相三态双向总线收发器74LS245，通过TMS320C5402的I/O口功能扩展直接构建DSP的晶显示模块；相应的I/O操作口地址有两种：读状态、写指令为0000H，读数据、写数据为0001H。通过74HC573锁存器扩展的键盘由行锁存器、列锁存器和3×5矩阵式键盘组成[2]；该键盘占用两个I/O端口，分别为：行锁存器为输出口，作为写键盘端口；列锁存器为输入口，作为读键盘端口，两端口的地址分别为：读键盘端口地址RKEYP=7FFFH，写键盘端口地址WKEYP=BFFFH。

（四）实验项目

本实验系统可以开设出基础实验和综合实验，还可以通过功能扩展进行简单产品开发实训。通过基础性实验，可以让学生进行编程练习，熟悉集成开发环境CCS，掌握调试程序的一般方法，加深学生对TMS320C5402芯片的认识；通过综合性实验，可以加强学生对TMS320C5402芯片的全面了解，让学生掌握外设和外围接口的使用方法，提高学生的综合应用能力，为开发产品打下良好基础；通过产品开发实例的训练，可以让学生了解开发产品的基本过程和基本方法，培养学生分析问题解决问题的能力，为今后从事产品开发打下良好基础。

本系统的实验项目主要包括：外部标志输出引脚（XF）实验、转移控制输入引脚实验、Boot及flash读写实验、定时器实验、中断实验、FIR实验、IIR实验、语音通信实验、数据采集实验、正弦波产生实验、LCD 显示实验、键盘驱动实验等实验项目。这些实验项目完全能够满足DSP这门课程的实验教学，同时，还可以利用本系统进行相关的产品开发。

四、结语

本文所介绍的DSP实验开发系统，接口电路简单，编程方便，且该实验开发系统已经通过硬件和软件调试，系统工作稳定，所以，本系统有一定的推广应用价值。

参考文献

[1]李利．DSP原理及应用[M]．北京：中国水利水电出版社，2004．

[2]邹彦.DSP原理及应用[M].北京：电子工业出版社，2005.

作者简介：杨明远（1975- ），男，湖南常德人，湖南商务职业技术学院讲师，硕士，研究方向：DSP应用技术；何颖，女，湖南益阳人，湖南商务职业技术学院讲师，硕士，研究方向：软件技术与数据库。