TMS320F2812最小系统设计.doc

TMS320F2812最小系统设计杨浩北，摘 要 在电子信息专业的课程教学、综合实验教学、毕业设计以及电子设计竞赛中, 需要应用DS P 实验系统。本文以性价比高、在工业上广泛应用的T MS320F2812 为主控芯片, 设计了一个DSP 最小应用系统。详细介绍了各部分电路的设计方法和调试过程。该系统既可以满足教学要求, 又可用于简单的工程研究和应用开发。关键词: 综合实验平台; DS P 最小系统; T MS320F28121 .系统结构一个典型的DSP 最小系统如图1 所示, 包括DSP 芯片、电源电路、复位电路、时钟电路及JT AG接口电路。考虑到与PC 通信的需要, 最小系统一般还需增添串口通信电路。T MS320 F2812 是TI 公司C2000 系列中性价比较高的一款器件。该器件集成了丰富而又先进的外设, 如128kB 的Flash 存储器、4kB 的引导ROM、数学运算表、电机控制外设、串口通信外设、2kB 的OT P ROM 以及16 通道高性能12 位模数转换模块, 提供了两个采样保持电路可以实现双通道信号同步采样, 同时具有很高的运算精度( 32 位) 和系统处理能力( 达到150MIPS) , 可广泛应用于电力自动化、电机控制和变频家电等领域。2 .系统硬件设计( 1) 电源及复位电路设计DSP 系统一般都采用多电源系统, 电源及复位电路的设计对于系统性能有重要影响。TMS320 F2812 是一个较低功耗芯片, 核电压为1. 8V, IO 电压为3. 3V。本文采用T I 公司的TPS767D318 电源芯片。该芯片属于线性降压型DC/ DC 变换芯片, 可以由5V 电源同时产生两种不同的电压( 3. 3V、1. 8V 或2. 5V ) , 其最大输出电流为1000mA, 可以同时满足一片DSP 芯片和少量外围电路的供电需要, 如图2 所示。该芯片自带电源监控及复位管理功能, 可以方便地实现电源及复位电路设计。复位电路原理图如图3 所示。图2 . 电源电路原理图图3. 复位电路原理图图二电源电路原理图图三复位电路原理图( 2) 时钟电路设计TMS320 F2812 DSP 的时钟可以有两种连接方式, 即外部振荡器方式和谐振器方式。如果使用内部振荡器, 则必须在X1/ XCLKIN 和X2 两个引脚之间连接一个石英晶体。如果采用外部时钟, 可将输入时钟信号直接连到X1/ CLKIN 引脚上, X2 悬空。本文采用的是外部有源时钟方式, 直接选择一个3. 3V 供电的30MHz 有源晶振实现。系统工作是通过编程选择5 倍频的PLL 功能, 可实现F2812 的最高工作频率( 150MHz)。晶振电路如图4 所示。( 3) DSP 与JT AG 接口设计DSP 仿真器通过DSP 芯片上提供的扫描仿真引脚实现仿真功能, 扫描仿真消除了传统电路仿真存在的电缆过长会引起的信号失真及仿真插头的可靠性差等问题。采用扫描仿真, 使得在线仿真成为可能, 给调试带来极大方便。JTAG 接口电路如图5 所示。图5 . JTAG 接口电路( 4) DSP 的串行接口设计由于TMS320F2812 中SCI 接口的TT L 电平和PC 机的RS.232C 电平不兼容, 所以连接时必须进行电平转换。本设计选用符合RS.232 标准的MAX232N 驱动芯片进行串行通信。MAX232 芯片功耗低, 集成度高, + 5V 供电, 具有两个接收和发84送通道, 刚好与T MS320 F2812 的两个SCI ( A 和B) 接口相匹配。电路设计如图6 所示。图6 RS232 接口电路( 5) 通用扩展口设计考虑到系统的通用性问题, 本系统设计时将F2812 所有的非空引脚全部引出, 而且按照其功能模块进行有规律排列, 设计了5 个双排接插件将其引出。3 DSP 最小系统软硬件调试( 1) 电路测试和目标板识别检测系统输入和输出工作电压后, 监测上电复位及手动复位电路工作情况。利用DSP 仿真器进行硬件仿真, 进入CCS 环境, 识别目标器件, 表明系统硬件基本正常。( 2) 事件管理器产生PWM 波功能测试TMS320 F2812 内核集成的两个事件管理器( EVA 和EVB) 提供了强大的控制功能, 特别适合运动控制和电机控制等领域。F2812 的每个事件管理器模块可以同时产生8 路脉宽调制( PWM) 信号, 包括3 对由完全比较单元产生的死区可编程PWM 信号以及由通用定时器比较器产生的2 路独立的PWM 信号。( 3) 基于串口通信的数据采集功能测试F2812 串口支持16 级接收和发送FIFO, 有一个16 位波特率选择寄存器, 灵活性极大。此外, 芯片上集成了一个12 位ADC, 具有16 通道复用输入接口、两个采样保持电路, 最快转换周期为60ns。本文对基于串口通信的数据采集功能测试 3 。分别对由函数发生器产生的方波、正弦波和三角波采样, 然后再将数据通过串口传输到PC。4 . 结语本文设计的TMS320 F2812 DSP 最小系统经过充分的实验验证表明具备了数据采集、与PC 通信及实时数据处理等功能, 既可以满足教学要求, 又可用于简单的工程研究, 具有一定的实用价值。此外还可对该最小系统的功能开发验证实验进一步完善: 如增加CAN 总线功能及数字信号处理功能等, 尽可能结合信号系统、电子测量及电机控制等课程特点, 形成较完善的典型教学案例。对于通用I/ O ( 如键盘、液晶) 及扩展外存的实现进一步深入研究, 可将该最小系统功能升级成为通用DSP 系统, 从而可更广泛地满足各类复杂工程需求。参考文献: 1 高翠云, 李岳民. 通用低频测试系统软硬件平台及可测试性研究 J . 北京: 中国仪器仪表, 2007, 3: 38.40 2 苏奎峰等编著. T MS320F2812 原理与开发 M . 北京: 电子工业出版社, 2005 3 Texas In st rument s, TM S320F281x ADC Cal ibration Ref erence Guide ( Rev. A) . 2004