毕业设计-tms320c54x与tlc320ad50的通信系统的设计.doc

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目录

摘 要 0
第1章 设计的目的 2
1.1 设计题目 2
1.2设计目的 2
第2章 设计的内容及要求 2
第3章 总体设计方案 3
系统框图 3
4.1 TMS320C54x系列DSP简介 4
4.2 TLC320AD50的内部结构 6
第5章 软件系统设计 10
5.1 软件编制过程 10
5.2 程序流程图 11
5.3 系统程序 12
第6章 心得体会 12
第7章 参考文献 13

摘 要
在现代通信系统中，如何高速和可靠的传输信息是一个很重要的内容。目前，数据传输的理论和实践已经取得很大的进展，但这些进展并不适应于更广泛的信道以获取更高的传输性能。而且随着通信的发展，特别是无线通信业务的增长，可利用的频带日趋紧张。除了开发新的频谱资源外，采用新的高效抗干扰调制技术，提高频带的利用率一直是人们关心的话题，DSP技术的出现则为这些问题的解决开辟了一条新的路径。
TI公司的TMS320c54x系列DSP的体系架构，包括CPU(中央处理单元)、总线结构、指令系统、寻址模式及片上外设等方面，并将它与通用处理器进行了比较。在此基础上，开发了一个实用的语音信号采集与处理电路板，对电路板的存储器模块、RS232模块、A/D、D/A模块作了重点分析与接口电路设计。另外，总结了在TMS320c54x DSP上进行软件开发的流程，重点说明了CMD文件和中断向量表文件的编写方法，实现了C5402与TLC320AD50通信的软件编程。

第1章 设计的目的
1.1 设计题目
TMS320C54x与TLC320AD50的通信系统的设计
1.2设计目的
本次课程设计的目的是为了进一步提高我们的自我开发能力，培养我们的查阅资料，独立分析问题、解决问题以及实际动手的能力。也是对理论学习的一个应用和补充的过程。
第2章 设计的内容及要求
1、设计内容
模/数接口设计是DSP系统设计中一个重要的组成部分。本系统设计是要实现对模拟信号的采集，并将其转换为数字信号通过TMS320C54x的串行通信接口将数据存储、处理及输出等功能。
2、设计要求
（1）DSP最小硬件系统的设计
（2）TMS320C54x与TLC320AD50串行口硬件电路设计
（3）软件设计

第3章 总体设计方案

本设计是以DSP为中心，通过串行口和数模/模数转换器进行硬件连接，讨论了如何利用多通道缓冲串口McBSP与NMA结合的方式实现语音信号的采集和处理，阐述了语音压缩的原理和软件设计方法。以语音处理中基本的A/D、D/A转换为例,采用TMS320C54x数字信号处理器的外围扩展芯片TLC320AD50作为语音采样信号的输入和处理后的语音信号的输出通道,给出了DSP与TLC320AD50的接口设计.详细介绍了TMS320C54x的多缓冲串口(McBSP)软硬件设计并提出如何用McBSP在语音通信中降低传输带宽,并提出了具体的设计思想和实现方法.通过使TLC320AD50工作在主方式,DSP工作在从方式,可以实现高速实时的A/D、D/A转换和实现处理后的语音信号低带宽传输。

系统框图

中断
复位
电源
时钟
TLC320AD50

串行口

DSP

芯片

语言输入

图3-1 系统框图

第4章 硬件系统设计
4.1 TMS320C54x系列DSP简介
TI公司在原来已被人们熟知的TMS320C1X、TMS320C25、TMS320C3X/4X、TMS320C5X、TMS320C8X的基础上发展了三种新的DSP系列，它们是：TMS320C2000、TMS320C5000、TMS320C6000系列，成为当前和未来相当长时期内TI DSP的主流产品，前面提到的那些老型
图4-1TMS320C54x芯片引脚
号产品均将被这三种新系列产品替代。C54x 包的总线结构括8 条16 比特宽度的总线，其中：一条程序总线（PB），三条数据总线（CB、DB、EB） ，四条地址总线（PAB CAB DAB EAB）。
C54X的CPU 结构包括：
(1) l40比特的ALU ，其输入来自16比特立即数、16比特来自数据存储器的数据、暂时存储器、T中的16比特数、数据存储器中两个16比特字、数据存储器中32比特字、累加器中40比特字。
(2) l2个40比特的累加器，分为三个部分，保护位（39－32 比特）、高位字（31－16比特）、低位字（15－0 比特）。
(3)l桶型移位器，可产生0到31比特的左移或0到16比特的右移。
(4)l7x17比特的乘法器
(5)l40比特的加法器
(6)l比较选择和存储单元CSSU
(7)l数据地址产生器DAGEN
(8)l程序地址产生器PAGEN
C54x的外设包括
(1)l通用I/O 引脚，XF 和BIO
(2)l定时器
(3)l PLL 时钟产生器
(4)l HPI 口8 比特或16 比特
(5)l同步串口
(6)l带缓存串口BSP
(7)l多路带缓存串口McBSP
(8)l时分复用串口TDM
(9)l可编程等待状态产生器
(10)l可编程bank switching 模块
(11)l 外部总线接口
(12)l IEEE1149.1 标准JTAG 口
依赖其并行的工艺特性和片上RAM 双向访问的性能，在一个机器周期内，C54x 可以执行4 条行并行存储器操作：取指令，两操作数读，一操作数写。
使用片内存储器有三个优点:高速执行（不需要等待）,低开销,低功耗。
C54x程序存储区有片内ROM 、DARAM、 SARAM ，这些区域可以通过软件配置到程序空间。当地址落在这些区域内，自动对这些区域进行访问，当地址落在这些区域以外，自动产生对外部存储器的访问。
片内ROM（ 4K 16K 24K 28K 或48K 字）可能包括的内容有：
(1)l引导程序，可以从串口、外部存储器、I/O 口或HPI 口引导
(2)l256 字的率扩展表
(3)l256 字的A 率扩展表
(4)l 256 字的正弦表
(5)l中断矢量
4.2 TLC320AD50的内部结构
简图图1最上面第一通道为模拟信号输入监控通道，第二通道为模拟信号转化为数字信号（A/D）通道，第三通道为数字信号转化为模拟信号（D/A）通道，最下面一路是AD50的工作频率和采样频率控制通道。本文所述的输入时钟（MCLK）为8.192MHz，A/D与D/A的采样频率为MCLK/（128*N）Hz（N为AD50C的第4个寄存器4~6位所设）。

图4-2 TLC320AD50的内部结构简图

4.3 TLC320AD50与DSP的引脚连接方式

图4-3 AD50与 DSP 连接方式

4.4 复位电路
在上电或复位过程中，控制CPU的复位状态：这段时间内让CPU保持复位状态，防止CPU发出错误的指令、执行错误操作，也可以提高电磁兼容性能。复位电路如图3-2所示：TMS320C54x与其他微处理器一样，在启动时都需要复位。使CPU 及系统各部件处于确定的初始状态，并从初始状态开始工作。TMS320C54x的复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常的工作状态时，且振荡器稳定后，如RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期（24个振荡周期），则CPU就可以响应并将系统复位。因外部的复位信号与内部时钟异步的，所以在每个机器周期的S5P2都对RST引脚上的状态采样。当在RST端采样到“1”信号且该信号维持19个振荡周期以后，将ALE和PSEN接成高电平，使器件复位，在RST端电压变低后，经1个～2个机器周期后退出。PSEN引脚拉成低电平，则会引起芯片进入不定状态。

图4-4 复位电路
4.5 时钟电路
振荡器的等效电路如图2-6所示。在图中给出了外接元件，即外接晶体及电容C2，C3，并组成并联谐振电路在电路中，对电容C2和C3的值要求不是很严格，如使用高质的晶振，则不管频率为多少，C2，C3通常都选择30pF。有时，在某些应用场合为了降低成本，晶体振荡器用陶瓷振荡器代替，则电容C2，C3的值取47pf。我选用内部振荡电路，电容C2，C3的值取30pf。

图4-5晶振电路

4.8 MAX232芯片
该产品是由德州仪器公司（TI）推出的一款兼容RS232标准的芯片。由于电脑串口rs232电平是-10v +10v，而一般的单片机应用系统的信号电压是ttl电平0 +5v,max232就是用来进行电平转换的,该器件包含2驱动器、2接收器和一个电压发生器电路提供TIA/EIA-232-F电平。

该器件符合TIA/EIA-232-F标准，每一个接收器将TIA/EIA-232-F电平转换成5-V TTL/CMOS电平。每一个发送器将TTL/CMOS电平转换成TIA/EIA-232-F电平。
主要特点：
1、单5V电源工作
2、 LinBiCMOSTM工艺技术
3、 两个驱动器及两个接收器
4、 ±30V输入电平
5、低电源电流：典型值是8mA
6、符合甚至优于ANSI标准 EIA/TIA-232-E及ITU推荐标准V.28
7、ESD保护大于MIL-STD-883（方 法3015）标准的2000V

图4-8 MAX 232

第5章 软件系统设计
5.1 软件编制过程
一旦完成了正确的硬件连接，接下来就可以进行软件编程调试了。要完成的工作包括：   
（1）TMS320VC5402串口的初始化。首先将DSP串口1复位，再对串口1的16个寄存器进行编程，使DSP串口工作在以下状态：以SPI模式运行，每帧一段，每段一个字，每字16位，采样率发生器由DSP内部产生，帧同步脉冲低电平有效，并且帧同步信号和移位时钟信号由外部产生。DSP给AD50C编程用查询方式，接收A/D转换的D信号和发送D/A转换的D信号用DMA方式。
（2）AD50初始化。该初始化操作过程包括通过TMS320VC5402的同步串口发送两串16位数字信息到AD50。第一串为0000 0000 0000 0001B，最低有效位(bits0)说明下一个要传输的数据字属于二次通信（关于一次通信和二次通信的内容请参阅参考文献[3]）。第二个数据值用来对AD50的4个数据寄存器的某一个进行配置。Bits15～11位为0，Bits10～8位为所选寄存器地址值，Bits7～0位为所选中寄存器的编程值。4个用户可编程寄存器的描述如下：R1中包含模拟输入通道选择，硬件 / 软件编程方式选择；R2进行单机 / 从机工作和电话模式（电话模式内容请参阅参考文献[3]）选择；R3控制带从机个数选择；R4用来设置模拟信号可编程放大增益和A/D、D/A转换频率。其它两个寄存器R5、R6是厂家留着测试用的，用户不可以对其编程。我们在以下例程中对4个可编程寄存器编程，使AD50C工作在以下状态：选择INP/INM为工作模拟输入，15+1位ADC和15+1位DAC模式，不带从机，采样频率为10.67KHz，模拟信号输入和输出放大增益均为0dB。
（3）用户代码的编写。完成音频信号采集与回放代码的编制。本设计给AD50编程用查询方式，接收A/D转换的D信号和发送D/A转换的D信号用DMA方式。
5.2 程序流程图
程序流程图如下：
DSP串行口1初始化
DSP中断 控制 设置
复位 AD 50C
给寄存器2编程
开始接受A/D转化数据
给寄存器4编程

给寄存器3编程

给寄存器1编程
开始
结束

图9 系统程序流程图
5.3 系统程序
见附录。

第6章 心得体会

　　本学期我们开设了《DSP原理及应用》，这门学科我觉得很难，但却十分重要，而且都是理论方面的指示，所以必须学好它。正所谓“纸上谈兵终觉浅，觉知此事要躬行。”学习任何知识，仅从理论上去求知，而不去实践、探索是不够的，所以课程设计是身份必要的。
　　在这次课程设计过程中，我也遇到了很多问题。对TLC320AD50的通信系统的设计以前就没有接触过，对TLC320AD50芯片也不了解。后来在网上找到了他们的资料，才有了一些了解，发现他们是很实用的，真是受益匪浅啊。
　　总之，在这次课程设计中我学到了很多，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。这些让我一生受用。

第7章 参考文献

[1]周霖.DSP通信工程技术应用[M].北京:国防工业出版社,2004..
[2]周霖.DSP系统设计与实现[M].北京:国防工业出版社,2003..
[3]陈志鑫 郭华伟.基于TMS320C54xDSP的实时语音识别系统[J].半导体技术，2001，
[4]王华 张健.DSP原理及其C编程开发技术[M].北京:电子工业出版社,2006..
[5]汪安民 程昱.DSP应用开发实用子程序[M].北京:人民邮电出版社,2005.383-415.

附录1　软件系统设计程序
Ⅰ,  TMS320VC5402中断及串口初始化
……
stm #0002h, 48h
stm #0040h, 49h ; 设置DSP串口1工作在每帧一个字，每个字16位模式
……
stm #0006h, 48h
stm #0100h, 49h ; 设置CLKGDV=0，使串口1工作在最大频率
stm #0007h, 48h
stm #0a000h, 49h ；设置CLKSM=1，采样率发生器时钟由DSP内部产生
stm #000eh，48h
stm #0008h，49h ；设置FSXP=1，使帧同步脉冲低电平有效
stm #0080h，imr  ；DMA一通道中断使能
 rsbx  intm  ；开放所有可屏蔽中断
 ……
Ⅱ， AD50初始化
 ld #0001h，a ；D0=1，请求第二次交流
 stlm a，43h  ；向TLC320AD50C写数据
aa： stm #0001h，48h 
 ldm 49h，a
 and #0002h，a
 bc aa，aeq  ；数据是否被TLC320AD50C接收
 ld #0180h，a ；给TLC320AD50C的寄存器1编程，使其复位
 stlm a，43h
bb：stm #0001h，48h
 ldm 49h，a
 and #0002h，a
 bc bb，aeq  ；编程数据是否被TLC320AD50C接收
    ……
 stm #0100h，a ；TLC320AD50C脱离复位并且设置寄存器1，使INP，INM为输入
 ……
 stm #0200h，a ；设置TLC320AD50C寄存器2，使电话模式无效
 ……
 stm #0460h，a ；设置TLC320AD50C寄存器4，使采样频率为10.667KHz
 ……
 stm #0300h，a ；设置TLC320AD50C寄存器3，使带0个从机
 ……
 Ⅲ， DMA1通道初始化
 stm #05h， 55h ；选择DMA1通道
 stm #0041h，56h ；设置串口1接收端为DMA事件的源地址
stm #027fh，56h ；设置DMA事件的目的地址
 stm #3000h，56h ；设置直接传送数据个数
 stm #5000h，56h ；设置串口1同步模式，一帧接收一个字
 stm #404dh，56h ；设置DMA为多帧模式，源地址不调整目的地址按57h的值调整
 stm #20h， 55h
 stm #0001h，57h ；设置目的地址为自动加1调整
stm #0282h，54h ；设置通道1为高优先级并使能通道1
……

15