DSP硬件设计基础
DSP 课件 第十章 硬件设计基础
DSP课件第十章：硬件设计基础
一、引言
硬件设计在数字信号处理中的重要性不可忽视。本节介绍硬件设计流程与方 法。
二、设计规范
PCB设计规范
了解常用的PCB设计规范，确保电路布线的稳定性和可靠性。
元器件选型规范
选择合适的元器件，满足性能和可靠性要求。
焊接工艺规范
掌握良好的焊接工艺，确保焊接质量。
三、高速信号传输
信号完整性原则
了解保持信号完整性的原则， 减少信号损耗和干扰。
高速信号线设计
掌握高速信号线的布局和终端 匹配等技术。
双层和多层布局设计
学习双层和多层布局设计技巧， 提高信号传输性能。
四、模拟电路设计
1 模拟电路设计基础
了解模拟电路设计的基本 原理和方法。
2 运放和比较器设计
学习运放和比较器的设计 及应用。
3
接口电路设计
掌握接口电路设计技巧，实现稳定的数据传输。
七、设计案例分析
声卡设计案例
通过声卡设计案例，展示硬件设 计的实际应用。
DSP处理器板设计案例
通过DSP处理器板设计案例，展 示硬件设计的复杂性。
音频放大器设计案例
通过音频放大器设计案例，展示 硬件设计的创新性。
八、总结
硬件设计在数字信号处理中的重要性再次强调。通过本章的学习，我们获得 了宝贵的知识，并展望了未来的发展。 以上是本滤波器的设计原理和 实现方法。
五、数模转换
AD转换原理
深入了解AD转换器的原理和应 用。
DA转换原理
学习DA转换器的工作原理和使 用场景。
数模电路设计
掌握数模电路的设计方法，提 高转换精度。
六、板级其他设计
DSP-13DSP系统的基本设计
方案一
方案二
0
0
0
工作频率=外部时钟源3 工作频率=外部时钟源5
1
1
0
工作频率=外部时钟源2 工作频率=外部时钟源4
1
0
0
工作频率=内部时钟器3 工作频率=内部时钟器5
0
1
0
工作频率=外部时钟源1.5 工作频率=外部时钟源4.5
0
0
1
工作频率=外部时钟源2 工作频率=外部时钟源2
1
1
PLLMUL
0~14 15
0~14 15
0或偶数 奇数
PLL乘系数
0.5
0.25
PLLMUL+1
1
(PLLMUL+1)2
PLLMUL4
19
13.4 时钟电路设计
④ 复位时钟方式
C5402复位时设置的时钟方式
CLKMD1 CLKMD2 CLKMD3 CLKMD的复位值
时钟方式
0
0
0
0
0
1
0
1
电平转换标准不相同的，但满足接口电平的要求，即VOH≥VIH，VOL≤VIL。 只要采用能承受5V电压的LVC器件，且满足接口电流的要求，可以直接驱 动，否则需加驱动电路。
内核电源CVDD——采用3.3V、2.5V，或1.8V电源； I/O电源DVDD ——采用3.3V供电。
5V
电压调节器1
DVDD
(3.3V)
电压调节器2
CVDD (1.8V)
第一种方案
3.3V 电压调节器 第二种方案
DVDD (3.3V)
CVDD (1.8V)
5
13.2 电源电路的设计
产生电源的芯片: Maxim公司：MAX604、MAX748； TI公司：TPS71xx、TPS72xx、TPS73xx等系列。
dsp硬件系统设计
LF240x/240xA DSP数据总线驱动能力为4mA,地址总线 驱动能力为2mA。在总线负载较重的情况下，应使用 总线缓冲器增强驱动能力。
总线驱动电路
74LVTH245驱 动能力可达32mA
八、总线驱动及I/O接口电路扩充设计
I/O接口电路扩充设计： 方法： 1、采用TTL电路或CMOS电路的三态缓冲器、触发器和 锁存器等构成简单I/O口 2、采用通用I/O集成芯片或可编程逻辑器件构成外部I/O 口 在进行简单设计时，应遵循“输入三态、输出锁存”与 总线相连的设计原则，即输入口可使用三态缓冲器或 带有三态输出的锁存器，而输出口只能使用锁存器， 否则将无法保留所送信号。
1频率2信号电平3时钟的沿特性4驱动能力5采用有源晶振还是无源晶振用户布线时应确保由时钟走线芯片以及旁路电容组成的回路区域尽可能地小时钟走线尽可能地短且直以减少电磁干扰同时避免高频噪声的干扰复位电路设计tms320lf240x240xa系列dsp为低电平复位tms320lf2407a内部带有复位电路因此可以直接在rs复位引脚外面接一个10k的上拉电阻
十、DSP与A/D、D/A的接口
3、电平问题 4、原理图设计 5、设计印制电路板图（PCB)
二、3.3V和5V混合逻辑系统设计
1、各种电平转换标准
二、3.3V和5V混合逻辑系统设计
2、3.3V和5V器件接口的四种情况
三、电源转换电路设计
TMS320LF240x/240xA系列DSP为低功耗系列，所有引脚 中除VCCP引脚在对Flash编程时接5V电压外，其他供 电电源引脚供电电压均为3.3V。这些供电电源分成三部 分： 1、PLL供电电压PLLVccA 2、ADC模块模拟供电电压VccA 3、数字逻辑和I/O缓冲器电源电压VDD/VDD0 模拟电压与数字电压要分开供电，模拟地与数字地也要分 开，
《dsp设计基础》课件
DSP优化技术
流水线技术
概念：将指令分解为多个阶段，每个阶段由不同的硬件单元执行 优点：提高指令执行效率，减少等待时间 应用：在DSP设计中广泛应用，如ARM、MIPS等架构的DSP
优化方法：通过调整流水线深度、宽度和调度策略等手段，提高流水线效率
并行处理技术
概念：同时处理多个任务或指令的技术 优势：提高处理速度，降低延迟 应用：DSP设计中的并行处理技术，如SIMD、VLIW等 挑战：如何平衡并行处理与资源消耗的关系，确保系统稳定性和可靠性
混合编程
混合编程的概念： 将C语言和汇编 语言混合使用， 以提高程序的执
行效率
混合编程的优 势：可以充分 利用C语言的高 级特性和汇编 语言的高效性
混合编程的应用 场景：在DSP软 件开发中，对于 一些对执行效率 要求较高的模块， 可以使用混合编
程
混合编程的注意 事项：需要熟练 掌握C语言和汇 编语言的语法和 特性，以及DSP 硬件的特性和限
DSP硬件结构
DSP的处理器结构
处理器类型：DSP（数字信号处理器）
处理器内存：RAM、ROM、Flash等
处理器核心：ARM、MIPS、PowerPC 等
处理器接口：USB、SPI、I2C、UART 等
处理器频率：100MHz-1GHz
处理器应用：音频处理、图像处理、通 信等
DSP的存储器结构
堆栈寻址：操作数在堆栈中，地址由堆栈指 针决定
DSP软件编程
汇编语言编程
汇编语言是一种低级语言，用 于直接控制硬件设备
汇编语言的特点是直接、高效、 灵活，但编写和调试困难
汇编语言编程需要了解硬件结 构和工作原理
汇编语言编程常用于系统级编 程、嵌入式系统编程等场合
(DSP处理器原理与应用)第9章DSP系统硬件设计
本章将介绍DSP处理器硬件设计的基本概念，包括DSP芯片的特点和功能， DSP硬件系统的架构设计，和DSP芯片的初始设置和配置。
模块化设计与DSP硬件系统
设计原则
模块化设计提高可维护性和可重用性，减少错误和开发时间。
案例研究
通过实际案例分析模块化设计在DSP系统中的应用和优势。
最佳实践
探讨如何合理划分模块并实现模块之间的通信和数据传输。
DSP系统时钟与定时器设计
1 时钟源选择
讨论选择合适的时钟源以满足DSP系统的时序和性能要求。
2 时钟稳定性
详解外部时钟源的频率和稳定性的要求以及如何保证。
3 定时器设计
介绍DSP系统中定时器的功能和设计方法。
强大的DSP输入/输出接口
功率分配
讨论如何合理分配和管理DSP系 统中的功率。
2
存储器容量和速度
讨论如何根据DSP系统的需求，选择合适的存储器容量和速度。
3
存储器优化
提供存储器布局和访问优化的技巧和方法。
外设接口设计与优化
串行接口
• I2C • SPI • UART
并行接口
• GPIO • PCI • ISA
高速接口
• USB • Ethernet • HDMI
中断系统的设计与实现
输入接口设计
深入探Байду номын сангаасDSP系统输入接口的设 计原则和常见的输入接口类型。
输出接口设计
讨论DSP系统输出接口的设计方 案和常用的输出接口类型。
显示接口设计
介绍DSP系统显示接口的设计要 求和实现方法。
高效的DSP存储器设计
1
dsp基本系统设计
04
同时，随着人工智能、物联网等技术的快速发展， DSP技术将与这些技术进行更紧密的结合，以实现更 高效、智能的数据处理和分析。
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算法实现与优化
总结词
DSP系统的核心是实现各种数字信号处理算法，因此算法实现与优化是DSP系统软件设计的关键环节 。
详细描述
在算法实现与优化方面，需要考虑算法的复杂度、运算量、存储需求等因素，并采用适当的优化技术 ，如循环展开、流水线设计、并行计算等，以提高DSP系统的性能。
程序结构与流程控制
总结词
存储器与I/O接口设计
存储器设计
根据DSP系统的需求，设 计适当的存储器容量和类 型，如SRAM、DRAM、 Flash等。
I/O接口设计
根据应用需求，设计适当 的I/O接口，如GPIO、SPI、 I2C、UART等。
考虑因素
在存储器和I/O接口设计时， 需要考虑容量、速度、功 耗以及与处理器的兼容性 等因素。
信号的频域分析
频域分析是将信号从 时域转换到频域进行 分析的方法。
频谱分析可以揭示信 号的频率成分、频率 范围和频率变化等特 性。
傅里叶变换是频域分 析的基础，可以将信 号表示为不同频率分 量的叠加。
04 DSP系统硬件设计
硬件平台选择
通用硬件平台
选择通用的DSP硬件平台，如TI 的TMS320系列或ADI的Blackfin 系列，这些平台具有成熟的开发 工具和丰富的应用案例。
05 DSP系统软件设计
软件开发环境选择
总结词
选择合适的软件开发环境是DSP系统设计的重要步骤，它影响着软件开发的效 率、可维护性和可扩展性。
DSP硬件系统的设计
DSP硬件系统的设计DSP（数字信号处理器）硬件系统是一种专门用于处理数字信号的处理器。
它可以用于各种应用领域，如音频和视频处理、通信系统、雷达和成像系统等。
在设计DSP硬件系统时，需要考虑多个因素，包括性能要求、功耗、实时性和扩展性等。
本文将详细介绍DSP硬件系统的设计过程。
首先，在DSP硬件系统的设计中，需要明确系统的性能要求。
这包括数据处理速度、存储器大小、输入输出接口等方面。
性能要求将直接影响到硬件设计的复杂度和成本。
因此，需要仔细分析系统的应用场景和所需功能，确保所设计的硬件系统能够满足性能要求。
其次，需要选择适合的DSP芯片。
市面上有许多不同的DSP芯片，每个芯片都有其独特的特性和性能。
在选择DSP芯片时，需要考虑芯片的性能指标（如时钟速度、处理能力），软件开发工具的可用性，以及芯片的功耗等因素。
此外，还需要考虑芯片的成本和可扩展性，以确保所选芯片能够满足系统的需求。
在DSP硬件系统的设计中，关键部分是处理器核心和存储器子系统。
处理器核心是执行DSP算法的主要组成部分，它负责进行定点或浮点数的运算和处理。
存储器子系统包括程序存储器、数据存储器和缓存等，用于存储数据和程序指令。
在设计处理器核心和存储器子系统时，需要考虑其性能和可靠性。
此外，还需要设计适当的输入输出接口。
输入输出接口是连接DSP硬件系统与其他外围设备的通道，它包括模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）等。
在设计输入输出接口时，需要考虑系统的数据传输速率、精度和稳定性等因素。
为了提高DSP硬件系统的性能，还可以采用并行处理的方法。
并行处理可以通过增加处理器核心的数量来提高系统的并行计算能力。
此外，还可以通过使用硬件加速器和协处理器等技术来提高系统的处理能力。
最后，在设计DSP硬件系统时，还需要考虑功耗和实时性。
功耗是指系统所消耗的电能，它直接影响到系统的使用成本和散热问题。
实时性是指系统对输入信号的响应时间，在一些应用领域（如通信系统）中非常重要。
dsp硬件设计课程设计
dsp硬件设计课程设计一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握DSP硬件设计的基本原理和方法，培养学生进行DSP硬件系统设计和实现的能力。
具体目标如下：1.掌握DSP芯片的基本结构和原理。
2.了解DSP硬件设计的基本流程和步骤。
3.熟悉DSP系统的硬件架构和关键模块。
4.能够使用DSP芯片进行硬件系统设计。
5.能够进行DSP系统的硬件调试和验证。
6.能够分析和解决DSP硬件设计中遇到的问题。
情感态度价值观目标：1.培养学生的创新意识和团队合作精神。
2.培养学生对DSP硬件设计的兴趣和热情。
3.培养学生对科技发展的关注和对工程实践的重视。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.DSP芯片的基本结构和原理：介绍DSP芯片的内部结构、工作原理和特性。
2.DSP硬件设计的基本流程和步骤：讲解DSP硬件设计的过程，包括需求分析、硬件架构设计、硬件电路设计、硬件调试和验证等。
3.DSP系统的硬件架构和关键模块：介绍DSP系统的硬件架构，包括中央处理单元、存储器、输入输出接口等关键模块。
4.DSP硬件设计的实践案例：通过实际案例分析，使学生掌握DSP硬件设计的方法和技巧。
三、教学方法本课程的教学方法将采用多种教学手段相结合的方式，以激发学生的学习兴趣和主动性。
1.讲授法：通过教师的讲解，使学生掌握DSP硬件设计的基本原理和方法。
2.讨论法：通过分组讨论和实践案例的分析，培养学生的思考能力和团队合作精神。
3.实验法：通过实验操作，使学生熟悉DSP硬件设计的实践过程和技巧。
四、教学资源本课程的教学资源包括教材、参考书、多媒体资料和实验设备等。
1.教材：选择适合本课程的教材，为学生提供系统的学习资料。
2.参考书：提供相关的参考书籍，为学生提供更多的学习资源。
3.多媒体资料：制作课件和教学视频，以图文并茂的形式展示教学内容。
4.实验设备：提供DSP实验板和相关的实验设备，为学生提供实践操作的机会。
五、教学评估本课程的教学评估将采用多元化评估方式，全面客观地评价学生的学习成果。
DSP硬件系统的设计
5 DSP硬件系统的设计本方案是完成对三分量地震动信号采集和处理的硬件系统。
采用TI公司的TMS320C5409作为中央处理芯片，运用其高速的运算性能，完成对信号的实时处理。
5.1系统简介课题的研究对象为地面车辆的地震动信号，由前面介绍的三轴地震动检波器进行采集。
采集到的目标信号很微弱，通常只有几个至几十个微伏。
如此小的信号必须先经过前置放大和预处理后才能进行后续处理。
另外由于原始信号的这种微弱性，很容易被噪声淹没，所以一种低噪声、高增益放大电路也是本系统的重要组成部分之一。
为了能有效抑制干扰，对此测量电路应满足以下基本要求：（1）高输入阻抗，以减轻信号源的负载效应和抑制传输网络电阻不对称引入的误差；（2）高共模抑制比，以抑制各种共模干扰引入的误差；（3）零点的时间稳定性和温度稳定性要高，零位可调，或者能自动较零；（4）具有优良的动态特性。
基于以上要求，并满足三路信号的同时采集，本系统中采用的电路为三个单片的MAX4094组成多运放仪用放大电路，增益约为104，可单电源+2.7V～+6.0V 工作，功能可靠，性能稳定，达到了系统期望的要求。
在信号经过前置放大和预处理以后，就可以进行分析处理了。
本系统中采用DSP进行信号的分析与识别，由于DSP所能处理的信号为数字信号，所以在分析处理之前，必须将模拟信号转化成数字信号，也就是A/D转换。
针对于DSP芯片的数据接收特点，采用串行SPI方式进行数据接收，并要求三通道同时采集。
本系统采用MAX1246，该芯片为四通道串行数据传输、12位精度、低功耗ADC。
采用尾对尾连接方式，完全能够和DSP不加附加电路直接连接，从而简化电路的设计。
考虑到本系统的可调试方便，系统的电源使用独立变压器的+5V直流电源，它能够提供给系统稳定的电源保证，由于DSP有两种工作电压要求，一个是+1.8 V，一个是+3.3V。
所以本系统采用电源芯片为TI公司的TPS767D318。
同时考虑到模拟器件（主要是信号放大电路部分）和数字器件（主要是DSP和DSP周边器件）的干扰问题，采用电源芯片MAX860以及电压参考芯片MAX6030和断续放大器ICL7652，为系统提供双向电源3V。
dsp第5章 DSP系统的硬件设计
2013年8月15日4时2分
5.1.3复位电路
有3种复位方式：上电复位、手动复位和软 件复位。软件复位可通过软件指令来实现，上电 复位和手动复位可使用复位电路实现。 在实际的DSP应用系统中，系统的可靠性是 一个非常重要的问题。由于DSP系统的时钟频率 很高，使得系统很容易对外产生干扰或被干扰， 导致程序运行跑飞。除了在系统软件上采取一定 的保护措施之外，在硬件上常用的方法是使用具 有看门狗( Watchdog)监视功能的微处理器监控 电路。
2013年8月15日4时2分
其工作原理是:看门狗芯片和CPU的一个I/O 引脚相连,该I/O引脚通过程序控制它定时地往看 门狗的这个引脚上送入高电平(或低电平),这一程 序语句是分散地放在整个程序的其他控制语句中 间的，一旦CPU由于干扰造成程序跑飞后而陷 入某一程序段 进入死循环状态时,写看门狗引脚 的程序便不能被执行,这个时候,看门狗电路就会 由于得不到CPU送来的信号,就给CPU一个复位 信号,让程序从程序存储器的起始位置开始执行, 这样便实现了微机系统的自动复位。 分硬件看门狗和软件看门狗两种。
2013年8月15日4时2分
当DSP系统中需要多个时钟信号时， 推荐使用可编程的时钟电路芯片。 可编程时钟芯片有1个或多个PLL 锁相环，能够提供多个可配置的时钟 输出CLKA、CLKB和CLKC。配置系 数存储在EEPROM中，输出时钟可从 PLL或从选择的分频器产生。时钟信号 电平一般为5V或3.3V。 例如CY2071A和CY22381
2013年8月15日4时2分
常见的外部RAM分为静态存储器SRAM和 动态存储器DRAM。常规的静态RAM存储器， 例如62256、62512等，由于其工作电源一般为 5V，接口为CMOS电平，数据总线的接口为8位， 访问速度也不能适应DSP的运行速度，所以不推 荐使用。54xx系列DSP扩展外部RAM存储器时 同样要考虑几个方面的问题：存储器的电源、存 储器的I/O接口电平、DSP与存储器之间的数据 总线的接口、地址总线的接口及控制总线的接口。
DSP基础常识
IIR滤波器效率高，容易实现，与模拟滤波器有对应关系；但是在设计时由于存在极点因此要考虑稳定性（极点都落于单位圆内则稳定），
且由于有反馈，则会引起噪声和误差累积。
延时器就是存储单元
六、 DSP@DTMF
在DTMF中不采用FFT而采用Goertzel算法，Goertzel算法是一个二阶IIR滤波器,由于DTMF中只需要得到幅度信息，因此用Goertzel算法
（基本过程包括C编译器、汇编器、连接器）
C编译器：将针对特定片种的标准C程序代码编译成对应的汇编语言。若带有外壳程序，则可跳过汇编语言，直接将C语言变成目标代码，但是
这样就无法对汇编语言进行优化，可能会不利于优化设计。
TMS320的汇编语言工具包括： 汇编器、连接器、归档器、交叉引用列表器、十六进制公式转换程序。
ADD *+，8，A，AR4 该指令是把当前辅助寄存器（由ARP决定）的值，先左移8位，再加入A里；然后该辅助寄存器的内容加1（即指向下一
地址），然后再把当前的辅助寄存器选择为AR4.
ADD *0+，8，A 该指令是把当前辅助寄存器（由ARP决定）的值，先左移8位，再加入A里；然后再把AR0里面的值加入当前辅助寄存器。
二、 DSP的软件结构(视频12-15课)
首先需要了解硬件结构，特别是存储器的结构，寻址方式特别重要。
以下均以TI的54系列为例。
16位数据地址： 其中9位对应512个数据页，另外7位对应页内的128个偏移字地址，这样做是为了提高运算效率。DP是数据页指针。
LD #04，DP
ADD 9h,A
数据归一化有关的指令：EXP（指数运算）、NORM
DSP原理与应用——硬件设计
TPS7301
VI
> 2.7V < 0.5V 0.1F
IN
RESET
250k
至系统复位
EN
OUT
R1
V0
10F CSR=1
FB GND
R2
第3章 TMS320C54x的硬件设计
3.1 硬件设计概述
系统硬件设计过程：
第一步：确定硬件实现方案； 第二步：器件的选择；
原理图设计
确定硬件方案
器件选型
第三步：原理图设计；
第四步：PCB设计；
PCB图的设计要求设计人员既要熟 悉系统的工作原理，还要清楚布线工艺 和系统结构设计。
PCB图设计
第五步：硬件调试；
27 DSP原理与应用
第3章 TMS320C54x的硬件设计
20 DSP原理与应用
第3章 TMS320C54x的硬件设计
3.电源解决方案
DSP系统电源方案有以下几种：
采用3.3V单电源供电 可选用TI公司的TPS7133、TPS7233和TPS7333； Maxim公司的MAX604、MAX748。 采用可调电压的单电源供电
可选用TI公司的TPS7101、TPS7201和TPS7301。
输频率和同步方式等来选择。
DSP原理与应用
8
第3章 TMS320C54x的硬件设计
3.1 硬件设计概述
第二步：器件的选择；
⑦ 人机接口 常用的人机接口主要有键盘和显示器。
通过与其他单片机的通信构成；
与DSP芯片直接构成。 ⑧ 电源的选择 主要考虑电压的高低和电流的大小。 既要满足电压的匹配，又要满足电流容量的要求。
DSP系统硬件设计_二_DSP系统硬件原理图_PCB设计和系统调试技巧
DSP 系统硬件设计（二）——ＤＳＰ系统硬件原理图、ＰＣＢ设计和系统调试技巧北京飓风中天科技发展有限公司 朱铭锆ＤＳＰ硬件设计包括：硬件方案设计、ＤＳＰ及周边器件选型、原理图设计、ＰＣＢ设计及仿真、硬件调试等。
前一讲我们详细讲述了硬件方案设计、ＤＳＰ及周边器件选型两部分内容，本讲详细讲述原理图设计、ＰＣＢ设计、硬件调试等内容。
以期共享设计的经验，并能够提高大家的设计效率。
一、系统资源规划硬件设计的前提需要做的一件事是对整个系统的资源进行规划，最终得到系统的资源分配表，即Ｍｅｍｏｒｙ Ｍａｐ。
表１提供了一个用ＴＭＳ３２０ＤＭ６４２设计的图像处理系统的地址映射表。
通过表１我们可以清晰地看到程序空间、数据空间、图像输入口等资源的地址。
经过对系统资源的规划，我们的硬件设计才能够有整体的规划，不然设计出来的原理图就是非常盲目的“无源之水”。
二、硬件原理图设计ＤＳＰ的芯片厂家在设计出每一种ＤＳＰ芯片时一般都提供了相应的ＥＶＭ（评估板）参考原理图设计，大家可以通过网络免费下载，或通过购买原装的ＥＶＭ板得到。
详细的针对某一个板的原理我们就不细讲解，根据作者多年从事ＤＳＰ设计的经验把设计中的技巧总结出来与大家分享。
硬件设计时，应重点注意以下几点。
（１）时钟电路。
ＤＳＰ时钟可由外部提供，也可由板上的晶振提供。
但一般ＤＳＰ系统中经常使用外部时钟输入，因为使用外部时钟时，时钟的精度高、稳定性好、使用方便。
由于ＤＳＰ工作是以时钟为基准，如果时钟质量不高，那么系统的可靠性、稳定性就很难保证。
因此，若采用外部时钟，选择晶振时应对其稳定性、毛刺做全面的检验，以便ＤＳＰ系统可靠地工作。
（２）复位电路。
应同时设计上电复位电路和人工复位电路，在系统运行中出现故障时可方便地人工复位。
对于复位电路，一方面应确保复位低电平时间足够长（一般需要２０ｍｓ以上），保证ＤＳＰ可靠复位；另一方面应保证稳定性良好，防止ＤＳＰ误复位。
（３）在ＤＳＰ电路中，对所有的输入信号必须有明确的处理，不能悬浮或置之不理。
DSP芯片硬件系统的基本设计中时钟电路的设计
目录目录 0引言 01.时钟信号的产生 (1)2.锁相环PLL (1)硬件配置的PLL (2)软件可编程PLL (3)2.2.1软件可编程PLL的工作方式 (3)2.2.3时钟工作方式寄存器CLKMD的应用说明 (4)3. 可编程PLL时钟工作模式的切换编程 (5)从分频模式切换向倍频模式的切换编程 (5)从倍频模式向分频模式的切换编程 (6)从倍频模式向倍频模式的切换编程 (7)从分频模式向分频模式的切换编程 (8)紧跟在复位之后的PLL操作 (8)使用IDLE指令时PLL的编程方法 (8)5 参考文献 (9)引言一个完整的DSP系统通常是由DSP芯片和其他相应的外围器件构成。
TMS320C54XX1X2\CLKIN4 1 3 2Vdd TSM320C54XX1X2\CLKINC1C2晶体DSP硬件系统主要包括电源电路、复位电路、时钟电路等。
DSP的时钟电路用来为TMS320C54x芯片提供时钟信号，由一个内部振荡器和一个锁相环PLL组成，可通过晶振或外部的时钟驱动。
以下我们将着重讨论DSP 硬件系统的基本设计中时钟电路的设计。
1.时钟信号的产生为DSP芯片提供时钟信号一般有两种方法：（1）使用外部时钟源的时钟信号，将外部时钟信号直接加到DSP芯片的X2/CLKIN引脚，而X1引脚悬空。
外部时钟源可以采用频率稳定的晶体振荡器，具有使用方便，价格便宜，因而得到广泛应用。
连接方式如图所示。
（2）利用DSP芯片内部的振荡器构成时钟电路，连接方式如图所示。
在芯片的X1和X2/CLKIN引脚之间接入一个晶体，CLKMD引脚必须设置以启动内部振荡器。
外部晶振(1)硬件配置的PLL：用于C541、C542、C543、C545和C546芯片。
(2)软件可编程PLL：用于C54A、C546A、C548、C549、C5402、C5410、和C5420芯片。
硬件配置的PLL硬件配置PLL，通过设定C54x的3个引脚CLKMD1、CLKMD2和CLKMD3的状态来选定时钟方式。
4)DSP硬件系统设计
4)DSP硬件系统设计内容回顾1、片内存储器1）SRAM：共18k×16bit（M0、M1、L0、L1、H0）2）FLASH：128k×16bit，分为10个扇区，5@150MHz2、外设寄存器空间1）外设帧0：支持16位或32位访问2）外设帧1：仅支持32位访问3）外设帧2：支持16位访问3、外部扩展接口（XINTF）1）分为5个独立的存储空间，提供3个片选信号；2）每个空间可独立配置建立、有效、跟踪周期。
(75-2.78MHz)1DSP原理及其应用技术DSP硬件系统设计4.1 DSP系统设计概述4.2 DSP最小系统设计4.3 人机接口设计4.4 存储器接口设计 4.5 实验系统简介24.1 DSP系统设计概述1、总体方案设计2、硬件电路设计3、软件编程4、系统调试5、程序固化3DSP系统设计流程根据需求写出任务说明书根据任务书确定技术指标DSP芯片及外围芯片总体设计确定软硬件分工软件设计说明书软件编程与调试系统集成硬件设计说明书硬件设计（.sch/ .pcb ）硬件调试系统测试、样机完成、中试、产品测试与生产4硬件设计步骤确定硬件方案器件选型（查手册）原理图设计PCB图设计硬件调试（结合软件）5系统分析系统综合DSP开发系统组成__281X MEMORY Peri-XDS510 System1）硬件开发工具；2）软件开发工具；3）DSP目标板。
JTAGSCAN PORTCPUpheralsDebugger CCS IDEJTAGXDS510 Software XDS510 DSPPC目标板6DSP开发系统组成PC机CCS IDEJTAG目标板仿真器7TI DSP 开发工具软件开发工具:C CompilerAssembler / Linker C-Source Debugger: Code Composer Studio IDECode composer studioSimulator硬件开发系统XDS510/560 EVM F28x MCK28x DSK28xFlash programming tools8DSP硬件开发工具TMS320的硬件开发工具，包括1）DSK（Develop Starter Kit）、2）EVM（Evaluate Module）；3）硬件仿真系统XDS-510/560。
DSP主控板硬件设计
DSP主控板硬件设计DSP主控板是一种集成了数字信号处理（Digital Signal Processor，DSP）功能的主控板。
它是一种专门设计用于数字信号处理任务的硬件设备，广泛应用于音频和视频处理、图像处理、通信系统、雷达系统等领域。
DSP主控板的硬件设计是保证其正常运行和性能优化的关键步骤。
在硬件设计方面，主要包括核心芯片选型、外设接口设计、电源设计和时钟设计等方面。
首先，核心芯片选型是DSP主控板硬件设计的关键之一。
根据应用需求和性能要求，选择适合的DSP芯片。
常见的DSP芯片有TI的TMS320系列和Analog Devices的Blackfin系列等。
不同芯片具有不同的处理能力、计算速度、内存容量和功耗等指标，因此需根据具体需求进行选型。
其次，外设接口设计是DSP主控板硬件设计的另一个重要方面。
根据应用需要，设计适合的输入输出接口，如模拟输入输出接口、数字输入输出接口和通信接口等。
这些接口可以连接外部设备，实现与外部系统的数据交互，满足不同的应用需求。
再次，电源设计是DSP主控板硬件设计的必要环节。
稳定可靠的电源是保证DSP主控板正常工作的前提条件。
设计电源模块时，需考虑电压稳定性、电源纹波、电源噪声等因素，充分满足DSP主控板的电源需求。
最后，时钟设计是DSP主控板硬件设计的关键一环。
时钟信号是DSP主控板正常运行所必须的，它主要用于控制和同步DSP芯片的工作。
时钟设计要考虑时钟频率、时钟稳定性、时钟分频等因素，确保DSP主控板稳定工作。
除了以上几个方面，DSP主控板的硬件设计还需要考虑其他一些因素，如EMI（Electromagnetic Interference，电磁干扰）抑制、抗干扰能力、PCB（Printed Circuit Board，印制电路板）布局等。
EMI抑制可以减少DSP主控板对周围设备的电磁干扰，保证其正常工作。
抗干扰能力可以提高DSP主控板的稳定性和可靠性。
DSP与智能化系统------第8章 dsp硬件设计基础
二、DSP系统的设计思路
输
输
入 抗混
DSP
平滑 出
叠滤 A/D 芯片 D/A 滤波
波器
器
典型的DSP系统
20
1.总体方案设计
DSP应用
DSP系统设计前：
定义系统性能指标
•明确设计任务 •给出设计任务书
选择DSP芯片
功能描述准确
软件编程
硬件设计
功能描述清楚 描述的方式
软件调试
硬件调试
人工语言
系统集成
29
器件的选型原则 4
逻辑控制
先 确 定 所 用 器 件 ， 如 PLD 、 EPLD或FPGA；
再根据自己的特长和公司芯片 的特点决定采用哪家公司的哪一 系列产品；
最 后 根 据 DSP 芯 片 的 频 率 决 定 芯片的工作频率，并以此来确定 使用的芯片。
30
器件的选型原则 5
通信接口
根据与其他系 统通信的速率 决定采用的通 信方式： 串口 并口 总线
INTEL&AD 的新DSP CORE 15
选择芯片考虑的因素
1．DSP芯片的运算速度 MAC时间：一次乘法和一次加法的时间。大部分 DSP芯片可在一个指令周期内完成一次乘法和一次 加法操作。 FFT执行时间：运行一个N点FFT程序所需时间。 由于FFT运算在数字信号处理中很有代表性，因此 FFT运算时间常作为衡量DSP芯片运算能力的一个指 标。 MIPS：每秒执行百万条指令。 MOPS：每秒执行百万次操作。 MFLOPS：每秒执行百万次浮点操作。 BOPS：每秒执行十亿次操作。
Target Application (目标应用)
» Digital Cres (双核心)
DSP硬件设计基础PPT学习教案
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设计必须通过相关的专业软件才能完成。目前能够同时进行电原理图和 电路板图设计的软件工具比较多，比较盛行的有Protel公司、Cadence 公司、Mentor公司等的设计工具。
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5、设计印制电路板图 当完成原理图的绘制并经过审核以后，就可以进行PCB的设计。对
于复杂的硬件设计，一般在设计电原理图时，还有一个原理图仿真过程 ，尤其对于模拟器件和高频器件等的设计。这个过程通常是必需的。在 完成PCB的设计进行制板以前，还要对PCB设计进行仿真，用以完成对 信号完整性、电磁干扰、热仿真等的功能检验。
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10.2 3.3V和5V混合逻辑系统设计
1、各种电平转换标准
其中，VOH表示输出高电平的最低电压，VIH表示输入高电平的最 低电压， VIL表示输入低电平的最高电压， VOL表示输出低电平的最高 电压。
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2、3.3V器件与5V器件接口的四种情况 根据实际应用场合，下面考虑3.3V器件与5V器件接口的四种不
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TMS320LF240x系列DSP的时钟是外部振荡器方式的时钟输入电路图。
LF240x具有内部锁相环，用来从一个较低频率的外部时钟通过锁 相环倍频电路实现内部倍频。这对于整个电路板的电磁兼容性是很有好 处的，因为外部只需要使用较低频率的晶振，避免外部电路干扰时钟， 同时也避免了高频时钟干扰板上其他电路。
3.3V电源一般需要通过对5V电源进行变换得到。对于电源芯片 的选择，需要从以下几个方面考虑：
第6讲 DSP系统硬件设计.
C5402DSP系统基本设计—电源
– C5402电源保护电路
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– 电流消耗：
芯片激活度 CPU激活度
外设及速度
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C5402电源设计
• 两种方案
+5v +3.3v +3.3v +3.3v
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电压调整器1
+1.8v
+1.8v
电压调整器2
电压调整器2
方案1
方案2
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5v TTL 5v VDD
3.3v TTL
VDD VOH VIH VT VIL VOL GND
VOH VIH VT VIL VOL GND
2.4v 2.0v 1.5v 0.8v 0.4v 0v
2.5v
VT
VOL GND
0.4v 0v
3.3v与5v电平转换形式
• 3.3v和5v共存时，须考虑：
可调输出3.3v
R1 VO Vref 1 R 2
13
5
v
1
5
Green
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0 Ω 4 7 u F 1 0 u F 0.1uF 0.1uF 1 K 1 K 1 1 1 1 1 4 3 8 0 2 7 2 1 9 1 3 4 6 5 TPS73HD318 * N N N N N N 2GND 2EN 2IN 2IN 1GND 1EN 1IN 1IN C C C C C C 1FB/SENSE 2SENSE 2RESET 1RESET 2OUT 2OUT 1OUT 1OUT N N N N N N C C C C C C 2 2 2 2 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 7 6 1 0 6 5 9 8 7 2 5 4 3 8 1 0 1 u 0 F u F 4 7 u 4 F 7 u F 3.3v 1.8v 5 8 1 1N4148 7 1N4148 1N4148
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4、电原理图设计
选好DSP芯片和外围芯片后，就可以进行电原理图设计。电原理图 设计必须通过相关的专业软件才能完成。目前能够同时进行电原理图和 电路板图设计的软件工具比较多，比较盛行的有Protel公司、Cadence公 司、Mentor公司等的设计工具。
5、设计印制电路板图
当完成原理图的绘制并经过审核以后，就可以进行PCB的设计。对 于复杂的硬件设计，一般在设计电原理图时，还有一个原理图仿真过程， 尤其对于模拟器件和高频器件等的设计。这个过程通常是必需的。在完 成PCB的设计进行制板以前，还要对PCB设计进行仿真，用以完成对信 号完整性、电磁干扰、热仿真等的功能检验。
10.3 电源转换电路设计
TMS320LF240x系列DSP为低功耗系列，所有引脚中除VCCP引脚在 对Flash编程时接5V电压外，其他供电电源引脚供电电压为3.3V。这些供 电电源引脚分成三部分：PLL供电电压PLLVCCA，ADC模块模拟供电电 压VCCA，数字逻辑和I/O缓冲器电源电压VDD/VDD0。其中ADC模块模拟 供电电压VCCA应与数字供电电压分开供电。
两者直接相连。
（3）5V CMOS器件驱动3.3V TTL器件。
两者的逻辑电平显然不同。5V CMOS的VOH与VOL与3.3V TTL的VIH 和VIL电平虽然存在一定差距，但是能够承受5V电压的3.3V器件能够识别 5V CMOS器件送来的电平值， 5V CMOS驱动3.3V TTL也是可能的。
（1）5V TTL 器件驱动3.3V TTL器件。
由于5V TTL 和3ຫໍສະໝຸດ 3V TTL的逻辑电平是相同的，因此，如果3.3V器 件能够承受5V电压，从电平上来说两者可以直接相连，而不需要额外的 元器件。
（2）3.3V TTL 器件驱动5V TTL器件。 由于两者的逻辑电平是相同的，因此不需要额外的元器件就可以将
（4） 3.3V TTL 器件驱动5V CMOS器件。
由上图， 3.3V TTL的VOH 是2.4V，而5V CMOS的VIH是3.5V ，因此， 3.3V TTL 的输出不能直接与5V CMOS器件输入相连。此时，可以采用双 电压（一边是3.3V供电，一边是5V供电）芯片，如TI的SN74LVC164245、 SN74LVC4245等，这些芯片可以将3.3V逻辑转换成5V CMOS逻辑。
为了设计DSP应用系统，必须要有相应的外围芯片，如复位芯片、 电源转换芯片、存储器、时钟芯片等。用户在选择DSP外围芯片时， 应尽量选择市场上的主流和常用芯片，这样主要是为了供货和使用上 的方便，而且在设计和调试过程中，可供参考的资料相对较多，可以 大大加快设计和调试进度。
3、电平问题
LF240xDSP的I/O工作电压是3.3V，因此，I/O电平也是3.3V逻辑电 平。在设计DSP系统时，如果外围芯片的电压也是3.3，那么就可以直接 连接，但是很多外围芯片的工作电压是5V，如SRAM、A/D、EPROM等， 因此就存在一个如何将3.3VDSP芯片与这些5V供电芯片可靠接口的问题。
10.5 外部数据存储器和程序存储器的扩展
存储器是DSP系统中最重要的部件之一，它的存取时间和容量直 接影响着DSP系统的操作性能。
DSP与外部存储器接口时，只需将存储器的地址线、数据线与DSP 的地址线、数据线相连接，并辅以片选线和控制线选中该芯片即可。 如果使用的是8位存储器，则需要两片才能构成16位数据的应用系统。
TMS320LF240x系列DSP的时钟可以有两种连接方式：外部振荡器 方式和谐振器方式。下图是外部振荡器方式的时钟输入电路图。
LF240x具有内部锁相环，用来从一个较低频率的外部时钟通过锁相 环倍频电路实现内部倍频。这对于整个电路板的电磁兼容性是很有好处 的，因为外部只需要使用较低频率的晶振，避免外部电路干扰时钟，同 时也避免了高频时钟干扰板上其他电路。
第10章 硬件设计基础
10.1 DSP硬件系统设计的一般步骤
1、根据系统要求选择合适的DSP芯片
选择DSP芯片一般需要从DSP芯片的运算速度、运算精度、DSP 芯片所提供的片内资源、芯片的开发工具及开发难易程度、芯片的功 耗、质量标准、供货情况、生命周期等几个方面考虑。
2、根据系统要求选择外围芯片
LF240x的PLL模块使用外部滤波器回路来抑制信号抖动和电磁干扰， 是信号抖动和干扰影响最小。
用户布线时，应确保由时钟走线、芯片 以及旁路电容组成的回路区域尽可能小，时 钟走线尽可能地短且直，以减少电磁干扰， 同时避免高频噪声的干扰。
2、复位电路设计
TMS320LF240x系列DSP为低电平复位。 TMS320LF2407内部代有 复位电路，因此可以直接在RS复位引脚外面接一个10kΩ上拉电阻即可。 一般来说，有两种复位电路的设计方法：专用芯片和RC电路法。分别如 下图所示。
（2）通常DSP系统可使用多层板技术来降低电源干扰，即设置专门的 一个内层作为电源层，另设置一个内层作为专门的地层，并通过内层 分割，将数字地和模拟地分开，最终通过一个磁珠在一点连在一起。
10.4 时钟及复位电路设计
1、时钟电路设计 在进行时钟电路设计时，需要考虑以下问题：
（1）频率：即系统工作的时钟频率 （2）信号电平。是5V还是3.3V，是TTL还是CMOS电平。 （3）时钟的沿特性。上升沿和下降沿的时间。 （4）驱动能力。考虑整个系统中需要时钟的器件的数目。 （5）采用有源晶振还是无源晶振。有源晶振驱动能力较强，频率范围 也很宽，在1Hz~400MHz之间。
10.2 3.3V和5V混合逻辑系统设计
1、各种电平转换标准
其中，VOH表示输出高电平的最低电压，VIH表示输入高电平的最 低电压， VIL表示输入低电平的最高电压， VOL表示输出低电平的最高 电压。
2、3.3V器件与5V器件接口的四种情况
根据实际应用场合，下面考虑3.3V器件与5V器件接口的四种不同 情况，如下图所示。
3.3V电源一般需要通过对5V电源进行变换得到。对于电源芯片的 选择，需要从以下几个方面考虑：
（1）输入电压和输出电压 （2）输出电流（输出功率） （3）转换功率 （4）成本和空间
5V—3.3V转换电路
在连接DSP的电源引脚时，应遵循下面的原则：
（1）在电源引脚和相应的电源地之间采用容值大小不同的电容并联进 行电源滤波，一般容值相差100倍左右。