基于DSP芯片的电子钟设计

1、绪论1.1 设计背景在DSP芯片出现之前，数字信号处理只能依靠通用微处理器来完成，由于微处理器芯片速度较低，难以满足高速实时处理的要求。

1965年库利和图基发表了著名的快速傅立叶变换FFT，极大地降低了傅立叶变换的计算量，从而为数字信号的实时处理奠定了算法的基础。

与此同时，伴随集成电路技术的发展，各大集成电路厂商为生产通用DSP芯片做了大量的工作。

1978年AMI公司生产第一片DSP芯片S2811。

1979年美国Intel公司发布了商用可编程DSP器件Intel2920，由于内部没有单周期的硬件乘法器，使芯片的运算速度，数据处理能力和运算精度受到了很大的限制。

运算速度大哟为单指令周期200~250ns，应用范围仅局限于军事或航空领域。

随着时间的推移，许多国际上著名集成电路厂家都相继推出自己的DSP产品。

这个时期的DSP器件在硬件结构上更适合数字信号处理的要求，能进行硬件乘法，硬件FFT变换和单指令滤波处理，其单指令周期为80~100ns，20实际80年代后期，以TI公司的TMS320C30为代表的第三代DSP芯片问世，伴随着运算速度的进一步提高，其应用范围逐步扩大到通信，计算机领域。

在2000年以后，DSP制造商不仅信号处理能力更加完善，而且是系统开发更加方便，程序编辑更加灵活，功耗进一步降低，成本不断下降。

尤其是各种通用外设集成到片上，大大地提高了数字信号处理能力。

这一时期的DSP运算速度可达到单指令周期10ms左右，可在Windows环境下直接应用C语言编程，使用方便灵活，使DSP芯片不仅在通信，计算机领域得到了广泛的应用，而且逐步渗透到了人们的日常消费领域。

目前DSP芯片的发展非常迅速。

硬件结构方面主要是向多处理器的并行处理结构，便于外部数据交换的串行总线传输，大容量片上RAM和ROM，程序加密，增加IO驱动能力，外围电路内装化，低功耗等方面发展。

软件方面主要是综合平台的完善，使DSP的应用开发更加灵活方便。

1.2 设计目的通过课程设计，使学生综合运用DSP技术课程和其他有关先修课程的理论和生产实际知识去分析和解决具体问题的能力得到提高，并使其所学知识得到进一步巩固、深化和发展；初步培养学生对工程设计的独立工作能力，学习设计的一般方法。

提高学生分析问题、解决问题的能力；训练学生的设计基本技能，如计算、绘图、查阅设计资料和手册，熟悉标准与规范等。

做电子钟设计还要熟悉2407的指令系统和74HC573的使用方法。

2、设计原理2.1芯片选择方案本次课程设计的试验箱提供了两种DSP芯片，TMS320C5410（可选配TMS320C5416）和TMS320LF2407。

方案一：本方案采用TMS320C5410芯片，TMS320C54X是为实现低功耗、高性能而专门设计的定点DSP芯片，其主要应用是无线通信系统、高速数字信号处理和其它。

TMS320C5410是TI公司54系列DSP芯片中相当优秀的一个型号，除了有强大的运算能力外，还集成了丰富的片内资源。

本实验箱上，5410芯片连接USB2.0 OTG接口模块、AD/DA转换等模块，可以进行声音文件的MP3解码实验。

方案二：本方案采用TMS320LF2407 DSP芯片，TMS320F2407A是美国德州仪器(TI)公司生产的一款应用于数字控制和信号处理领域的高性能定点DSP芯片.本实验箱上2407芯片LED、LCD、键盘模块，可以进行通用异步串行口（UART）的实验，电机控制实验，以太网卡实验，液晶显示屏实验，数码管控制实验，信号灯控制实验和键盘扫描实验。

结论：本次设计是电子钟设计，实现在数码管上显示时间，由于本实验箱上数码管通过CPLD模块连接在2407芯片上，所以本次设计采用TMS320LF2407 DSP芯片。

1、1秒时间显示方式选择方案本次设计的延时可以采用内部定时器与软件结合的1秒延时，也可以直接编写一个延时程序，实现1秒延时。

方案一：本方案采用内部定时器实现1秒延时。

原理为：在单片机内部存储器设三个字节分别存放时钟的时、分、秒信息。

利用定时器与软件结合实现1秒定时中断，每产生一次中断，存储器内相应的秒值加1；若秒达到60，则将其清零，并将相应的分加1；若分达到60，则清零分，并将时加1；若值达到24，则将十字节清零。

方案二：本方案完全用软件实现1秒延时。

原理为:编写一个延时函数DELAY，用for语句实现秒值循环从0加到59，秒每加1，调用一次延时函数，当秒值大于59，则将分加1，当分加到60，则将分赋0值，并将时加1，当时加到24，将时赋0值。

本方案采用的延时方法编程简单，容易理解。

结论：根据两种方案的比较，第二种方案编写程序简单易懂，所以采用第二种方案。

2.2数码管显示方案数码管有动态显示和静态显示。

方案一：静态显示，静态显示方式就是当显示器显示某一个字符时，相应的发光二极管恒定的导通或截止，直到显示另一个字符为止。

静态显示方式显示器中的各位相互独立，而且各位显示字符一经确定，相应锁存的输出将维持不变，因此，静态显示时亮度较高，且字符不闪烁。

但是占用的I/O口资源较多，浪费资源。

方案二：动态显示方式，动态显示方式是一位一位地分时轮流点亮各位显示器，对每一位显示器来说，每隔一段时间，轮流点亮一次。

这种显示方式节省了I/O口资源，简化了电路，降低了成本，因此多位显示时，一般采用动态显示。

结论：本次设计需要用到8个数码管显示，所以为了节省资源，采用方案二的动态显示。

2、硬件原理：数据由2407模块的低八位输入，由于2407的I/O口有限，不能同时驱动8个数码管，为了能实现数码管的动态显示，在2407上连接8个74HC573芯片，各连接一个数码管，数据再由74HC573传送到数码管上显示，控制信号由2407传到CPLD，经由CPLD译码后，再控制锁存器，控制数码管数码管。

软件设计程序设计流程：（S:秒m：分h：小时）程序清单#include <uart.h>#include <240x.h>void InitDSP()//DSP时钟中断初始化{ asm(" SETC INTM"); /// Disable all interruptasm(" CLRC SXM");asm(" CLRC OVM");asm(" CLRC CNF");SCSR1 =0x0E00; // 1*fin disable all clockSCSR2 =0x000E; //disable rom;/mc;don=1,pon=0WDCR =0x0E8;WSGR =0x0FFF; }void delay(u32 k){u32 i;for(i=0;i<k;i++) ;}u8 h=16,m=31,s=0;char led [10] = {0x77,0x14,0xb3,0xb6,0xd4,0xe6,0xe7,0x34,0xf7,0xf6}; /**************************main************************************/ void main(void){ asm(" SETC INTM"); // Disable all interrupt*/InitDSP();LED1=0x77;//显示0LED2=0x77;LED4=0x77;LED5=0x77;LED7=0x77;LED8=0x77;LED3=0x80;//显示横杠LED6=0x80;while(1){ LED5=led[m%10];//分钟显示LED4=led[m/10];LED2=led[h%10];//时钟显示LED1=led[h/10];for (s=0;s<60;s++){ LED8=led[s%10];//秒钟显示LED7=led[s/10];delay (80000);}m++;if(m==60){ m=0;//分钟清零h++;if(h==24)//时钟清零{h=0;} }}}三、调试过程及结果分析1、调试过程：（1） 2407模块小板插到大板上；打开数码管模块的电源开关；（2）在CCS2000环境中打开本实验的工程编译（.\shuzi\shuzi.pjt），生成输出文件，通过仿真器把执行代码(.out的文件)下载到DSP芯片；（2）运行程序。

2、结果分析运行完之后，在数码管上最开始出现00-00-00，然后第七个和第八个数码管开始循环变化，有00到59，再由59-00。

当秒等于59的下一个状态时，分开始变化，也就是第五个和第六个数码管，每当秒循环完一次。

分就加1。

当分等于59的下一个状态时，时开始变化，也就是第一个和第二个数码管开始计时，当分由59变到00状态时，小时就加1。

当小时等于23，下一个分由59变成00时，小时又变成00，由此循环下去，实现了电子钟的功能。

四、设计及调试中的体会本实验中，所用试验箱内部硬件已经全部链接完毕，实验时，只需要用软件指令调用链接相关端口就行。

软件设计需要清楚电子钟的具体功能，并知道如何实现其功能，电子钟程序设计时间的循环：秒钟先计时，显示59秒再加1秒时，秒钟自动清零，分钟加1；同理，分钟显示59秒再加1分钟时，分钟自动清零，时钟加1；而时钟显示23小时再加一小时，数码显示再一次从00-00-00开始计时，即进入下一个循环。

这个过程都是通过程序控制实现。

在实验过程中，不可能做到一步到位，总会有这样或那样的问题，需要不停的地修改、调试，从而完善实验。

在修改的过程中，改变限制条件，可以弄清楚实现秒钟、分钟和时钟的循环方法。

在调试的过程中，秒钟有可能只显示58，或者显示60，这种情况下需要改变限制条件，从而促使其有且只显示59，同样需要通过调试确使分钟和时钟达到循环要求。

5、心得体会通过本次试验，对ccs2000软件有一定的了解，了解了TMS320LF240XA芯片的内部结构及其一部分功能，熟悉了2407、74H573的使用方法，巩固先前所学的DSP理论上的知识。

通过查阅相关资料，编写程序，并且修改、精简程序，加强了自己的动手能力，和独立思考能力。

在调试过程中，难免会遇到很难解决或者自己无法解决的问题，在遇到问题时，要沉着冷静，首先自己要不断尝试修改，实在无法完成时，再向同学、老师寻求帮助，在交流中收获知识，达到查漏补缺的效果。

当自己独立完成实验的调试运行，看到实验达到要求的时刻，是实验最快乐的时刻，也是有所收获，感觉充实的时刻。

建议：希望能过提供更多的端口信息，可以尝试实现更多的功能。

6、参考文献五、参考文献（包括电路图和元器件清单）24072407开发板是一个独立的嵌入式应用板卡，用户可以通过它直接验证自己的算法，或在此基础上进行最终产品的集成或开发。