DSP系统设计及应用实例

TMS320C54x的硬件设计
电源电压和电流要求 ’C5402芯片的加电次序： 理想情况下，两电源应同时加电。 若不能做到同时加电，应先对DVDD加电，然后 CV 再对CVDD加电。 DV 内部静电保护电路：
DD
DD
要求: DVDD电压不超过CVDD 电压2V； CVDD电压不超过DVDD 电压0.5V。
Vcc
最大电流：2A
22H 22H
+3.3V
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② 采用可调电压的单电源供电
TI公司的TPS7101、TPS7201和TPS7301等芯片提供了可 调节的输出电压，其调节范围为1.2V~9.75V，可通过改变两 个外接电阻阻值来实现。
TPS7301
VI
> 2.7V < 0.5V
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硬件设计概述
第二步：器件的选择；
③ 存储器的选择 常用的存储器有SRAM、EPROM、E2PROM和FLASH等。 可以根据工作频率、存储容量、位长(8/16/32位)、 接口方式(串行还是并行)、工作电压(5V/3V)等来选择。 ④ 逻辑控制器件的选择 系统的逻辑控制通常是用可编程逻辑器件来实现。 首先确定是采用CPLD还是FPGA； 其次根据自己的特长和公司芯片的特点选择哪家公 司的哪个系列的产品； 最后还要根据DSP的频率来选择所使用的PLD器件。
硬件设计概述
第三步：原理图设计； 原理图设计包括： 系统结构设计 可分为单DSP结构和多DSP结构、并行结构和串 行结构、全DSP结构和DSP/MCU混合结构等； 模拟数字混合电路的设计 主要用来实现DSP与模拟混合产品的无逢连接。 包括信号的调理、A/D和D/A转换电路、数据缓 冲等。
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硬件调试 一个DSP硬件系统除了DSP芯片外， 还包括ADC、DAC、存储器、电源、逻辑控制、通信、人机 接口、总线等基本部件。
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硬件设计概述
第二步：器件的选择；
① DSP芯片的选择 选择DSP芯片要综合多种因素，折衷考虑。 首先要根据系统对运算量的需求来选择； 其次要根据系统所应用领域来选择合适的DSP芯片； 最后要根据DSP的片上资源、价格、外设配置以及与 其他元部件的配套性等因素来选择。 ② ADC和DAC的选择 A/D转换器的选择应根据采样频率、精度以及是否要 求片上自带采样、多路选择器、基准电源等因素来选择； D/A转换器应根据信号频率、精度以及是否要求自带 基准电源、多路选择器、输出运放等因素来选择。
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； 第三步：原理图设计；
从第三步开始就进入系统的综合。 在原理图设计阶段必须清楚地了解器件 的特性、使用方法和系统的开发，必要 时可对单元电路进行功能仿真。
确定硬件方案 器件选型
原理图设计
PCB图设计
硬件调试
TMS320C54x的硬件设计
TMS320C54x的硬件设计
③ 采用双电源供电 由TPS73HD318芯片组成的双电源电路。
R1 100k TPS73HD318 1 NC 1RESET 28 27 2 NC 26 3 NC NC 25 4 1GND 5 1EN FB/SENSE 24 6 1IN 1OUT 23 7 1IN 1OUT 22 21 8 NC 2RESET 20 9 NC 19 10 NC NC 18 11 2GND 12 2EN 2SENSE 17 13 2IN 2OUT 16 15 14 2IN 2OUT NC NC NC NC R2 100k & 1.8V DL4148 D1 C3 33F D2 RESET to DSP
时钟电路
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DSP系统的基本设计 电源电路的设计
为了降低芯片功耗，’C54x系列芯片大部分都 采用低电压设计，并且采用双电源供电，即
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。
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电源电路的设计
0 1 2 0 1 2
1.5V 1.8V 2.5V 3.3V
45 k 88k 191k 309k
169k 169Hale Waihona Puke Baidu 169k 169k
3.6V 4V 5V 6.4V
348k 402k 549k 750k
169k 169k 169k 169k
TMS320C54x的硬件设计
TMS320C54x的硬件设计
电源电压和电流要求 ’C5402芯片的电流消耗主要取决于器件的激 活度。 内核电源CVDD所消耗的电流主要取决于CPU的激 活度。 外设消耗的电流取决于正在工作的外设及其速 度。 时钟电路消耗一小部分电流，而且是恒定的， 与CPU和外设的激活程度无关。 I/O电源DVDD消耗的电流取决于外部输出的速度、 数量以及输出端的负载电容。
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硬件设计概述
第二步：器件的选择；
⑤ 通信器件的选择 通常系统都要求有通信接口。 首先要根据系统对通信速率的要求来选择通信方式。 一般串行口只能达到19kb/s，而并行口可达到1Mb/s以 上，若要求过高可考虑通过总线进行通信； 然后根据通信方式来选择通信器件。 ⑥ 总线的选择 常用总线：PCI、ISA以及现场总线(包括CAN、3xbus等)。 可以根据使用的场合、数据传输要求、总线的宽度、传 输频率和同步方式等来选择。
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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。 采用双电源供电 可选用TI公司的TPS73HD301、TPS73HD325、 TPS73HD318等芯片。
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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。
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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。
确定硬件方案 器件选型
原理图设计
PCB图设计
第五步：硬件调试；
硬件调试
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DSP系统的基本设计
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。 本节主要以TMS320C54x系列芯片为例，介绍 DSP硬件系统的基本设计，包括: 电源电路 复位电路
③ 采用双电源供电 TI公司提供的双电源芯片： 固定的输出电压: 3.3V TPS73HD301 TPS73HD325 可调的输出电压: 1.2V~9.75V — 固定的输出电压: 3.3V和2.5V
— 固定的输出电压: 3.3V和1.8V 每路电源的最大输出电流为750mA，并且提供两 TPS73HD318 个宽度为200ms的低电平复位脉冲。
电源电路的设计
电源解决方案
产生电源的芯片: Maxim公司：MAX604、MAX748；
TI公司：TPS71xx、TPS72xx、TPS73xx等系列。 这些芯片可分为: 线性稳压芯片 —— 使用方法简单，电源纹波电压较低， 对系统的干扰较小，但功耗高。 开关电源芯片 —— 电源效率高，但电源所产生的纹波电 压较高，容易对系统产生干扰。
TMS320C54x的硬件设计 内容提要
DSP系统的硬件设计，在设计思路和资源组织上 与一般的CPU和MCU有所不同。本章主要介绍基于 TMS320C54x芯片的DSP系统硬件设计，内容有： ● 硬件设计概述 ● DSP系统的基本设计 ● DSP的电平转换电路设计 ● DSP存储器和I/O的扩展 ● DSP与A/D和D/A转换器的接口 首先介绍硬件设计概述，给出DSP系统硬件设计 过程；然后介绍DSP系统的基本设计和电平转换电路 设计。在基本设计中，讲述了DSP芯片的电源电路、 复位电路和时钟电路的设计方法，并在此基础上介绍 了电平转换电路；接着介绍了存储器和I/O的扩展以
电源电压和电流要求 为了获得更好的电源性能，’C5402芯片采用双 电源供电方式。 内核电源CVDD：采用1.8V。 主要为芯片的内部逻辑提供电压。 包括CPU、时钟电路和所有的外设逻辑。 I/O电源DVDD：采用3.3V。 主要供I/O接口使用。 可直接与外部低压器件接口，而无需额外的电 平变换电路。
TMS320C54x的硬件设计
硬件设计概述 DSP系统的基本设计
DSP的电平转换电路设计
DSP存储器和I/O的扩展 DSP与A/D和D/A转换器的接口
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硬件设计概述
DSP系统的硬件设计又称为目标板设计，是在 考虑算法需求、成本、体积和功耗核算的基础上完 成的，一个典型的DSP目标板主要包括： DSP芯片及DSP基本系统
PG
CVDD
TMS320VC5402 D3 DL5817
5V C0 1F
DL4148
C1 1F
C2 33F
3.3V
DVDD
GND
TMS320C54x的硬件设计
TMS320C54x的硬件设计
电源电路的设计
电源电压的产生 DSP芯片采用的供电方式，主要取决于应用系 统中提供什么样的电源。在实际中，大部分数字系 统所使用的电源可工作于5V或3.3V，因此有两种产 生芯片电源电压的方案。
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电源电路的设计
电源电压的产生 第一种方案：
程序和数据存储器 数/模和模/数转换器 模拟控制与处理电路 各种控制口和通信口
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硬件设计概述
一个典型的DSP目标板结构如下图。
信 号 预 处 理 、 MUX 、 程 控 放 大 等
防混叠 滤波器

ADC

控制口
防混叠 滤波器 平滑 滤波器

ADC TMS320C54x DAC
TMS320C54x的硬件设计
① 采用3.3V单电源供电
由MAX748芯片构成的电源。 电源电压：3.3V
1 2 1000pF 3 4 5 6 0.047F 7 8
330pF
V+ MAX748 V+ SHEN REF NC V+ LX LX
NC
NC SS CC
LX
GND GND OUT
16 15 14 13 12 11 10 9
IN
RESET
250k
至系统复位 V0
R1
EN
0.1F
OUT
10F
CSR=1
FB
GND
R2
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② 采用可调电压的单电源供电
输出电压与外接电阻的关系式：
V0 Vref R1 (1 ) R2
输出电压V0与外电阻R1和R2的编程表: Vref为基准电压，典型值为1.182V。R1和R2为外接电阻， 通常所选择的阻值使分压器电流近似为7A。 R R R R 输出电压V 输出电压V
5V
电压调节器1
DVDD (3.3V) CVDD (1.8V)
5V电源通过两个电压 调节器，分别产生3.3V和 1.8V电压。 使用一个电压调节器， 产生1.8V电压，而DVDD直接 取自3.3V电源。
电压调节器2
第二种方案：
3.3V DVDD (3.3V)
电压调节器
CVDD (1.8V)
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硬件设计概述
第三步：原理图设计； 原理图设计包括： 存储器的设计 是利用DSP的扩展接口进行数据存储器、程序存 储器和I/O空间的配置。 通信接口的设计 电源和时钟电路的设计 控制电路的设计 包括状态控制、同步控制等。
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硬件设计概述
系统硬件设计过程：
第四步：PCB设计；

EPROM RAM
平滑 滤波器
DAC
通信口
TMS320C54x的硬件设计
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；
在考虑系统性能指标、工期、 成本、算法需求、体积和功耗核算 等因素的基础上，选择系统的最优 硬件实现方案。
确定硬件方案 器件选型
原理图设计
PCB图设计
第二步：器件的选择；