(完整版)TMS320VC5402最小系统课程设计

郑州轻工业学院课程设计任务书题目TMS320VC5402 最小系统原理图设计 __________专业、班级电信11— 2 学号29 姓名牛国宇主要内容、基本要求、主要参考资料等：1、参考课本及TMS320VC5402数据手册，IS61LV6416数据手册，TPS767D318 芯片数据手册，设计TMS320VC5402的最小系统。

2、设计TMS320VC5402的最小系统电路图纸，要求图纸具有TMS320VC5402 的基本电路（复位电路、时钟电路、功能配置引脚连接等），具有64K字程序空间，64K字数据空间，和DSP的供电电路（输入电源DC5〜9V）。

3、要求设计上述电路的原理图。

4、设计完成后要求每人上交一份课程设计说明书，说明书要求包含有课程设计任务书，设计原理说明，所用芯片简要说明，设计图纸等。

说明书要求字迹工整、叙述清楚、图纸齐备。

5、发挥部分，如时间可行，依据原理图设计上述电路的印制板图。

6、时间：二周。

完成期限：2015.01.12---2015.01.23 _____________指导教师签名：_____________ 杜海明 _________课程负责人签名：__________ 胡智宏 _________2015 年01 月12 日摘要介绍了基于DSP 的最小应用系统的整体设计过程。

本次课程设计的题目是DSP最小系统的设计，DSP最小系统可应用于简单的工程研究和应用开发。

本文中所设计的DSP最小系统是由TI公司的定点DSP S片TMS320VC54C及其相关电源和时钟电路、片外扩展存储器、标准JTAG结口构成。

本次课程设计中原理图制作用的是Altium designer 10 软件绘制的。

关键词DSP 最小系统JTAG目录1 DSP 的概述 (1)1.1 DSP 的应用 (1)1.2 DSP 的特点与优点 (1)1.3 DSP 的发展现状和发展趋势 (2)2 DSP 最小系统主要芯片 (5)2.1主控芯片TMS320VC540的简介 (5)2.2 SRAM芯片IS61LV6416 的简介 (6)2.3 电源芯片TPS767D318 (6)3 TMS320VC540的最小系统设计 (8)3.1 系统的基本组成 (8)3.2 单元功能模块设计 (8)3.2.1 电源产生电路设计 (8)3.2.2 TMS320VC5402 的供电设计 (9)3.2.3 复位电路的设计 (10)3.2.4 时钟电路的设计 (11)3.2.5 JTAG 仿真接口的设计 (11)3.2.6 存储器扩展电路设计 (12)3.2.7 存储器选择电路的设计 (14)总结 (15)参考文献 (16)附录最小系统PCB图及原理图 (17)1.1 DSP 的应用DSP ( Digital Signal Processor )是一种独特的微处理器，是以数字信号它不仅具有可编程性， 而且其实时运行速度可达每秒数 远远超过通用微处理器， 是数字化电子世界中日益重要 的电脑芯片。

它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。

在近20多年时间里，DSP 芯片的应用越来越广泛，已经从军事、航空航天 领域扩大到信号处理、通信、雷达、消费等许多领域，主要应用有信号处理、通 信、语音、图形、图像、军事、仪器仪表、自动控制、医疗、家用电器等。

DSP 主要应用市场为3C 领域，占整个市场需求的90%数字蜂窝电话是DSP 最为重要的应用领域之一。

由于DSP 具有强大的计算能力，使得移动通信的蜂窝 电话重新崛起，并创造了一批诸如 GSM CDMA 等全数字蜂窝电话网。

在 Modem 器件中，DSP 更是成效卓著，不仅大幅度提高了传输速率，且具有接收动态图像 能力。

另外，可编程多媒体 DSP 是 PC 领域的主流产品。

以XDSLModen 为代表的 高速通信技术与MPEGS 像技术相结合，使得高品位的音频和视频形式的计算机 数据有可能实现实时交换。

目前的硬盘空间相当大，这主要得益于 CDSP(可定 制DSP 的巨大作用。

预计在今后的 PC 机中，一个DSP 即可完成全部所需的多 媒体处理功能。

DSP 也是消费类电子产品中的关键器件。

由于 DSP 的广泛应用， 数字音响设备的更新换代周期变得非常短暂。

用于图像处理的DSP 一种用于JPEG 标准的静态图像数据处理；另一种用于动态图像数据处理。

1.2 DSP 的特点与优点DSP 芯片是模拟信号变换成数字信号以后，进行高速实时处理的专用微处理器，其处理速度比最快的CPU 还快10-50倍，具有处理速度高、功能强、性能价 格比好以及速度功耗比高等特点，被广泛应用于具有实时处理要求的场合。

1 DSP 的概述来处理大量信息的器件 其工作原理是接收模拟信号 转换为 0 或 1 的数字信号 再对数字信号进行修改、 删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。

以千万条复杂指令程序，DSP芯片具有以下特点：1）在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法。

2）程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据。

3）片内具有快速RAM通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问。

4）具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持。

5）快速的中断处理和硬件I/O 支持。

6）具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器。

7）可以并行执行多个操作。

8）支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。

DSP系统以DSP芯片为基础，具有以下优点：1）高速性，DSP运行速度高达1000MIPS以上。

2）编程方便，可编程DSP可使设计人员在开发过程中，灵活方便的对软件进行修改和升级。

3）稳定性好，DSP系统以数字处理为基础，受环境温度及噪声的影响比较小，可靠性高。

4）可重复性好，数字系统的性能基本上不受元器件参数性能的影响，便于测试、调试和大规模生产。

5）集成方便，DSP系统中的数字部件有高度的规范性，便于大规模集成。

6）性价比高。

1.3 DSP 的发展现状和发展趋势DSP芯片诞生于20世纪70年代末，至今已经取得了突飞猛进的发展。

其发展现状主要有以下几个发面：（1）制造工艺。

普遍采用0.25um或0.18um亚微米的CMO工艺。

引脚从原来的40 个增加到200个以上。

需要设计的外围电路越来越少，成本、体积和功耗不断下降。

（2）存储器容量。

芯片的片内程序和数据存储器可达到几十K字，而片外程序存储器和数据存储器可达到16M*48位和4G*40位以上。

（3）内部结构。

芯片内部均采用多总线、多处理单元和多级流水线结构，加上完善的接口功能，是DSP的系统功能、数据处理能力和与外部设备的通信功能都有了很大的提高。

（4）运算速度。

指令周期从400ms 缩短到10ns 以下，其相应的速度从2.5MIPS提高到2000MIPS以上。

（5）高度集成化。

集滤波、A/D、D/A、ROM RAM和DSP内核于一体的模拟混合式DSP芯片已有较大的发展和应用。

（6）运算精度和动态范围。

DSP的字长从8位已增加到32位，累加器的长度也增加到40位，从而提高了运算精度。

同时采用超长指令集（VLIW结构和高性能的浮点运算，扩大了数据处理的动态范围。

（7）开发工具。

具有较完善的软件和硬件开发工具，如软件仿真器Simulator、在线仿真器Emulator、C编译器和集成开发环境CCS等，给开发应用带来很大方便。

CCS是TI公司针对本公司的DSP产品开发的集成开发环境。

它集成了代码的编辑、编译、链接和调试等诸多功能，而且支持C/C++和汇编的混合编程。

开放式的结构允许外扩用户自身的模块。

其DSP技术的发展趋势主要表现在以下几个方面：（1）DSP的内核结构将进一步改善。

多通道结构和单指令多重数据（SIMD、特大指令字组（VLIM）将在新的高性能处理器中占主导地位。

（2）DSP和微处理器的融合。

微处理器MPU是一种执行智能定向控制任务的通用处理器，它能很好地执行智能控制任务，但对数字信号的处理能力很差。

DSP 处理器具有高速的数字信号处理能力。

在许多应用中均需要同时具有智能控制和数字信号处理两种功能。

因此，将DSP与微处理器结合起来，可简化设计，加速产品开发，减小PCB体积，降低功耗和整个系统的成本。

（3）DSP与高档CPU勺融合。

大多数高档MCU女口Pentium和PowerPC 都是SIMD指令组的超标量结构，速度很快。

在DSP中融入高档CPU勺分支预示和动态缓冲技术，结构规范，利于编程，不用进行指令排队，是DSP性能大幅度提高。

（4）DSP和FPGA勺融合。

FPGA是现场可编程门阵列器件。

它和DSP集成在一块芯片上，可实现宽带信号处理，大大提高信号处理速度。

（5）DSP和SOC K融合。

SOC是指把一个系统集成在一块芯片上。

这个系统包括DSP和系统接口软件等。

(6)实时操作系统RTO餉DSP的结合。

随着DSP的处理能力的增强，DSP系统越来越复杂，使得软件的规模越来越大，往往需要运行多个任务，各任务间的通信、同步等问题就变得非常突出。

随着DSP性能和功能日益增强，对DSP应用提供RTOS勺支持已成为必然的结果。

(7)DSP的并行处理结构。

为了提高DSP芯片的运算速度，各DSP厂商纷纷在DSP芯片中引入并行处理机制。

这样，可以在同一时刻将不同的DSP与不同的任一存储器连通，大大提高数据传输的速率。

(8)功耗越来越低。

随着超大规模集成电路技术和先进的电源管理设计技术的发展，DSP芯片内核的电源电压将会越来越低。

2 DSP 最小系统主要芯片2.1主控芯片TMS320VC540的简介TMS320VC540是TI公司的第七代DSF芯片之一，它具有优化的CPU吉构，内部有1个40位的算术逻辑单元（包括一个40位的桶式移位寄存器和2个独立的40位累加器），一个17X17的乘法器和一个40位专用加法器，16K字RAM空间和4K X16bit ROM空间。

共20根地址线，可寻址64KB数据区和1MB程序区，具有64KI/O 空间。

处理速度为l00MIPS ，速度高、功耗低。

TMS320VC540采用修正的哈佛结构和8总线结构（4条程序/数据总线和4 条地址总线），以提高运算速度和灵活性。

在严格的哈佛吉构中，程序存储器和数据存储器分别设在两个存储空间，这样就允许取址和执行操作完全重叠。

修正的哈佛结构中，允许在程序和数据空间之间传送数据，从而使处理器具有在单个周期内同时执行算术运算、逻辑运算、位操作、乘法累加运算以及访问程序和数据存储器的强大功能。

与修正的哈佛结构相配合，TMS320VC540还采用了一个6 级深度的指令流水线，每条流水线之间彼此独立，在任何一个机器周期内可以有1—6 条不同的指令在同时工作，每条指令工作在不同的流水线上，使指令的执行时间减小到最小和增大处理器的吞吐量。