摘   要： 介紹了基于ticle/index.aspx?id=23416">TMS320F2812的最小應用系統(tǒng)的整體設計過程,針對系統(tǒng)硬件設計的調(diào)試過程中的注意事項進行了闡述,尤其是對電源電路、復位電路、JTAG、時鐘電路及外部擴展電路的設計提出了可行性方案。該方案以電路板形式在對全自主機器人的控制系統(tǒng)中得到了應用。
關鍵詞： 最小系統(tǒng); 數(shù)字信號處理器; 調(diào)試; 電源電路

    TMS320F2812是美國TI公司推出的新一代32位定點數(shù)字信號處理器，該芯片每秒可執(zhí)行1.5億次指令，具有單周期32 bit×32 bit的乘和累加操作功能,片內(nèi)集成了豐富的外圍設備,如16路A/D轉(zhuǎn)換器、面向電機控制的事件管理器以及多種標準串口通信外設等[1]。可見，其不僅具有數(shù)字信號處理器卓越的數(shù)據(jù)處理能力，又像單片機那樣具有適于控制的片內(nèi)外設及接口；它在數(shù)字控制系統(tǒng)中有著廣泛的應用，特別是在運動控制領域以及嵌入式開發(fā)系統(tǒng)設計中,常常成為微處理器的首選。
    DSP最小應用系統(tǒng)設計一般包括硬件設計和調(diào)試部分。硬件設計部分一般包括電源、復位電路、時鐘電路、JTAG電路和外部接口電路的設計；最小系統(tǒng)板作為DSP控制系統(tǒng)的核心部件，在其外圍接入擴展板，能夠使系統(tǒng)實現(xiàn)相應的功能。本文基于TMS320F2812設計的DSP最小應用系統(tǒng)，不僅可以作為學習DSP系統(tǒng)的基礎，同時對與DSP有關的科研實驗以及工業(yè)控制領域也有著重要的應用價值[2]。
1 系統(tǒng)硬件設計  
    DSP最小系統(tǒng)平臺的構(gòu)建采用模塊化設計，其系統(tǒng)框圖如圖1所示。

1.1電源電路
     一個穩(wěn)定可靠的電源是系統(tǒng)穩(wěn)定工作的基礎?？紤]到DSP的內(nèi)核工作電壓為1.8 V,其I/O的工作電壓為3.3 V，再者一般的外圍器件工作電壓為5 V，所以需要提供這三種工作電壓。首先，通過外部電源適配器獲得+5 V電壓，考慮到電源工作的穩(wěn)定性和可靠性，采用市場上現(xiàn)成的電源適配器；然后再通過LDO(低壓差線性穩(wěn)壓電源)將5 V電壓轉(zhuǎn)換成3.3 V和1.8 V,采用的是Sipex公司的SPX1117系列LDO芯片[3]來進行電壓的轉(zhuǎn)換。該系列LDO芯片輸出電壓的精度在±1％以內(nèi)，具有電流限制和熱保護功能，價格低廉，廣泛應用于手持儀表、數(shù)字家電和工業(yè)控制領域。使用時，輸出端常接一個10 ?滋F 或者47 ?滋F 的電容來改善瞬態(tài)響應和穩(wěn)定性。具體的連接如圖2所示。

1.2復位電路
    TMS320F2812的復位管腳為/RESET，低電平有效。為了保證DSP芯片在電源未達到要求的電平時,不會產(chǎn)生不受控制的狀態(tài)，在系統(tǒng)中加入電源監(jiān)測電路,在這里選用了TI公司的電源監(jiān)測芯片TPS3307-18來實現(xiàn)DSP的電源監(jiān)測[4]。圖3所示為DSP最小系統(tǒng)的復位電路[5]。

    電路中提供了手動復位開關S1。當S1接通后，輸出電壓將呈現(xiàn)欠電壓狀態(tài)，TPS3307監(jiān)測到這一變化后將在/RESET端輸出一個寬度大于200 ms的低電平,迫使DSP復位。
1.3時鐘電路
    鎖向環(huán)(PLL)模塊主要用來控制DSP 內(nèi)核的工作頻率，外部提供一個參考時鐘輸入，經(jīng)過PLL倍頻或分頻后提供給DSP 內(nèi)核。本系統(tǒng)采用基于PLL的晶體工作模式，通過外部無源晶體為芯片提供時鐘基準，本文所選用的外部晶振是30 MHz。具體電路如圖4所示。

1.4 JTAG接口電路
    JTAG接口提供對DSP內(nèi)部Flash的燒寫和仿真調(diào)試，它所具備的這些能力需要軟件的配合，具體實現(xiàn)功能則由具體的軟件決定。JTAG接口是一個業(yè)界標準，這部分的引腳定義不要隨意改變。本設計中將其設計成一個標準的14針插座,可以供仿真器調(diào)試目標板。具體的連接如圖5所示。

1.5外部接口電路
    為了方便擴展及二次開發(fā)，將TMS320F2812的4個方向的各個主要引腳全部引出。采用4個30針的雙排針腳式接口將120個重要的引腳引出，可以分配給地址線、數(shù)據(jù)線、AD模塊和時鐘電源等。在這里，具體的引腳外接就不再詳述了，只介紹幾個常用的外擴模塊電路。當然，在對最小系統(tǒng)的利用時，可以增加相應的模塊來完成特定的功能,例如可以增加RS-485通信電路，在擴展的同時要注意用DC-DC進行物理隔離,尤其在工業(yè)應用場合。
1.5.1 外擴RAM電路和外擴Flash電路
    為了增加系統(tǒng)的程序存儲空間，提高系統(tǒng)的工作效率，根據(jù)設計要求外擴了Flash電路和RAM電路。選用的RAM 型號為IS61LV25616AL，256 KB×16 bit大小。這里用了A0~A17共18根地址線，最大為256 KB；D0~D15 共16 根數(shù)據(jù)線。片選CS6和讀寫WR、RD 信號都由DSP引出。外擴的Flash型號為SST39VF800，512 KB×16 bit，方便用戶燒寫較大程序。本文比SRAM多了1根地址線，所以最大可以達到512 KB，片選信號用CS2。具體連接如圖6所示。

1.5.2 SCI串口通信電路
　在許多DSP的應用中都會使用到串行口與電腦的串行口相連接，進行數(shù)據(jù)的傳輸或控制命令的發(fā)送與接收。DSP內(nèi)置有SCI通信模塊，在設計串口通信電路時要考慮電平之間的轉(zhuǎn)換。DSP的串口一般是使用TTL電平標準，它的邏輯1電平是5 V，邏輯0電平是0 V，而電腦串行口所使用的是RS232C的電平標準，它的邏輯1電平是-3 V~-12 V,邏輯0電平是+3 V~+12 V。兩者的電平范圍相差很遠，所以連接時需要進行電平轉(zhuǎn)換,本文選用TI公司推出的電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232來完成[6]。再者，設計時要注意串行通信的雙方的接收端和發(fā)送端必須反接，在原理圖電路中，PC的TX_232 輸出的是最小系統(tǒng)板的SCIRXD,而最小系統(tǒng)板的SCITXD經(jīng)MAX232上輸出的是PC的RX_232。具體連接如圖7所示。

2 調(diào)試部分
    調(diào)試部分包括硬件的調(diào)試和軟件測試。硬件調(diào)試就是要確保最小系統(tǒng)的各個模塊配置是正確的，首先仔細檢查電路板有沒有斷線和短路現(xiàn)象，其次檢查元器件是否正確焊接，確保沒有虛焊，然后通電檢測電源電路、時鐘電路和復位電路是否正常工作，電源指示燈亮表明正常；也可通過示波器測量晶振的周期和頻率，看其是否正常工作[7]。
    在保證外圍硬件電路的配合以及該外設模塊在片內(nèi)的配置準確的情況下，再進行軟件測試。首先通過TI或者第三方提供的仿真器與PC機相連，如果CCS能順利啟動并探測到CPU，則表示硬件部分正確，然后按照要求編寫測試程序?qū)Ω鱾€外設模塊進行調(diào)試。在此最小系統(tǒng)平臺上可以進行以下測試：基于串口通信的數(shù)據(jù)采集功能測試、I/O端口的應用、EVA/B模塊產(chǎn)生PWM脈沖的功能測試以及基本算法的實現(xiàn)等。
    最小系統(tǒng)板是DSP控制系統(tǒng)的核心部件，對DSP系統(tǒng)的進一步開發(fā)起著重要作用。在實際的使用中，可以根據(jù)相應的功能擴展必要的模塊，例如為減少系統(tǒng)外圍器件的復雜度和增加系統(tǒng)的譯碼速度，可以增加CPLD模塊來滿足這些功能要求?；赥MS320F2812的最小系統(tǒng)板已經(jīng)以電路板的形式應用在筆者的全自主人形機器人的底層控制系統(tǒng)中，為下一步的開發(fā)工作奠定了基礎。
參考文獻
[1]  徐科軍,張瀚,陳智淵.TMS320x2812x DSP原理與應用[M].北京: 北京航空航天大學出版社,2006.
[2]  宋玥,高偉強，閻秋生.基于DSP_TMS320C6713控制系統(tǒng)的最小系統(tǒng)板的設計[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2008,31(8):41-43.
[3]  SPX1117系列LDO芯片. Sipex Corporation, 2004.
[4]  TPS3307-18.datasheet[Z], 2005.
[5]  彭超.基于DSP的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研究[D]. 吉林大學,2009.
[6]  MAX232.datasheet[Z],2005.
[7]  TMS320F28xx和TMS320F28xxx DSCs的硬件設計指南. http://www.ti.com.cn/dsp.