基于TMS320F2812的最小系统设计

TMS320F2812是美国TI公司推出的新一代32位定点数字信号处理器，该芯片每秒可执行1.5亿次指令，具有单周期32 bit×32 bit的乘和累加操作功能,片内集成了丰富的外围设备,如16路A/D转换器、面向电机控制的事件管理器以及多种标准串口通信外设等[1]。可见，其不仅具有数字信号处理器卓越的数据处理能力，又像单片机那样具有适于控制的片内外设及接口；它在数字控制系统中有着广泛的应用，特别是在运动控制领域以及嵌入式开发系统设计中,常常成为微处理器的首选。

DSP最小应用系统设计一般包括硬件设计和调试部分。硬件设计部分一般包括电源、复位电路、时钟电路、JTAG电路和外部接口电路的设计；最小系统板作为DSP控制系统的核心部件，在其外围接入扩展板，能够使系统实现相应的功能。本文基于TMS320F2812设计的DSP最小应用系统，不仅可以作为学习DSP系统的基础，同时对与DSP有关的科研实验以及工业控制领域也有着重要的应用价值[2]。


1 系统硬件设计

DSP最小系统平台的构建采用模块化设计，其系统框图如图1所示。

1.1电源电路

一个稳定可靠的电源是系统稳定工作的基础。考虑到DSP的内核工作电压为1.8 V,其I/O的工作电压为3.3 V，再者一般的外围器件工作电压为5 V，所以需要提供这三种工作电压。首先，通过外部电源适配器获得+5 V电压，考虑到电源工作的稳定性和可靠性，采用市场上现成的电源适配器；然后再通过LDO(低压差线性稳压电源)将5 V电压转换成3.3 V和1.8 V,采用的是Sipex公司的SPX1117系列LDO芯片[3]来进行电压的转换。该系列LDO芯片输出电压的精度在±1％以内，具有电流限制和热保护功能，价格低廉，广泛应用于手持仪表、数字家电和工业控制领域。使用时，输出端常接一个10 ?滋F 或者47 ?滋F 的电容来改善瞬态响应和稳定性。具体的连接如图2所示。

1.2复位电路

TMS320F2812的复位管脚为/RESET，低电平有效。为了保证DSP芯片在电源未达到要求的电平时,不会产生不受控制的状态，在系统中加入电源监测电路,在这里选用了TI公司的电源监测芯片TPS3307-18来实现DSP的电源监测[4]。图3所示为DSP最小系统的复位电路[5]。

电路中提供了手动复位开关S1。当S1接通后，输出电压将呈现欠电压状态，TPS3307监测到这一变化后将在/RESET端输出一个宽度大于200 ms的低电平,迫使DSP复位。

1.3时钟电路

锁向环(PLL)模块主要用来控制DSP 内核的工作频率，外部提供一个参考时钟输入，经过PLL倍频或分频后提供给DSP 内核。本系统采用基于PLL的晶体工作模式，通过外部无源晶体为芯片提供时钟基准，本文所选用的外部晶振是30 MHz。具体电路如图4所示。

1.4 JTAG接口电路

JTAG接口提供对DSP内部Flash的烧写和仿真调试，它所具备的这些能力需要软件的配合，具体实现功能则由具体的软件决定。JTAG接口是一个业界标准，这部分的引脚定义不要随意改变。本设计中将其设计成一个标准的14针插座,可以供仿真器调试目标板。具体的连接如图5所示。

1.5外部接口电路

为了方便扩展及二次开发，将TMS320F2812的4个方向的各个主要引脚全部引出。采用4个30针的双排针脚式接口将120个重要的引脚引出，可以分配给地址线、数据线、AD模块和时钟电源等。在这里，具体的引脚外接就不再详述了，只介绍几个常用的外扩模块电路。当然，在对最小系统的利用时，可以增加相应的模块来完成特定的功能,例如可以增加RS-485通信电路，在扩展的同时要注意用DC-DC进行物理隔离,尤其在工业应用场合。

1.5.1 外扩RAM电路和外扩Flash电路

为了增加系统的程序存储空间，提高系统的工作效率，根据设计要求外扩了Flash电路和RAM电路。选用的RAM 型号为IS61LV25616AL，256 KB×16 bit大小。这里用了A0~A17共18根地址线，最大为256 KB；D0~D15 共16 根数据线。片选CS6和读写WR、RD 信号都由DSP引出。外扩的Flash型号为SST39VF800，512 KB×16 bit，方便用户烧写较大程序。本文比SRAM多了1根地址线，所以最大可以达到512 KB，片选信号用CS2。具体连接如图6所示。

1.5.2 SCI串口通信电路

　在许多DSP的应用中都会使用到串行口与电脑的串行口相连接，进行数据的传输或控制命令的发送与接收。DSP内置有SCI通信模块，在设计串口通信电路时要考虑电平之间的转换。DSP的串口一般是使用TTL电平标准，它的逻辑1电平是5 V，逻辑0电平是0 V，而电脑串行口所使用的是RS232C的电平标准，它的逻辑1电平是-3 V~-12 V,逻辑0电平是+3 V~+12 V。两者的电平范围相差很远，所以连接时需要进行电平转换,本文选用TI公司推出的电平转换芯片MAX232来完成[6]。再者，设计时要注意串行通信的双方的接收端和发送端必须反接，在原理图电路中，PC的TX_232 输出的是最小系统板的SCIRXD,而最小系统板的SCITXD经MAX232上输出的是PC的RX_232。具体连接如图7所示。