DSP主控板硬件设计

优质文档在您身边/双击可除DSP主控板硬件设计1 课题来源及研究的目的和意义产品研制、生产、使用过程中，先进的检测技术和检验设备是检测产品性能参数及缩短研制时间的有利保障。

因此测试设备是整个产品生命周期内不可或缺的关键部分。

根据被测对象需要测量的参数和功能，测试设备在主控制器的控制下完成对产品的测试，可以提高产品的测试效率和测试结果的准确性。

纵观测试设备的发展历程可以发现，测试设备均由一个控制器加上外围电路并辅以一定的通讯方式组成，控制器是整个测试设备“神经中枢”，控制外围模块的运行。

目前能作为主控制器使用的有单片机、嵌入式微处理器以及DSP（Digital Signal Processor，数字信号处理器）等。

前两者虽然在某些领域也得到很大的发展，但由于设计的出发点不同，决定了其自身的局限性，即不能用于高速数字信号运算，而这恰恰是DSP的优势所在[1]。

在测试设备领域，难免要进行大量数字信号的处理，因此在选择主控制器时应有选择性的选用DSP而不是单片机或嵌入式处理器[2]。

在测控台中扮演另一重要角色的当数FPGA。

FPGA（Field Programmable Gate Array）是现场可编程门阵列的简称，是可编程逻辑器件（PLD）问世以来的第四代产品。

自八十年代中期诞生以来，由于其速度快、集成度高及用户定义逻辑功能而备受广大电子工程师的青睐。

用户可以利用分布在CLB周围的可编程互连资源以串联、并联或混合方式把相应的CLB连接起来，实现更复杂的逻辑功能。

由于FPGA的现场可编程性及高密度性，所以电路设计的大部分工作都是在计算机上完成，使得产品的开发周期缩短，风险投资减小。

而且FPGA的功能完全由用户设计的配置程序所决定，在不改变其外部接口的情况下可以很方便地改变其电路的逻辑功能。

基于以上分析，并且考虑到测试设备的通用性及可扩展性，选用DSP和FPGA 组合设计出最小系统板（并预留I/O接口及功能接口用于系统扩展），以此作为测试设备的控制器必将大大缩短测试设备的研制周期，所以该课题具有较高的应用价值和实际意义。

DSP硬件系统的设计DSP（数字信号处理器）硬件系统是一种专门用于处理数字信号的处理器。

它可以用于各种应用领域，如音频和视频处理、通信系统、雷达和成像系统等。

在设计DSP硬件系统时，需要考虑多个因素，包括性能要求、功耗、实时性和扩展性等。

本文将详细介绍DSP硬件系统的设计过程。

首先，在DSP硬件系统的设计中，需要明确系统的性能要求。

这包括数据处理速度、存储器大小、输入输出接口等方面。

性能要求将直接影响到硬件设计的复杂度和成本。

因此，需要仔细分析系统的应用场景和所需功能，确保所设计的硬件系统能够满足性能要求。

其次，需要选择适合的DSP芯片。

市面上有许多不同的DSP芯片，每个芯片都有其独特的特性和性能。

在选择DSP芯片时，需要考虑芯片的性能指标（如时钟速度、处理能力），软件开发工具的可用性，以及芯片的功耗等因素。

此外，还需要考虑芯片的成本和可扩展性，以确保所选芯片能够满足系统的需求。

在DSP硬件系统的设计中，关键部分是处理器核心和存储器子系统。

处理器核心是执行DSP算法的主要组成部分，它负责进行定点或浮点数的运算和处理。

存储器子系统包括程序存储器、数据存储器和缓存等，用于存储数据和程序指令。

在设计处理器核心和存储器子系统时，需要考虑其性能和可靠性。

此外，还需要设计适当的输入输出接口。

输入输出接口是连接DSP硬件系统与其他外围设备的通道，它包括模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）等。

在设计输入输出接口时，需要考虑系统的数据传输速率、精度和稳定性等因素。

为了提高DSP硬件系统的性能，还可以采用并行处理的方法。

并行处理可以通过增加处理器核心的数量来提高系统的并行计算能力。

此外，还可以通过使用硬件加速器和协处理器等技术来提高系统的处理能力。

最后，在设计DSP硬件系统时，还需要考虑功耗和实时性。

功耗是指系统所消耗的电能，它直接影响到系统的使用成本和散热问题。

实时性是指系统对输入信号的响应时间，在一些应用领域（如通信系统）中非常重要。

DSP硬件设计的一些注意事项数字信号处理芯片（DSP）具有高性能的CPU（时钟性能超过100MHZ）和高速先进外围设备，通过CMOS处理技术，DSP芯片的功耗越来越低。

这些巨大的进步增加了DSP电路板设计的复杂性，并且同简单的数字电路设计相比较，面临更多相似的问题。

以下是DSP硬件设计的一些注意事项，谨供参考。

时钟电路选择原则1，系统中要求多个不同频率的时钟信号时，首选可编程时钟芯片。

2，单一时钟信号时，选择晶体时钟电路。

3，多个同频时钟信号时，选择晶振。

4，尽量使用DSP片内的PLL，降低片外时钟频率，提高系统的稳定性。

5，C6000、C5510、C5409A、C5416、C5420、C5421和C5441等DSP片内无振荡电路，不能用晶体时钟电路。

6，VC5401、VC5402、VC5409和F281x等DSP时钟信号的电平为1.8V，建议采用晶体时钟电路未用的输入／输出引脚的处理1，未用的输入引脚不能悬空不接，而应将它们上拉活下拉为固定的电平1）关键的控制输入引脚，如Ready、Hold等，应固定接为适当的状态，Ready引脚应固定接为有效状态，Hold引脚应固定接为无效状态2）无连接（NC）和保留（RSV）引脚，NC 引脚：除非特殊说明，这些引脚悬空不接，RSV引脚：应根据数据手册具体决定接还是不接3）非关键的输入引脚，将它们上拉或下拉为固定的电平，以降低功耗2，未用的输出引脚可以悬空不接3，未用的I/O引脚：如果确省状态为输入引脚，则作为非关键的输入引脚处理，上拉或下拉为固定的电平。

如果确省状态为输出引脚，则可以悬空不接为什么要片内RAM大的DSP效率高？目前DSP发展的片内存储器RAM越来越大，要设计高效的DSP 系统，就应该选择片内RAM较大的DSP。

片内RAM同片外存储器相比，有以下优点：1）片内RAM的速度较快，可以保证DSP无等待运行。

2）对于C2000/C3x/C5000系列，部分片内存储器可以在一个指令周期内访问两次，使得指令可以更加高效。

继电保护装置DSP模块软硬件设计与实现在平台化的继电保护装置设计中，一般区分为主控模块和监控模块两部分。

主控模件完成模数转换、数字信号处理、保护算法运算、定值存储、故障录波以及事件报告等功能；基于MPC8255微控制器、TMS320VC33 DSP和高速16bitA/D 转换器，以及利用通信总线扩展输入输出的系统构架。

其中DSP模块以TMS320VC33 DSP为中心，完成数字信号采集以及大部分的数学计算工作，。

DSP模块设计与实现包括4个部分：硬件实现、软件实现、DSP与CPU之间的通讯以及主机箱与扩展机箱之间的同步。

1、硬件设计与实现DSP模块总体硬件框架如图1所示。

图1 DSP模块总体硬件框架DSP模块以DSP芯片为中心，通过多路转换开关以及ADC芯片完成模数转换；外部扩展RAM；同时通过DPRAM与CPU交换信息。

因ADC只能对多路模拟信号逐一进行转换，因此ADC前端放置多路开关，多路开关由DSP控制，以大约2us的时间间隔在模拟通道之间进行切换；同时为了满足小于40路的多路模拟通道输入信号，使用了多块A/D芯片，由DSP对A/D 芯片进行片选；为了满足多于40路的多路模拟通道输入信号，采取采用扩展机箱的方式输入信号，在扩展机箱中对多于40路的模拟信号进行处理；因此本DSP 模块涉及主机箱和扩展机箱之间采样同步的问题。

DSP芯片内部RAM大小为34K字，空间有限，外部扩展32K字的RAM存储器，使得总的RAM存储空间达到66K字，264K字节。

DSP与CPU之间使用双口RAM交换数据。

双口RAM大小为4K字，16K字节，最高的两个字地址用于传送消息中断的邮箱，在DSP芯片的地址空间里，0xFFF 作为右端口的邮箱，0xFFE作为左端口的邮箱。

当一个端口向另一个端口的邮箱写入数据，则在邮箱的响应端口产生一个外部中断，相应端口通过读取邮箱里的内容复位中断。

送进来的模拟信号为经过二阶RC抗混迭滤波电路滤波的信号，以滤除高于截止频率的高频信号，在本DSP模块中，截止频率取约为300Hz。

dsp硬件设计课程设计一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握DSP硬件设计的基本原理和方法，培养学生进行DSP硬件系统设计和实现的能力。

具体目标如下：1.掌握DSP芯片的基本结构和原理。

2.了解DSP硬件设计的基本流程和步骤。

3.熟悉DSP系统的硬件架构和关键模块。

4.能够使用DSP芯片进行硬件系统设计。

5.能够进行DSP系统的硬件调试和验证。

6.能够分析和解决DSP硬件设计中遇到的问题。

情感态度价值观目标：1.培养学生的创新意识和团队合作精神。

2.培养学生对DSP硬件设计的兴趣和热情。

3.培养学生对科技发展的关注和对工程实践的重视。

二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.DSP芯片的基本结构和原理：介绍DSP芯片的内部结构、工作原理和特性。

2.DSP硬件设计的基本流程和步骤：讲解DSP硬件设计的过程，包括需求分析、硬件架构设计、硬件电路设计、硬件调试和验证等。

3.DSP系统的硬件架构和关键模块：介绍DSP系统的硬件架构，包括中央处理单元、存储器、输入输出接口等关键模块。

4.DSP硬件设计的实践案例：通过实际案例分析，使学生掌握DSP硬件设计的方法和技巧。

三、教学方法本课程的教学方法将采用多种教学手段相结合的方式，以激发学生的学习兴趣和主动性。

1.讲授法：通过教师的讲解，使学生掌握DSP硬件设计的基本原理和方法。

2.讨论法：通过分组讨论和实践案例的分析，培养学生的思考能力和团队合作精神。

3.实验法：通过实验操作，使学生熟悉DSP硬件设计的实践过程和技巧。

四、教学资源本课程的教学资源包括教材、参考书、多媒体资料和实验设备等。

1.教材：选择适合本课程的教材，为学生提供系统的学习资料。

2.参考书：提供相关的参考书籍，为学生提供更多的学习资源。

3.多媒体资料：制作课件和教学视频，以图文并茂的形式展示教学内容。

4.实验设备：提供DSP实验板和相关的实验设备，为学生提供实践操作的机会。

五、教学评估本课程的教学评估将采用多元化评估方式，全面客观地评价学生的学习成果。

5 DSP控制及硬件电路的设计5.1 DSP控制目前市面上流行的主控制器包括：51单片机系列、DSP系列和FPGA。

在这中间：虽然51单片机有着成本低廉，体积小的优势；但因其计算能力弱，和外设较少的缺陷，无法满足本系统的需要。

FPGA又称现场可编程门阵列，其时序脉冲准确，运算速度快，在需要进行大量重复运算的工程项目中得到了广泛应用。

但FPGA以并行运算为主，并需要使用硬件描述语言（verilog 或VHDL）来实现电路设计，相比较单片机有很大不同，这造成开发难度较大，门槛较高。

DSP是近几年得到快速发展的控制器，其外设丰富，运算速度快，能满足实时性要求较高的工业现场；尤其适用于控制算法复杂，计算量大的工程项目。

综合以上分析，本文矿用光伏供电系统选择DSP芯片TMS320LF2407作为最终的控制芯片。

TMS320LF2407芯片集成度高，运算速度快，外设丰富，价格适中，作为本设计的控制器，拥有其他芯片所不具备的优势。

5.1.1 TMS320LF2407的技术参数（1）TMS320LF2407供电电压为3.3V，供电电压低，通态损耗小。

最高工作频率40MHZ，指令周期短，指令周期为25ns，能够满足较大载波频率时的计算需求，具备实时控制能力。

（2）TMS320LF2407拥有丰富的存储器资源：包括32K字程序闪存空间, 1.5K字的数据/程序随机存储器,544字的双口随机存储器和2k字的单口RAM。

除此之外，TMS320LF2407片内还集成有64K数据存储器空间以及64K程序存储器空间; 其I/O 寻址空间达64K，能有效满足使用需要;TMS320LF2407可用于扩展的外部存储器达到192K字。

（3）TMS320LF2407拥有两个事件管理器模块EV A和EVB。

每个事件管理器模块上均集成有以下资源：两个16位通用定时器（通过倍频器可以达到很高的工作频率）和8个16位PWM 波生成通道; 为检测上升下降脉冲，片上集成有3个捕获单元。