摘 要： 介紹了基于ticle/index.aspx?id=23416">TMS320F2812的最小應用系統的整體設計過程,針對系統硬件設計的調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中得到了應用。
關鍵詞： 最小系統; 數字信號處理器; 調試; 電源電路
TMS320F2812是美國TI公司推出的新一代32位定點數字信號處理器，該芯片每秒可執行1.5億次指令，具有單周期32 bit×32 bit的乘和累加操作功能,片內集成了豐富的外圍設備,如16路A/D轉換器、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，其不僅具有數字信號處理器卓越的數據處理能力，又像單片機那樣具有適于控制的片內外設及接口；它在數字控制系統中有著廣泛的應用，特別是在運動控制領域以及嵌入式開發系統設計中,常常成為微處理器的首選。
DSP最小應用系統設計一般包括硬件設計和調試部分。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；最小系統板作為DSP控制系統的核心部件，在其外圍接入擴展板，能夠使系統實現相應的功能。本文基于TMS320F2812設計的DSP最小應用系統，不僅可以作為學習DSP系統的基礎，同時對與DSP有關的科研實驗以及工業控制領域也有著重要的應用價值[2]。
1 系統硬件設計
DSP最小系統平臺的構建采用模塊化設計，其系統框圖如圖1所示。
1.1電源電路
一個穩定可靠的電源是系統穩定工作的基礎。考慮到DSP的內核工作電壓為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定性和可靠性，采用市場上現成的電源適配器；然后再通過LDO(低壓差線性穩壓電源)將5 V電壓轉換成3.3 V和1.8 V,采用的是Sipex公司的SPX1117系列LDO芯片[3]來進行電壓的轉換。該系列LDO芯片輸出電壓的精度在±1％以內，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、數字家電和工業控制領域。使用時，輸出端常接一個10 ?滋F 或者47 ?滋F 的電容來改善瞬態響應和穩定性。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,不會產生不受控制的狀態，在系統中加入電源監測電路,在這里選用了TI公司的電源監測芯片TPS3307-18來實現DSP的電源監測[4]。圖3所示為DSP最小系統的復位電路[5]。
電路中提供了手動復位開關S1。當S1接通后，輸出電壓將呈現欠電壓狀態，TPS3307監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(PLL)模塊主要用來控制DSP 內核的工作頻率，外部提供一個參考時鐘輸入，經過PLL倍頻或分頻后提供給DSP 內核。本系統采用基于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內部Flash的燒寫和仿真調試，它所具備的這些能力需要軟件的配合，具體實現功能則由具體的軟件決定。JTAG接口是一個業界標準，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，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、數據線、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,尤其在工業應用場合。
1.5.1 外擴RAM電路和外擴Flash電路
為了增加系統的程序存儲空間，提高系統的工作效率，根據設計要求外擴了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 根數據線。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，進行數據的傳輸或控制命令的發送與接收。DSP內置有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換,本文選用TI公司推出的電平轉換芯片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 輸出的是最小系統板的SCIRXD,而最小系統板的SCITXD經MAX232上輸出的是PC的RX_232。具體連接如圖7所示。
2 調試部分
調試部分包括硬件的調試和軟件測試。硬件調試就是要確保最小系統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對各個外設模塊進行調試。在此最小系統平臺上可以進行以下測試：基于串口通信的數據采集功能測試、I/O端口的應用、EVA/B模塊產生PWM脈沖的功能測試以及基本算法的實現等。
最小系統板是DSP控制系統的核心部件，對DSP系統的進一步開發起著重要作用。在實際的使用中，可以根據相應的功能擴展必要的模塊，例如為減少系統外圍器件的復雜度和增加系統的譯碼速度，可以增加CPLD模塊來滿足這些功能要求。基于TMS320F2812的最小系統板已經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中，為下一步的開發工作奠定了基礎。
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控制系統的最小系統板的設計[J].現代電子技術,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的高速數據采集系統的研究[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.