TMS320F2812的最小系统设计

任智博，周 浩



TMS320F2812的最小系统设计

任智博，周 浩

（海军工程大学兵器工程学院，武汉 430030）

设计DSP最小系统的目的是为设计基于DSP的综合实验平台打下基础。在设计过程中，对硬件电路（电源及复位电路、时钟电路、JTAG接口电路和串行接口电路）提出一种合理的设计方案并利用DSP集成开发工具CCS进行程序编辑和在线仿真测试。经仿真可知该电路已实现DSP最小系统的基本功能，为整个实验平台的搭建打下良好基础。

最小系统设计 数字信号处理器

0 引言

随着数字电路及系统技术以及计算机技术的发展，数字信号处理技术在过去的二十几年内得到飞速的发展[3]。数字信号处理器（Digital Signal Processor简称DSP）的应用逐渐深入到通讯、航空、航天、雷达、工业控制网络、人工智能等各个领域，成为具有很大发展潜力的技术产业之一。近年来我国军工行业在向数字化、智能化的转型发展中，大量应用DSP系统处理传感器产生了巨量数据，但我们对其原理及使用的研究仍亟待深入，为了更好的服务教学实践，我们在教学实践中成功研制出新型综合实验平台，该平台采用通用化、标准化模块化的设计思想，可广泛应用于数字信号处理和智能算法应用等教学实践当中。本文的研究对象即为该平台的DSP最小系统。

1 系统结构

在世界范围内，DSP芯片的主要供应商有Texas Instruments（简称TI），Motorola，ADI，Lucent和Zilog等公司。其中TI公司是当今世界最大的DSP供应商，其推出的TMS320系列是最有影响力的主流DSP产品，该系列与传统的单片机相比拥有显著的优势，凭借其性价比高，可靠度好，易于编程实现复杂控制，广泛应用于需要及时处理能力的场合中。我们要搭建的综合实验平台由于上述优点选择了该系列中的TMS320F2812芯片作为控制核心。该实验平台的的设计内容包括软硬件设计和系统调试与功能检测。

图1 TMS320F2812LQFP封装顶视图

硬件设计分为两部分，第一部分是作为核心部分的DSP最小系统设计：即为使DSP芯片正常工作所需的的最少硬件构成。另一部分是外围电路设计：该电路在系统基本的功能基础之上进行补足和扩展。DSP最小系统是最基础的部分，所以本文以此为切入点进行设计并完成实验测试。

2 硬件设计

DSP最小系统的硬件部分组成有电源及复位电路、时钟电路、JTAG接口电路和串口通信电路[4]。

2.1 电源及复位电路设计

本系统中的DSP芯片TMS320F2812工作时的需要两种不同的额定电压，分别为1.8 V的核电压和3.3 V I/O口电压。该芯片对供电电压较为敏感，所以在电源设计中选择电压精度较高的TPS767D301或TPS767D318。在此，我们选择了TPS767D318作为电源芯片，该芯片可由5 V电源同时产生两种不同的电压（3.3 V、1.8 V或2.5 V），该芯片输出电流的最大值为1000 mA，除了能够满足DSP芯片的用电需求外，还可以少量外围电路的供电需要，该芯片电路原理图如图2所示。该芯片自带电源监控及复位管理功能，可以方便地实现电源及复位电路设计[4]。该部分电路原理图如图3所示。

图3 复位电路原理图

2.2 时钟电路设计

系统的时钟电路有外接和内接两种连接方式：外接是指将外部时钟信号直接连接到X1/XCLKIN引脚上，X2悬空，其优点是便于电路连接，信号质量较好且相对稳定；而内接则是在X1/XCLKIN和X2两个引脚之间连接一个石英晶体，对内部信号倍频，其优点是价格便宜。由于在本系统中我们对精度要求较高，所以选择外接的方式，选取工作电压3.3 V的30 MHz有源晶振来满足精度要求。系统工作是通过编程选择5倍频的PLL功能，可实现F2812的最高工作频率（150 MHz）[4]。电路如图4所示。

2.3 JTAG接口电路设计

利用JTAG接口连接仿真引脚实现DSP芯片的在线仿真功能。扫描仿真不同于传统的电路仿真方式，传统电路仿真方式会出现由于连接电路的电缆线路过长而导致的信号失真及仿真差头的可靠性差等问题。扫描仿真方式可以实现在线仿真，更方便使用者检测及调试。电路图如图5所示。

图4 外部时钟电路

图5 JTAG接口电路

2.4 串行接口设计

在与上位机通信时，由于TMS320F2812中SCI接口采用的是TTL电平，与上位机采用的RS-232C电平不能互相兼容无法实现数据交互，所以与上位机连接时要进行电平转换。参考TI公司的设计手册选取MAX232N芯片用以驱动电路。电路图设计如图6所示。

图6 RS-232接口电路

3 DSP最小系统仿真实验

3.1 电路连接及目标板识别

首先要求我们检查目标板是否连接无误，在连接正确的前提下上电复位。利用DSP仿真器进行硬件仿真，进入CCS环境，识别目标器件，烧写初始化程序，调试系统，使目标板处于正常工作状态。

3.2 事件管理器产生PWM波功能测试

在TMS320F2812内核上集成两个事件管理器( EVA和EVB )，这两个事件管理器可以实现多种控制功能，在运动控制、电机控制等领域都有广泛的应用。TMS320F2812的每个事件管理器模块可以同时产生8路脉宽调制( PWM )信号，包括3对由完全比较单元产生的死区可编程PWM信号以及由通用定时器比较器产生的2路独立的PWM信号[4]。

4 结语

本文选用TMS320F2812为核心设计DSP最小系统，该系统经实验证明具备数据采集、与PC通信、进行实时数据处理等的功能，既满足了教学需要，又可用于简单的工程研究，具有一定的实用价值。在最小系统的基础上，我们还可进一步拓展其功能：如增加CAN总线功能及数字信号处理功能等，尽可能结合信号系统、电子测量及电机控制等课程特点，形成较完善的典型教学案例[4]。DSP系统发展的发展趋势就是越来越多地用于复杂系统当中，而要实现这些复杂的算法和功能，就需要我们更深入地研究其外设接口从而把最小系统拓展为具有多种功能的通用DSP系统。

[1] 胡海兵, 姚文熙, 江辉鸿. 任意路通用PWM波形发生器的设计[J]. 电工技术学报, 2008, (12): 23-12.

[2]Texas Instruments, TMS320F281x ADC Calibration Reference Guide (Rev.A). 2004.

[3] 顾卫刚. 手把手教你学DSP基于TMS320X281X[M]. 北京:北京航空航天出版社, 2011．

[4] 基于TMS320F2812的DSP最小系统设计[J]. 电气电子教育学报, 2009, (2): 84-85.

The Minimum System Design of TMS320F2812

Ren Zhibo, Zhou Hao

(Ordnance Engineering College of Naval University, Wuhan 430030, China)

TP302

A

1003-4862（2018）11-0052-04

2018-10-18

任智博（1994-），男，硕士研究生。研究方向：武器制导与控制技术。E-mail: 826370625@qq.com