毕业设计（论文）基于TMS320F2812的频谱分析仪设计.doc

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1、南京邮电大学 毕 业 设 计（论 文）题 目基于TMS320F2812的频谱分析仪设计专 业电子信息科学与技术学生姓名班级学号指导教师指导单位通信与信息工程学院 日期：2011年11月7日至2012年6月15日毕业设计（论文）原创性声明本人郑重声明：所提交的毕业设计（论文），是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本研究做出过重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明并表示了谢意。 论文作者签名： 日期： 年 月 日摘 要随着计算机和微电子技术的飞速发展,基于数字信号处理的频谱分析已

2、经应用到各个领域并且发挥着重要作用。但是在教学实践过程中,由于频谱分析仪价格昂贵,不能直观地给学生展示信号的频谱,从而使教学效果受到影响。 所以这个时候一个简单的频谱分析仪就显得很是简单实用，可以很直观地观察信号频谱以及对信号的各项参数的观测。可以为数字信号处理的教学实践带来更多的帮助。在本论文中采用TI的32位数字信号处理芯片TMS320F2812作为信号采集和处理的核心，通过片上自带的12位模数转换模块进行数据采集。采集后的数据存储在片内存储器中。数字处理部分主要是进行快速傅立叶变换的分析。再通过片内数模转换单元转换为模拟信号输出。全文介绍了DSP原理， TI公司TMS320系列F2812

3、芯片资源，以及TMS320的软件集成开发环境(CCS)。对频谱分析的实现作了细致的描述和分析对数字信号处理中最经典的应用快速傅立叶变换(FFT)运算，在定点DSP芯片上的实现做了分析和研究。关键词：TMS320F2812；DSP；频谱分析；FFTABSTRACTNowadays, computer technique and micro electronic technique have developed rapidly. Spectrum analysis which is based on digital signal processing has been put into use i

4、n every field. Because of high cost of spectrum analyzer, it can not intuitively show frequency spectrum for students in practice of teaching. This may influence the teaching effect. At this time, a simple spectrum analyzer will be practical. It may intuitively observe signal frequency spectrum and

5、parameters. It will better help teaching practice in digital signal processing.This article uses the 32-bit digital signal processing chip- TMS320F2812 of TI to be the core of signal acquisition and signal processing. It processes data acquisition with its included 12 conversion module. The collecte

6、d data are stored in internal storage. The part of digital handing is mainly to make analysis of fast Fourier transform and then transfer into analog output with analog-to-digital conversion unit.The full text introduces DSP theory, F2812 chip resource of TMS320 series in TI Company and CCS. It make

7、s a detailed description of spectrum analysis. FFT operation is the most classical application in digital signal processing. This article also researches and analyzes the enforcement of FFT in DSP chip. Key words：TMS320F2812；DSP；spectrum analyzer；FFT 目录第一章 绪论- 1 -1.1论文背景- 1 -1.2 FFT简介- 1 -1.3 论文工作介绍

8、- 1 -第二章 DSP原理- 3 -2.1 DSP简介- 3 -2.1.1 DSP应用系统介绍- 3 -2.2 DSP芯片的基本结构- 5 -2.2.1哈佛结构- 5 -2.2.3流水线- 5 -2.2.3专用的硬件乘法器- 6 -2.2.4特殊的DSP指令- 6 -2.2.5快速的指令周期- 6 -2.3 TMS320C2000概述- 6 -2.4 DSP芯片的选择- 7 -25 小结- 8 -第三章. F2812板及其开发环境CCS- 9 -3.1 F2812结构- 9 -3.1.1 F2812硬件结构- 9 -3.1.2 F2812功能模块- 12 -3.1.3 F2812系统配置-

9、13 -3.1.4 中央处理单元（CPU）- 15 -3.2 CCS概述以及配置- 17 - 3.2.1 CCS概述- 17 -3.2.2 CCS的配置- 17 -3.3软件开发流程及代码生成工具- 19 -3.3.1软件开发流程- 19 -3.3.2代码生成工具介绍- 20 -34小结- 21 -第四章 频谱分析原理及其DSP实现- 22 -4.1 A/D转换模块- 22 -4.1.1 AD转换器的主要技术指标- 23 -4.1.2 模数转换模块的主要特点- 23 -4.1.3 自动转换排序器的操作原理- 25 -4.1.4 ADC时钟的预定标- 26 -4.1.5 A/D转换F2812的实

10、现- 27 -4.2 抗混叠滤波模块- 28 -4.3 FFT变换模块- 31 -4.3.1 FFT基本原理- 31 -4.3.2 FFT的定点DSP实现- 32 -4.3.3FFT运行结果- 34 -4.4 频谱分析仪- 35 -4.5小结- 36 -结束语- 37 -致谢- 38 -参考文献- 39 -附录- 40 -第一章 绪论1.1论文背景随着计算机和微电子技术的飞速发展,基于数字信号处理的频谱分析已经应用到各个领域并且发挥着重要作用。但是在教学实践过程中,由于频谱分析仪价格昂贵,不能直观地给学生展示信号的频谱,从而使教学效果受到影响。 所以这个时候一个简单的频谱分析仪就显得很是简单实

11、用，可以很直观地观察信号频谱以及对信号的各项参数的观测。可以为数字信号处理的教学实践带来更多的帮助。在本论文中，我们选用了TMS320F2812控制板，其快速处理速度和能达到应用精度需求是我们选择使用的主要因素，另外F2812控制板上集成了多种外设可方便实现数据传输也是我们选择使用2812的原因。1.2 FFT简介数字信号处理是利用计算机或专用处理设备，以数字形式对信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等处理，以得到符合人们需要的信号形式。近些年来，数字信号处理技术得到了迅速的发展，特别是随着微计算器和超大规模电路的飞跃发展，数字信号处理技术亦得到了更大的发展，并且广泛地应用到了国民

12、经济的各行各业，如雷达、声纳、通信、语音处理、图象处理、地震信号处理、生物医学电子学、数字音频和视频设备、电子铡量仪器、噪声控制、电力系统的谐波分析、振动分析和故障诊断等方面，取得了突出的成就。傅立叶变换是一种将信号从时域变换到频域的变换形式是声学、语音、电信和信号处理等领域中一种重要的分析工具。离散傅立叶变换(DFT)是连续傅立叶变换(DFT)是连续傅立叶变换在离散系统中的表示形式。由于DFT的计算量很大，因此在很长一段时间内其应用受到很大的限制。直到1965年JWCooty和JWTukey等学者提出并完成了DFT的快速算法FFT(The Fast Fourier Transform)，使D

13、FT的运输大大简化，运算时间缩短12个数量级之多。快速傅立叶变换(FFT)技术是数字信号处理中的核心技术，它已广泛应用于数字信号处理的各个领域。1.3 论文工作介绍本文中设计数据采集模块用来采集各种传感器的信号值、电压模拟量等等，并对这些值进行FFT分析。在该系统中，数据采集模块实质上是一个实时采集与处理系统，除了完成数据采集外，还完成对数据的处理，包括数据FFT分析等。对于数据采集模块，必须选择一个高速的中央处理器，具备实时事务处理能力和数据处理能力。能够高速完成数字信号处理算法。本课题采用了TI公司DSP作为核心处理器件。TI公司的各种型号DSP专为实时信号而设计，在其各种型号的DSP中，

14、TMS320F28x系列DSP将实时信号处理能力和控制器外设功能集于一身，为本数据采集系统提供了一个非常理想的解决方案。基于该系统对于速度，功耗，成本等方面的考虑，本此设计采用了TMS320F28x系列中的TMS320F2812作为数据采集系统的处理器件。TMS320F2812的指令执行速度高达150MIPS，作为控制器应用它具备良好的实时控制能力：它的供电电压为33V，与单片机相比，具有更低的控制器功耗；它的指令系统提供了丰富的“乘累加”，“循环寻址”等指令，这使得实时信号处理中的滤波，频谱分析，可以方便快速地实现。TMS320F2812集成了丰富的片内存储器和控制器外设，它具备片上128K

15、B的Flash存储器。TMS320F2812采用两级中断结构，具备强大的中断处理能力，同时，它具备两个事务管理模块，能实时管理16个输入通道的AD转换器，4个16通道定时器以及6个捕获单元。采用TMS320F2812作为本数据采集系统的核心处理器件，充分利用DSP的片上资源。可以实现对数据采集过程的高效管理，实现对数据进行FFT等运算，可以满足数据采集系统的各种要求。论文结构如下：第二章：对DSP原理包括DSP系统、DSP的选择、DSP的发展等作相关介绍。第三章；对论文中使用的F2812板及其开发环境CCS作详细说明。第四章：阐述频谱分析的原理及频谱分析仪的实现方法，对信号输入、A/D转换、F

16、FT变换的实现作详细说明。第二章 DSP原理 2.1 DSP简介数字信号处理(Digital Signal Processing，简称DSP)是一个涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。20世纪60年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展在过去的二十多年时间里，数字信号处理技术已经在通信等领域得到极为广泛的应用。数字信号处理是利用计算机或专用处理设备，以数字形式对信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等处理，以得到符合人们需要的信号形式。数字信号处理是围绕着数字信号处理的理论、实现和应用等几个方面发展起来的。数字信号处理在理论上的发展

17、推动了数字信号处理应用的发展。反过来，数字信号处理的应用又促进了数字信号处理理论的提高。而数字信号处理的实现则是理论和应用之间的桥梁。数字信号处理是以众多学科为理论基础的，它所涉及的范围极其广泛。例如，在数学领域，微积分、概率统计、随机过程、数值分析等都是数字信号处理的基本工具，与网络理论、信号与系统、控制论、通信理论、故障诊断等也密切相关。一些新兴的学科，如人工智能、模式识别、神经网络等，都与数字信号处理密不可分可以说，数字信号处理是把许多经典的理论体系作为自己的理论基础，同时又使自己成为一系列新兴学科的理论基础。数字信号处理的实现方法一般有以下几种：1、在通用的计算机(如PC机)上用软件(

18、如C语言)实现；2、在通用计算机系统中加上专用的加速处理机实现；3、用通用的单片机(如MCS51、96系列等)实现，这种方法可用于一些不太复杂的数字信号处理，如数字控制等；4、用通用的可编程DSP芯片实现与单片机相比，DSP芯片具有更加适合于数字信号处理的软件和硬件资源，可用于复杂的数字信号处理算法；5、用专用的DSP芯片实现。在一些特殊的场合，要求的信号处理速度极高，用通用DSP芯片很难实现，例如专用于FFT、数字滤波、卷积、相关等算法的DSP芯片，这种芯片将相应的信号处理算法在芯片内部用硬件实现，无需进行编程。在上述几种方法中，第1种方法的缺点是速度较慢，一般可用于DSP算法的模拟与仿真；

19、第2种和第5种方法专用性强，应用受到很大的限制，第2种方法也不便于系统的独立运行；第3种方法只适用于实现简单的DSP算法：只有第4种方法才使数字信号处理的应用打开了新的局面。2.1.1 DSP应用系统介绍图2-1所示为一个典型的DSP系统。图中的输入信号可以有各种各样的形式，例如，它可以是麦克风输出的语音信号或是电话线来的已调数据信号，也可以是编码后在数字链路上传输或存储在计算机中的摄像机图像信号输入抗混叠滤波A/DDSP芯片D/A平滑滤波输出图2-1 典型DSP系统框图 输入信号首先进行带限滤波和抽样，然后进行模数AD(Analog to Digital)变换将信号变换成数字比特流。根据奈奎

20、斯特抽样定理，为保证信息不丢失，抽样频率至少必须是输入带限信号最高频率的2倍。DSP芯片的输入是A/D变换后得到的以抽样形式表示的数字信号，DSP芯片对输入的数字信号进行某种形式的处理，如进行一系列的乘累加操作(MAC)。数字处理是DSP的关键，这与其他系统(如电话交换系统)有很大的不同。在交换系统中处理器的作用是进行路由选择，它并不对输入数据进行修改。因此，虽然两者都是实时系统，但两者的实时约束条件却有很大的不同。最后，经过处理后的数字样值再经数模D/A(Digital to Analog )交换转换为模拟样值，之后再进行内插和平滑滤波就可得到连续的模拟波形。必须指出的是，上面给出的DSP系

21、统模型是一个典型模型，但并不是所有的DSP系统都必须具有模型中的所有部件。如DSP芯片输出信号可直接通入某通信系统而不必经过D/A和平滑滤波；如语音识别系统在输出端并不是连续的波形，两是识别结果，如数字、文字等。有些输入信号本身就是数字信号(如CD：Compact Disk)，因此就不必进行模数变换了。数字信号处理系统是以数字信号处理为基础，因此具有数字处理的全部优点：1、接口方便。DSP应用系统与其他以现代数字技术为基础的系统或设备都是相互兼容的，与这样的系统接口以实现某种功能要比模拟系统与这些系统接口要容易得多；2、编程方便。DSP应用系统中的可编程DSP芯片可使设计人员在开发过程中灵活方

22、便地对软件进行修改和升级；3、稳定性好。DSP应用系统以数字处理为基础，受环境温度以及噪声的影响较小，可靠性高；4、精度高。16位数字系统可以达到10级的精度；5、可重复性好。模拟系统的性能受元器件参数性能变化的影响比较大，而数字系统基本不受影响，因此数字系统便于铡试、调试和大规模生产；6、集成方便。DSP系统中的数字部件有高度的规范性，便于大规模集成。当然，数字信号处理也存在一定的缺点。例如，对于简单的信号处理任务，如与模拟交换线的电话接口，若采用DSP则使成本增加。DSP系统中的高速时钟可能带来高频干扰和电磁泄漏等问题，而且DSP系统消耗的功率也较大。此外，DSP技术更新的速度快，对数学知

23、识要求高，开发和调试工具还有待完善。虽然DSP系统存在着一些缺点，但其突出的优点已经使之在通信、语音、图像、雷达、生物医学、工业控制，仪器仪表等许多领域得到越来越广泛的应用。2.2 DSP芯片的基本结构为了快速地实现数字信号处理运算，DSP芯片一般都采用特殊的软硬件结构。以TMS320系列为例介绍DSP芯片的基本结构。TMS320系列DSP芯片的基本结构包括：(1)哈佛结构；(2)流水线操作；(3)专用的硬件乘法器；(4)特殊的DSP指令；(5)快速的指令周期。这些特点使得TMS320系列DSP芯片可以实现快速的DSP运算，并使大部分运算(例如乘法)能够在一个指令周期内完成。由于TMS320系

24、列DSP芯片是软件可编程器件，因此具有通用微处理器具有的方便灵活的特点。下而分别介绍这些特点是如何在TMS320系列DSP芯片中应用并使得芯片的功能得加强的。2.2.1哈佛结构哈佛结构是不同于传统的冯诺曼结构的并行体系结构，其主要特点是将程序和数据存储在不同的存储空间中，目口程序存储器和数据存储器是两个相互独立的存储器，每个存储器独立编址，独立访问。与两个存储器相对应的是系统中设置了程序总线和数据总线两条总线，从而使数据的吞吐率提高了一倍。而冯诺曼结构则是将指令、数据、地址存储在同一存储器中，统一编址，依靠指令计数器提供的地址来区分是指令、数据还是地址。取指令和取数据都访问同一存储器，数据吞吐

25、率低。在哈佛结构中，由于程序和数据存储器在两个分开的空间中，因此取指和执行能完全重叠运行。为了进一步提高运行速度和灵活性，TMS320系列DSP芯片在基本哈佛结构的基础上作了改进，一是允许数据存放在程序存储器中，并被算术运算指令直接使用，增强了芯片的灵活性；二是指令存储在高速缓冲器(Cache)中，当执行此指令时，不需要再从存储器中读取指令，节约了1个指令周期的时间。如TMS320C30具有64个字的Cache。2.2.3流水线与哈佛结构相关，DSP芯片广泛采用流水线以减少指令执行时间。从而增强了处理器的处理能力。TMS320系列处理器的流水线深度从26级不等。第代采用TMS320处理器采用2

26、级流水线，第二代采用3级流水线，第三代采用4级流水线，而TMS320C54则采用6级流水线。采用流水线操作，处理器可以并行处理多条指令，每条指令处于流水线上的不同阶段。在三级流水线操作中，取指、译码和执行操作可以独立地处理，这可使指令执行能完全重叠。在每个指令周期内，三个不同的指令处于激活状态，每个指令处于不同的阶段。例如在第N个指令取指时，前一个指令即第N-1个指令正在译码。而第N-2个指令则正在执行。一般来说，流水线对用户是透明的。2.2.3专用的硬件乘法器在一般形式的FIR滤波器中，乘法是DSP的重要组成部分。对每个滤波器抽头，必须做一次乘法和一次加法。乘法速度越快，DSP处理器的性能就

27、越高。在通用的微处理器中，乘法指令是由一系列加法来实现的，故需许多个指令周期来完成。相比而言，DSP芯片的特征就是有一个专用的硬件乘法器。在TMS320系列中，由于具有专用的硬件乘法器，乘法可在一个指令周期内完成。从最早的TMS32010实现FIR的每个抽头算法可以看出，滤波器每个抽头需要一条乘法指令MPY：LT ；装乘数到T寄存器DMOV ；在存储器中移动数据以实现延迟MPY ：相乘APAC ；将乘法结果加到ACC中其他三条指令用来将乘数装入到乘法器电路(LT)、移动数据(DMOV)以及将乘法结果(存在乘积寄存器P中)加到ACC中(APAC)。因此，若采用256抽头的FIR滤波器，这四条指令

28、必须重复执行256次，且256次乘法必须在一个抽样间隔内完成。在典型的通用微处理器中，每个抽头需要30-40个指令周期，而TMS32010只需4条指令。如果采用特殊的DSP指令或采用TMS320C54x等新一代的DSP芯片，可进一步降低FIR抽头的计算时间。2.2.4特殊的DSP指令DSP芯片的另一个特征是采用特殊的指令。例如DMOV就是一个特殊的DSP指令，它完成数据移位功能。在数字信号处理中，延迟操作非常重要，这个延迟就是由DMOV来实现。TMS32010中的另一个特殊指令是LTD，它在一个指令周期内完成LT、DMOV和APAC三条指令。LTD和MPY指令可以将FIR滤波器抽头计算从4条降

29、为2条。在第二代处理器中，如TMS320C25，增加了2条更特殊的指令，即RPT和MACD指令，采用这2条特殊指令，可以进一步将每个抽头的运算时间从2条降为1条：RPTK 255 ；重复执行下条指令256次MACD ：LT，DMOV，MPY及APAC2.2.5快速的指令周期哈佛结构、流水线操作、专用的硬件乘法器、特殊的DSP指令再加上集成电路的优化设计，可使DSP芯片的指令周期在200ns以下。TMS320系列处理器的指令周期已经从第一代的200ns降低至现在的20ns以下。快速的指令周期使得DSP芯片够实时实现许多DSP应用。2.3 TMS320C2000概述TMS320C2000系列DSP

30、是TI公司继第_二代定点DSP处理器TMS320C2x和第三代定点DSPTMS320C5x之后出现的一种低价格、高性能的定点DSP芯片。主要包括TMS320C20x、TMS320C24x两个子系列。该产品的主要特点包括一下几个方面。1、运算速度：单周期指令执行时间为50ms、35ns或25ns，即运算能力为20MIPS、285MIPS或40MIPS。2、兼容性：TMS320C2000系列所有DSP芯片的源代码完全兼容，同时TMS320C2000系列产品与1MS320C5x系产品向上兼容，即C5x是C2000的超集，因此为TMS320C2000编写的代码升级后可在TMS320C5x上运行。3、片

31、内存储器：TMS320C2000内部配置有数量不同的RAM和ROM存储器，有的芯片还配有闪速存储器Flash。LF240x片内有高达32K字的Flash程序存储器。利用闪速存储器存储程序，不仅能降低成本，减小体积，而且系统升级也比较方便。4、片内资源配置：TMS320C2000系列DSP芯片资源配置比较灵活。目前该系列已有10多种不同配置的芯片，它们都具有相同的CPU结构和程序控制流程，所以源代码是相同的。区别仅在于各自的片内存储器配置和片内外设。5、功耗：TMS320C2000采用5V或33V高性能静态CMOS技术，使控制器的功耗大大减小，从而提高了控制器的实时控制能力。6、应用：TMS32

32、0C2000系列DSP的体系结构专为实时控制及实时信号处理而设计，所配置的片内外设为控制系统应用提供了一个理想的解决方案。其中C24x系列中的通用定时器、脉宽调制PWM电路、捕捉器、光电编码器接口、AD转换器、串行通信接口、CAN控制器、看门狗等片内外设为将DSP应用于智能测控、电机控制、电力电子技术等领域提供了丰富的资源。2.4 DSP芯片的选择设计DSP应用系统，选择DSP芯片是非常重要的一个环节。只有选定了DSP芯片才能进一步设计其外围电路及系统的其他电路。总的来说，DSP芯片的选择应根据实际的应用系统需要而确定。不同的DSP应用系统由于应用场合、应用目的等不尽相同，对DSP芯片的选择也

33、是不同的。1.DSP芯片的运算速度:运算速度是DSP芯片的一个最重要的性能指标，也是选择DSP芯片时所需要考虑的一个主要因素。DSP芯片的运算速度可以用以下几种性能指标来衡量。(1)指令周期：印执行一条指令所需的时间，通常以ns(纳秒)为单位。如TMS320VC5402-100在主频为100MHz时的指令周期为1Ons(2)MAC时间：即一次乘法加上一次加法的时间。大部分DSP芯片可在一个指令周期内完成一次乘法和加法操作，如TMS320VC5402-100的MAC时问就是10ns。(3)FFT执行时间：即运行一个N点FFT程序所需的时间。由于FFT运算涉及的运算在数字信号处理中很有代表性，因此

34、FFT运算时间常作为衡量DSP芯片运算能力的一个指标。(4)MIPS：即每秒执行百万条指令。如TMS320VC5402-100的处理能力为100MIPS，即每秒可执行l亿条指令。(5)MOPS：即每秒执行百万次操作。如TMS320VC40的运算能力为275MOPS。(6)MFLOPS即每秒执行百万次浮点操作。如TMS320C31在主频为40MHz时的处理能力为40 MFLOPS。(7)BOPS：即每秒执行十亿次操作。如TMS320C80的处理能力为2 BOPS。2.DSP芯片的价格DSP芯片的价格也是选择DSP芯片所需考虑的一个重要因素。如果采用价格昂贵的DSP芯片，即使性能再高，其应用范围也

35、会受到一定的限制，尤其是民用产品。因此跟据实际系统的应用情况，需确定一个价格适中的DSP芯片。当然，由于DSP芯片发展迅速，DSP芯片的价格往往下降较快，因此在开发阶段选用某种价格稍贵的DSP芯片，等到系统开发完毕，其价格可能经下降一半甚至更多。3.DSP芯片的硬件资源不同的DSP芯片所提供的硬件资源是不相同的，如片内RAM、ROM的数量，外部可扩展的程序和数据空间，总线接口，IO接口等。即使是同一系列的DSP芯片(如11的TMS320C54x系列)，系列中不同DSP芯片也具有不同的内部硬件资源，可以适应不同的需要。4.DSP芯片的运算精度TMS320系列大部分定点DSP芯片的字长为16位，但

36、有的公司的定点芯片为24位，如Motorola公司的MC56001等。浮点芯片的字长一般为32位，累加器为40位。5.DSP芯片的开发工具在DSP系统的开发过程中，开发工具是必不可少的。如果没有开发工具的支持，想要开发一个复杂的DSP系统几乎是不可能的。如果有功能强大的开发工具的支持，如C语言支持，则开发的时问就会大大缩短。所以，在选择DSP芯片的同时必须注意其开发工具的支持情况，包括软件和硬件的开发工具。6.DSP芯片的功耗在某些DSP应用场合，功耗也是一个需要特别注意的问题。如便携式的DSP设备、手持设备、野外应用的DSP设备等都对功耗有特殊的要求。目前，33V供电的低功耗高速DSP芯片己

37、大量使用。25 小结本章主要介绍了DSP原理，介绍的内容包括DSP系统设计。DSP选择，DSP的发展历程和应用，对DSP的哈佛结构做了详细叙述。对TMS3202000系列作了引入性介绍，为下面介绍F2812的资源及实际应用做准备。第三章. F2812板及其开发环境CCS3.1 F2812结构TMS320F2812是TI公司的一款用于控制的高性能，多功能，高性价比的32位定点DSP芯片。该芯片兼容TMS320F2407指令系统，最高可在150MHz主频下工作，并带有18K*16位0等待周期片上ARAM和128K*16位片上FLASH（存取时间36ns） TMS320F2812采用哈佛总线结构，具

38、有密码保护机制，可进行双16*16位乘加和32*32位乘加操作，因而可兼顾控制和快速运算的双重功能。TMS320F2812的片上外设主要包括2*8路12位ADC（最快80ns转换时间）、2路SCI、1路SPI、1路McBSP、1路额CAN等，并带有两个事件管理模块（EVA、EVB），分别包括6路PWM/CMP、2路QEP、3路CAP、2路16位定时器（或TxPWM/TxCMP）。另外，该器件还有3独立的32位CPU定时器，以及多达56个独立编程的GPIO引脚，可外扩大于1M*16位程序和数据存储器。3.1.1 F2812硬件结构TMS320F2812高速的运算能力、强大的实时处理能力和高度集成

39、化的设计结构，使得它在控制领域内得到了人们的青睐，F28X系列芯片的主要性能如下：（1） 高性能静态CMOS（Stctic CMOS0）技术：150MHz（时钟周期为6.67ns）低功耗（核心电压为1.8V，I/O口电压为3.3V）；Flash编程电压为3.3V。（2） JTAG边界扫描（Boundary Scan）支持（3） 高性能的32位中央处理器哈佛总线结构（Harvard Bus Architecture）；16位*16位和32位*32位乘且累加操作；强大的操作能力；迅速的中断响应和处理；统一的寄存器编程模式；可达4兆字的数据地址；可达4兆字的线性程序地址；代码高效（用C/C+或汇编语

40、言）；与TMS320F24X/LF240x处理器的源代码兼容；（4） 片内寄存器8K*16位的Flash存储器；1K*16位的OTP型只读存储器；L0和L1：两块4K*16位的单口随即存储器（SARAM）；H0：一块8K*16位的单口随机存储器；M0和M1：两块1K*16位的单口随机存储器。（5） 4K*16位的根只读存储器（Boot ROM）带有软件的Boot模式；标准的数学表。（6） 外部寄存器接口有多达1MB的存储器可编程等待状态数；可编程读/写选通计数器（Strobe Timing）；三个独立的片选端。（7） 时钟与系统控制支持动态的改变锁相环的频率；片内震荡器；看门狗定时器模块。（8

41、） 三个外部中断（9） 外部中断扩展（PIE）模块可支持96个外部中断；当前仅使用了45个外部中断。（10） 128位的密钥（Security Key/Lock）保护Flash/OTP和L0/L1 SARAM；防止ROM中的程序被盗。（11） 3个32位的CPU定时器（12） 电动机控制外围设备 两个事件管理器（EVA、EVB）；与F240兼容的器件。（13） 串口外围设备串行外围接口（SPI）；两个串行通信接口（SCIs），标准的UART；改进的局域网络（eCAN）多通道缓冲串行接口（McBSP）和串行外围接口模式。（14） 12位ADC，16通道2*8通道的输入多路选择器；两个采样保持器；

42、单个的转换时间：200ns；单路转换时间：60ns。（15） 最多有56个独立的可编程，多用途通用输入/输出（GPIO）引脚（16） 高级的仿真特性分析和设置断点的功能；实时的硬件调试。（17） 开发工具ANSI C/C+编译器/汇编程序/连接器；支持TMS320F24X/24x的指令；代码编辑集成环境DSP/BIOS；JTAG扫描控制器（TI）；硬件评估版。（18） 低功耗模式和节能模式支持空闲模式、等待模式、挂起模式；停止单个外围的时钟图3-1 F2812功能框图（19） 封装方式带外部存储器存储器借口的；179引脚的球形触点BGA封装带外部存储器借口的176引脚低剖面四芯线扁平LQEP封

43、装（20） 温度选择A：-40+85S：-40+1253.1.2 F2812功能模块下面主要介绍F2812DSP集成的主要功能模块。1. FLSASH内存用户可以通过内部Flash存储器固化应用软件以及产品的升级换代。F2812的内部Flash存储器大小为128KB，提供分区（sector）的Flash内存，允许改写每个分区，但不清除整个Flash内存；内部还包括用来保护用户程序的密码保护程序代码。2. 事件管理器（Event Manager） （1）可编程死区设置。 （2）定时器/比较器模块减少了CPU完成事件定时、采样循环以及PWM生成等任务的开销。 （3）PDP中断为系统提供无条件保护。

44、 （4）捕捉单元和正交编码电路能够同时检测元件的直接接口3. 模拟/数字转换器（A/D Converter） （1）12位模拟/数字转换器，16个模拟输入通道。 （2）最快转换时间为60ns。 （3）外部模拟/数字转换以及事件（EV）触发的模数转换不需要占用额外CPU时间 （4）具有双缓冲的结果寄存器，减少中断到去的转换结果所需要的时间。 （5）转换排序器可以增加通道数目，不需要CPU的参与4. CAN模块 （1）08位可编程数据长度，带有32个信箱。 （2）完整的CAN控制器，符合CAN2.0规范。 （3）发送、接收标准帧（11位标识符）以及扩展帧（29位标识符）。 （4）提供接收信箱、发送

45、信箱以及可配置的发送/接收信箱（信箱0/1）。 （5）提供低耗电模式，定时邮递功能。 （6）数字回路自测试模式。 （7）可编程通信速率和中断控制。5. 串行通信接口（SCI-UART） （1）具有16层的接收及发送缓冲器。 （2）异步通信格式（NRZ）。 （3）可编程波特率，可编程停止位长度1或2位。 （4）数据长度18位可编程。 （5）错误检测：极性错误、过载错误、帧错误、中止错误等。 （6）两种唤醒模式：线空闲呼唤以及地址位呼唤。 （7）半双工或全双工操作。 （8）独立的接收/发送中断使能位6. 串行外围接口（SPI） （1）116位可编程数据长度。 （2）主/从操作模式。 （3）同步的发

46、送/接收帧。 （4）SPI时钟极性控制。 （5）支持多处理器通信7. 多信道缓冲串行接口（McBSP） （1）独立的发送时钟，全双工通信。 （2）双缓冲发送，三缓冲发送，允许连续的数据流。 （3）支持128个通道的发送及接收。 （4）多通道选择模式使能每个通道的块传输3.1.3 F2812系统配置下面通过对TMS320F2812的时钟，存储空间和中断介绍DSP的基本系统配置。1.TMS320F2812时钟TMS320F2812的片上外设按输入时钟可分为如下四个组：低速组：有SCI、SPI、MCBSP，可由LOSPCP寄存器设置分频系数；高速组：包括EVA/B、ADC，可由HISPCP寄存器设置分频系数；OSCCLK组：主要是看门狗电路，由WDCR寄存器设置分频系数；SYSOUTCLK组：包括CPU定时器和eCAN总线，可由PLLCCR寄存器动态地修改。为了使系统有较快的工作速度，除了定时器和SCI等少数需要低俗时钟的地方，其他外设均可