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1、 毕业设计论文课题名称： 基于DSP数字广告大屏幕显示系统设计 学 院 物理科学与工程技术专 业 电子信息工程 班 级 07级 学习形式、层次 脱产、本科 学 号 0029 姓 名 曹 永 指导教师 韦以明 2010年11月6日摘要近年来，户外广告从平面印刷广告变成大屏幕显示广告，而超高亮度LED出现，使得LED显示屏提供图形、文字、数字的单色、双色和全色显示时，可完全满足。LED显示屏不仅可以用于室内环境还可以用于室外环境，具有投影仪、电视墙、液晶显示屏无法比拟的优点。本文就此提出了一种不携带计算机的低成本LED文字显示屏的控制系统，并给出完整可行的系统硬件设计方案。本文从LED显示屏屏体电
2、路和LED显示屏主控系统两个方面对整个系统的硬件设计作了说明。在屏体电路设计方面，介绍了屏体模块化设计的方法，针对系统具体指标要求，采用了行扫描列控制的动态扫描方案，给出了具体的行列驱动电路设计方法。在主控系统设计方面，首先对DSP和FPGA芯片的结构特点，开发软件和开发流程作了介绍。在这基础上，对基于TMS320LF2407的主控系统各个模块，包括电源模块、串行通信模块、信息存储模块、汉字库模块、外部存储器模块作了详细的阐述，说明了设计原理、实现方法;介绍了基于ALTERA EP1K30Q208-3的系统时序电路的设计过程。 最后介绍了硬件调试的一些经验，对全文进行总结并提出了系统进一步改进
3、想法。经软、硬件调试，整个系统工作正常，基本实现预期目标。关键词：LED显示屏，DSP，驱动电路，动态扫描AbstractIn recent years, outdoor advertising, print advertising from the plane into a large-screen display ads, and high brightness LED appears, making the LED display provides a graphical, text, digital color, color and full color display can be
4、fully met.LED display not only the indoor environment can also be used for outdoor environment, with a projector, TV wall, LCD screen can not match advantage.This paper does not carry this presents a low-cost LED display for the computer control system, and gives a complete system hardware design po
5、ssible.This article from the LED display screen LED display circuits and two master control systems hardware design of the whole system are described.Circuit design in the screen, introduced the method of modular design of screen, specific indicators for the system requirements, using a line scan ou
6、t the Dynamic scanning program, the ranks are given specific driver circuit design.In the main control system design, DSP and FPGA chips first structural characteristics, software development and development process was introduced.On this basis, the main control system based on TMS320LF2407 various
7、modules, including power module, serial communication module, the information storage module, the Chinese character library module, the external memory module made in detail, describes the design principles, implementation method;Introduced based on ALTERA EP1K30Q208-3 in the system timing circuit d
8、esign process.Finally, some hardware debugging experience, the text summary and the system to further improve the idea.The software and hardware debugging, the system works, basically to achieve the desired objectives.Keywords: LED display, DSP, driver circuit, dynamic scanning 目 录第一章引言. .51.1 LED显示
9、屏及其应用1.2 LED显示屏国内外研究现状和发展趋势1.2.1 LED显示屏的研究现状1.2.2 LED显示屏的发展趋势1.3论文研究内容第二章LED器件相关基本原理. .72.1光度学和视觉特性2.2发光二级管特性2.3 LED器件的驱动第三章LED显示屏驱动电路设计. .123.1 LED显示屏屏体3.2行列驱动电路设计第四章LED显示屏控制系统电路设计. .164.1 DSP开发概述4.1.1 DSP简介4.1.2 DSP芯片主要结构特点4.1.3 DSP系统的开发工具4.1.4 TMS320LF2407A芯片的基本特点4.2基于TMS320LF2407A的系统系统硬件设计4.2.1电
10、源模块的设计4.2.2串行通信模块设计4.2.3信息存储模块设计4.2.4汉字库模块设计4.2.5外部存储器扩展电路4.3 FPGA及其开发工具简介4.3.1 PLD简介4.3.2 Altera的EP1K30和Max Plus II4.4基于FPGA的系统时序电路设计4.4.1显示存储器模块设计4.4.2 LED显示屏分区4.4.3显示存储器扫描时序控制电路第五章系统的调试与体会. .395.1系统的调试5.2 PCB板的布线规则5.3 PCB及电路抗干扰措施5.4 FPGA的抗干扰第六章总结和展望. . .43参考文献. . .44致谢.45第一章 引言现代社会已经迈入信息化时代，大量的信息
11、通过人们的眼睛获得。研究表明，在人们经各种感觉器官从外界获得的信息中，近2/3的信息是通过眼睛获得。而图像显示技术正是为人们提供各种各样信息的保障。进入20世纪以来，显示技术作为人机联系和信息展示的窗口已应用于社会生活的各个方面。目前已经开发和应用的各类显示设备有：有阴极射线管显示器(cathode raytube，简称 CRT)，液晶显示器(liquid crystal display，简称 LCD)，等离子显示器、发光二极管(LED)等，其中，LED作为一种新型的显示设备，从一问世，就引起了世人的极大关注。1.1 LED显示屏及其应用LED显示屏是利用发光二极管点阵模块或像素单元组成的平面
12、式显示屏幕。它是多种技术综合应用的产品，涉及光电子学、半导体器件、数字电子电路、大规模集成电路、单片机及微机等各个方面，既有硬件又有软件。LED显示屏具有发光效率高、使用寿命长、组态灵活、色彩丰富以及对室内外环境适应能力强等优点，自20世纪80年代后期开始，随着LED制造技术的不断完善，在国外得到了广泛的应用。在我国改革开放之后，特别是进入90年代国民经济高速增长，对公众场合发布信息的需求日益强烈，LED显示屏的出现正好适应了这一市场形势，因而在LED显示屏的设计制造技术与应用水平上都得到了迅速的提高。LED显示屏经历了从单色、双色图文显示屏，到图像显示屏，一直到今天的全彩色视频显示屏的发展过
13、程。目前LED显示屏根据使用场所不同，可以分为室外屏和室内屏两种，其主要区别是发光管的发光亮度不同。而根据所显示的内容不同也可以分为图像屏和文字屏两种，图像屏可以显示图象以及多媒体，而文字屏则主要显示文字，也可以显示简单的固定图像。显示图像的多媒体室外屏是投资巨大(高达数百万)的大型高档设备，主要应用在大型公共场所、形象工程和一些重要场所。LED显示屏的应用涉及到社会经济的许多领域，已经遍及交通、证券、电信、广告、宣传等各个方面。1.2 LED显示屏国内外研究现状和发展趋势1.2.1 LED显示屏的研究现状我国led显示屏产业在规模发展的同时，产品技术推陈出新，一直保持比较先进的水平。90年代
14、初即具备了成熟的16级灰度256色视频控制技术及无线遥控等国先进水平技术，近年在全彩色led显示屏、256级灰度视频控制技术、集群无经线控制、多级群控技术等方面均有国内先进、达到国际水平的技术和产品出现；led显示屏控制专用大规模集成电路也已由国内企业开发生产并得到应用。led显示屏产业培养形成了一批led显示屏科技队伍，在全国led显示屏行业的从业人数6000人中，科技人员有2800多人，将近50%。led显示屏产业正成为我国电子信息产业的重要组成部分，也是平板显示领域唯一立足国内形成的民族高科技产业。1.2.2 LED显示屏的发展趋势LED显示屏的技术发展主要在以下领域：LED显示屏的显示
15、颜色、亮度、视角等性能指标的综合改善和提高；色彩和灰度控制技术发展，有效提高全彩色显示屏的色彩还原能力和视频质量；恒流驱动控制技术得到广泛应用，LED驱动IC及LED制造商自主设计开发的LED专用IC也有一定应用；在系统技术方面，应用了自动检测、远程控制等技术，提高整体的稳定性和可靠性；在产品结构工艺上，显示屏的平整度、散热和防护等级等受到厂家关注和重视。1.2.3 论文研究内容尽管目前LED文字显示屏的应用范围越来越广，但是在应用中也暴露出一些新的问题。如每个系统中必须有一台计算机进行控制，这使得系统的单体投资比较大，维护管理费用也比较高，这一切都极大的制约了LED显示屏的发展，而且抛开成本
16、考虑，每个LED图文显示屏携带一台计算机大大降低了系统的可靠性以及信息的安全性。从LED显示屏需求上，市场上不仅需要像大屏幕的这样大型的显示屏，也需要根据不同场地配置不同规格的小型显示屏以及相对简单的文字显示屏。但是由于LED显示屏无论大型还是小型，其最小系统的三大组成部分不能改变，而对于三部分中占投资比重较大的计算机实际利用率并不高，仅在内容更新时才与LED显示屏相连接，如果能将计算机去掉，则可以有效的减少一次性投资，大大的拓宽了LED显示屏的使用范围，这将有着非常重要的市场价值。本课题针对LED显示系统存在的问题，结合当今先进的微控制器产品、控制技术和通信技术，实现高性能、低成本、低功耗的
17、LED显示屏控制系统。本论文设计的LED控制系统以DSP（TMS320LF2407）为核心控制芯片，以可编程逻辑器件PLD EP1K30为辅助控制芯片，来实现系统功能，系统框图如图1-1所示。图1-1.LED显示屏系统组成框图系统设计目标如下：系统具有掉电数据不丢失的功能，能存储多屏显示数据；系统具有丰富的字型字体，有丰富的显示效果，能播放一些简单图片；支持RS232异步串口通信模式和GSM短消息无线通信模式；要求系统易实现，成本低，可靠性高；第二章LED器件相关基本原理 2.1 光度学和视觉特性为了使LED显示屏达到理想的显示效果，除了需要对LED器件本身的工作原理及特性有很好的理解之外，首
18、先要对光学特性（亮度、色彩、视角）等和人眼的视觉特性有所了解。由于图像显示的最终效果是与光源特性（如果是反射光的话，还要考虑反射体的光学特性）和视觉特性双方有关的，它既有光学原理所描述的客观存在，也有人眼视觉主观感受的因素，两者兼顾才能收到良好的效果。光度是对有关的辐射能量与人眼亮度感受两者关系的描述；色度是对有关彩色形成与彩色视觉关系的描述。人眼对亮度的敏感程度与颜色有关，在整个可见光范围并不是均匀的。人眼对不同颜色光线的敏感程度不同，人眼对颜色的感觉来源于视网膜上三种不同类型的视锥细胞。不同的视锥细胞对不同的颜色敏感，它们的视敏曲线表示在图2-1上，图2-1.视锥细胞视敏函数曲线分别为Rs
19、()、Gs()、Bs()，即三种视锥细胞分别对红绿蓝三色最敏感。三种细胞的共同作用下，就可以得到人对颜色的总体感觉。根据对人眼的研究，可知用RGB三基色的不同比例，可以合成不同的颜色。三种颜色不同比例的混合就能发出从白到黑的各种颜色的光。这就是LED显示屏为什么以RGB为三基色。人眼的亮度感觉不会因光源的消失而立即消失，要有一个延迟时间，这就是视觉惰性。视觉惰性可以理解为光线对人眼的作用传输处理等过程都需要时间，因而使视觉具有一定的低通特性。实验表明，当外界光源突然消失时，人眼的亮度感觉是按指数规律逐渐减小的。这样当一个电源反复通断，在通断频率较低时，人眼可以发现亮度的变化；而通断频率增高时，
20、视觉就逐渐不能发现相应的亮度变化了，刷新频率越高，画面质量越好，但刷新频率越高，对屏体背后的驱动电路和控制电路的要求也越高。视觉惰性可以说是LED显示屏得以广泛应用的基础。首先，在LED显示屏中可以利用视觉惰性，改善驱动电路的设计，形成了目前广为采用的扫描驱动方式。扫描驱动方式的优点在于LED显示屏不必对每个发光灯提供单独的驱动电路，而是若干个发光灯为一组共用一个驱动电路，通过扫描的方法，使各组发光灯依次点亮，只要扫描频率高于临界闪烁频率，人眼看起来各组灯都在发光。由于LED显示屏所使用的发光灯数量很大，一般在几千只到几万只的范围，所以节约驱动电路的效益是十分可观的。 2.2 发光二级管特性发
21、光二极管(light emitting diode,LED)，是一种把电能变成光能的特种器件，当电流如图2-2所示：图2-2.开启一个LED通过它的时候，可以产生可见光。发光二极管的结构主要由PN结芯片、电极和光学系统构成。我们知道，发光是一种能量转化现象。当系统受到外界激发后，会从稳定的低能态跃迁到不稳定的高能态；当系统由不稳定的高能态重新回到稳定的低能态时，能量差以光的形式辐射出来，就会产生发光现象。当在PN结上加以正向电压之后，P区的空穴注入至N区，N区的电子注入至P区，相互注入的电子与空穴相遇后即产生复合，这些少数载流子在PN结的注入和复合中产生辐射而发光。它是自发辐射发光，不需要较高
22、的注入电流产生粒子数反转分布，也不需要光学谐振腔，发射的是非相干光。描述LED的特性有许多参数，这些参数之间的关系呈现非线性。因此，用特性曲线来描述这些关系，在工程应用中更具有使用价值。下面就以其主要的特性曲线作简单介绍。(1)发光强度Iv与正向电流If的关系曲线图2-3中给出了由A-GaAsP(N)B-GaP(N)和C-GaP(Zn-O)三种不同半导体材料制成的黄绿红LED器件的Iv与If的关系曲线。从总体上看，I v是随着If的增加而增加的，但是变化的规律有所不同。图2-3.LED发光强度与正向电流的关系（2）发光二极管的伏安特性发光二极管的电流与电压之间的关系和其它电器元件一样，称为伏安
23、特性。由于LED器件的主要功能是发光，因此正向特性十分重要，而反向特性意义不大，所以LED器件的伏安特性都是指它的正向特性。发光二极管的伏安特性与一般二极管基本相似，只是开始导通的正向电压较大，大约在1.6V3.0V之间，视不同的半导体材料而定，如图2-4所示。图2-4.发光二极管正向伏安特性 2.3 LED器件的驱动从LED器件的发光机理可以知道，当向LED器件施加正向电压时，流过器件的正向电流使其发光。因此LED的驱动就是要使它的PN结处于正向偏置，同时为了控制它的发光强度，还要解决正向电流的调节问题。具体的驱动方式有直流驱动、恒流驱动、脉冲驱动和扫描驱动等，本系统中LED器件的驱动为扫描
24、驱动。(1)直流驱动直流驱动是最简单的驱动方法。LED的工作点由电源电压VCC，串联电阻R和LED器件的伏安特性共同决定。这种驱动方式适合于LED器件较少，发光强度恒定的情况。例如公交车用于固定显示“XX路”字样的显示器。(2)恒流驱动由于LED器件的正向特性较陡，加上器件的分散性，使得在同样电源电压和同样限流电阻的情况下，各器件的正向电流并不相同，从而引起发光强度的差异。若对LED器件进行恒流驱动，只要恒流值相同，发光强度就比较接近。晶体管的输出特性具有恒流特性，所以可以用晶体管驱动LED，如图2-5所示。图2-5.晶体管恒流驱动LED器件(3)脉冲驱动利用人眼的视觉惰性，采用向LED器件重
25、复通断电的方式使之点燃，就是脉冲驱动方式。脉冲驱动的主要应用有两个方面：扫描驱动和占空比驱动。扫描驱动的主要目的是节约驱动器，简化电路。采用这种方式时应该注意两个问题:脉冲电流幅值的确定和重复频率的选择。首先，要想获得与直流驱动方式相当的发光强度，脉冲驱动电流的平均值I。就应该与直流驱动的电流值相同。如图2-6所示，平均电流Ia是瞬时电流i的时间积分，对于矩形波来说，有如下表达式公式(1)图2-6.LED的脉冲驱动公式(2)其中ton/T就是占空比的一种描述，为了使脉冲驱动方式下的平均电流Ia与直流驱动电流Io相同，就需要使它的脉冲电流幅值满足公式(3)可见脉冲驱动时，脉冲电流的幅值应该比直流
26、驱动电流大T/ton倍。其次是脉冲重复频率的问题，通过视觉暂留特性的分析，己经知道脉冲重复频率必须高于24Hz，否则会产生闪烁现象。脉冲驱动的主要应用有两个方面：扫描驱动和占空比驱动。(4)扫描驱动扫描驱动是通过数字逻辑电路，使若干LED器件轮流导通，用以节省控制驱动电路。LED显示屏是将发光灯按行按列布置的，驱动时也就按行按列驱动。在扫描驱动方式下可以按行扫描，按列控制；也可以按列扫描，按行控制。所谓“扫描”的含义，就是指一行一行地循环接通整行的LED器件，而不问这一行的哪一列的LED器件是否应该点亮，某一列的LED器件是否应该点亮，由所谓的列控制电路来负责。图8所示为一个m行n列结构的LE
27、D显示屏，当采用行扫描列控制的驱动方式时，从H1到Hm轮流将高电位接通各行线，使连接到各行的LED器件接通正电源，但具体哪一个LED导通，还要看它的负电源是否接通，这就是列控制所要完成的工作。例如在LED显示屏上需要LED11熄灭，LED21点亮，那么当扫描到H1行时，Ll列的电位就应该为高；当扫描到H2行时，Ll列的电位就应该为低。图8.M行x N列LED显示屏结构示意图第三章LED显示屏驱动电路设计 3.1 LED显示屏屏体LED显示屏以发光二极管为像素，由LED点阵显示单元拼接而成。最常见的LED点阵显示单元有5x7，7x9，8x8结构，前两种主要用于显示各种西文字符，后一种常用于显示各
28、种汉字字符，8x8LED点阵的外观及等效电路图3-1如示。通常由4x8个这样的小单元组成一个32x64的单元模块（以这个为基准做屏体的PCB板）.。LED显示屏就是通过这些单元模块采用联方式搭接而成，如图3-2所示。图3-1.8x8LED模块示意图由于每个LED显示屏体由若干个模块组成，模块之间信号级联，在这个过程中扫描控制信号存在衰减，而每个模块行驱动电路同时驱动64列的LED发光器件时，按每一LED器件电流20mA计算，64个LED同时发光时就需要64201280mA的驱动电流，因此我们在每个模块中加入了功率驱动管74HC244和CEM4953。在电路设计中，要求所用到的芯片尽量出自一个厂
29、家，同一类型的芯片尽量用同一型号的，以保持LED显示屏整屏的均匀性。图3-2.32x64单元模块结构示意图 3.2 行列驱动电路设计根据驱动方式的不同，LED大屏幕显示方式还可以分为静态显示和动态扫描显示两种。静态显示是指将一幅画面输入以后要保持到下一幅画面的输入：动态显示是指将画面分为若干部分分别进行刷新。静态显示每一个像素需要一套驱动电路，如果显示屏为NxM个像素屏，则需要NxM套驱动电路；动态扫描显示则采用多路复用技术，如果是P路复用的话，则每P个像素需一套驱动电路，NxM个像素仅需NxN/P套驱动电路。另外，对于静态显示方式，需要较多的译码驱动装置，需要的引线也比较多；对于动态扫描显示
30、方式，可以避免以上不足，但是容易造成显示亮度低、屏幕闪烁等问题。显示数据通常以字节的形式顺序存放在控制系统的存储器中。在行扫描列控制显示时，把显示数据从存储器中取出传送到每一行对应的列驱动器上，这就存在列数据传输方式的问题。从控制电路到列驱动器的数据传输可以采用并行方式或串行方式，它们各有优缺点：数据并行传输的速度比较快，但是随着屏幕的增大，点阵模块数量的增多，线路会越来越复杂；数据串行传输的速度比较慢，但它可以大大简化传输线路，对于列数较多的LED显示屏来说，采用串行传输方式比较合适。采用串行传输的方法，控制电路可以只用一根信号线，将列数据一位一位传往列驱动器，与此同时，列驱动器中每一列都把
31、当前数据传向后一列，并从前一列接收新数据，一直到一行的各列数据全部传输到位后，才能并行地进行显示。对于串行传输来说，数据要经过并行到串行和串行到并行两次变换，因此列数据的准备时间可能相当长，在行扫描周期确定的情况下，留给行显示的时间就少一些，以至影响到LED的亮度。解决串行传输中列数据准备和列数据显示的时间矛盾问题，可以采用重叠处理的方法。即在显示本行各列数据的同时，准备下一行的列数据，这就需要列数据的显示具有锁存功能。本行己准备好的数据打入并行锁存器进行显示时，串并移位寄存器就可以准备下一行的列数据，而不会影响本行的显示。经过上述分析，可看出列驱动器电路应具备下功能：对于列准备数据来说，它应
32、该实现串入并出的移位功能；对于列显示数据来说，应具有并行锁存的功能。这样本行已准备好的数据打入并行锁存器进行显示时，串并移位寄存器就可以准备下一行的数据，而不会影响本行的显示，这种列驱动电路可以用74HC595来实现，其内部结构如图3-3所示：它的输入侧有8个串行移位寄存器，每个移位寄存器的输出都连接一个输出锁存器。引脚SER是串行数据输入端，引脚SCK是移位寄存器的移位时钟脉冲，在其上升沿发生移位，并将SER的下一个数据打入最低位。移位后的各位信号出现在各移位寄存器的输出端，即输出锁存器的输入端。RCK是输出锁存器的打入信号，其上升沿将移位寄存器的输出打入到输出锁存器。引脚E是输出三态门开放
33、信号，低电平时输出三态门开放，否则为高阻态。SCLR为移位寄存器的清零输入端，当其为低时移位寄存器的输出全为零。由于SCK和RCK两个信号是相互独立的，所以能够做到输入串行移位和输出锁存互不干扰。芯片输出端为Q0Q7，最高位Q7可以作为多片74HC595级联时，向下一级的级联输出。由74HC595组成的显示驱动电路（以1/16扫描为例）如图3-4。74HC595具有串入并出的移位功能和并行锁存的功能，它可以有效解决数据串行传输和数据显示在时间上的矛盾问题，即采用重叠处理的方法，在显示本行各列数据的同时，准备下一列的数据。CLK是移位时钟，数据在时钟的控制下移位进入74HC595，当全行移到位之
34、后，在行锁存信号STR的控制下由74HC595的后台移入前台锁存。ABCD信号是行扫描信号，可直接通过对STR信号计数得到，并通过4/16译码器得到16根行扫描线。OE信号是消影信号，它即可以选择控制列信号，也可以选择控制行信号。如果选择控制列信号，它可接74HC595的输出使能端E。因为，只有当E为低时74HC595的输出才有效，而E为高时输出为三态，这个信号对灰度的实现非常有用。同理，如果选择控制行信号，它也可以接4/16译码器的使能信号端，为低时使行扫描信号无效。图3-3.74HC595内部逻辑结构图3-4.LED显示屏扫描驱动电路意图第四章LED显示屏控制系统电路设计 4.1 DSP开
35、发概述4.1.1 DSP简介在20世纪80年代以前，由于实现方法的限制，数字信号处理的理论还得不到广泛的应用。直到20世纪70年代末80年代初世界上第一片单片可编程DSP（Digital Signal Processor）芯片的诞生，才将理论研究结果广泛应用到低成本的实际系统中，并且推动了新的理论和应用领域的发展。DSP芯片是在通用微处理器基础上发展起来的，但又不同于通用处理器芯片，是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器，主要应用于实时快速地实现各种数字信号处理算法。早期，DSP主要应用在军用尖端技术领域，随着集成电路技术和工艺的飞速发展，今天，作为嵌入式微处理器大家庭中的一员（通常，
36、嵌入式处理器包括微处理器、微控制器、数字信号处理器和单片机等），DSP已广泛应用于通信、家电、办公自动化、仪器仪表、汽车电子、工业控制等许多民用领域。4.1.2 DSP芯片主要结构特点1DSP的主要结构特点有：（1）采用改进型哈佛结构，具有独立的程序总线和数据总线，可同时访问指令和数据空间，允许数据在程序存储器和数据存储器之间进行传输。（2）高度的操作“并行性”，在一个指令周期内可完成多重操作，一般能够完成一次乘法和一次加法。（3）支持流水线处理。流水线处理是指在某一时刻同时随若干条指令进行不同阶段的处理。在DSP处理器内，对每条指令的操作可分为取指、译码、执行等几个阶段，每个阶段成为一级流水
37、线，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行，大大提高了程序运行的速度。（4）芯片内含有专门的硬件乘法器和高性能的运算器及累加器，能够在每秒钟内处理数千万乃至数亿次定点或浮点运算，其处理速度比以往最快的PC微处理器还快数十倍；为满足数字信号处理FFT、卷积等运算的特殊要求，多数DSP的指令系统中设置有循环寻址及位倒序指令和其他特殊指令，使得在做这些运算时寻址、排序及计算速度都大幅度提高。（5）新型DSP大多设置了单独的DMA总线及其控制器，在基本不影响数字信号处理速度的情况下，作高速的并行数据传送，其传送速率可以达到每秒数百兆字节。（6）丰富的片内存储硬件和灵活的寻址方式为数据处理应用提供了良好条
38、件。DSP面向的是数据密集型应用，对数据访问的速度和灵活性有很高的要求，同时又需要大量的数据存储空间。根据这些应用特点，DSP片内集成了RAM、FLASH及双口RAM等存储空间，并通过不同的片内总线访问这些空间，因此不存在总线竞争和速度匹配问题，大大提高了数据读/写访问的速度。（7）新型DSP不但具有数据处理能力，而且集成了越来越多的其它部件，如A/D、比较器、捕捉器、PWM、串行口及看门狗等，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资源条件，并可以组成新型的DSP嵌入式应用系统。这种DSP嵌入系统不仅具有其它微处理器和单片机嵌入系统的优点，而且还具有独特的高速数字信号处理
39、能力。4.1.3 DSP系统的开发工具DSP系统的开发需要一套完整的软、硬件开发工具。DSP的开发工具可以分为代码生成工具和代码调试工具两类。代码生成工具的作用是将C语言、汇编语言或两者的混合语言编写的DSP源代码程序编译、汇编并链接成可执行的DSP代码。C编译器、汇编器和链接器是DSP代码生成工具所必须的。（1）C编译器（C Compiler）将C语言源代码程序自动地编译成汇编语言源代码程序。（2）汇编器（Assembler）将汇编语言源代码文件汇编成机器语言COFF目标文件，在源文件中包含了汇编指令、宏命令及指令等。（3）链接器（Linker）把汇编生成的可重定位的COFF目标模块组合成一
40、个可执行的COFF目标模块。它能调整并解决外部符号参数。链接器的输入是可重定位的COFF目标文件和目标库文件，它也可以接受来自文档管理器中的目标文件以及链接以前运行时所产生的输出模块。代码调试工具的作用是对DSP程序及目标系统进行调试，使之能够达到设计目标。TMS320系列DSP芯片的系统集成和调试工具主要有：C语言源代码调试器、汇编语言源代码调试器、初学者工具（Designers Starter Kit）、软件仿真器（Simulator）、评估模块EVM（Evaluation Module）、仿真器XDS（eXtendedDeveloping System）和软件开发系统SWDS（Softw
41、are Developing System）等。CCS2.0（Code Composer Studio version 2.0）代码调试器是一种针对标准TMS320调试接口的集成开发环境IDE（Integrated Developing Environment），由TI公司在1999年推出。CCS目前有CCS1.1、CCS1.2、CCS2.0和CCS2.2等几个版本，有CCS2000（针对C2xx）、CCS5000（针对C54xx、C55xx）和CCS6000（针对C6x）等几个不同的型号。各个不同的版本和型号之间的差别不大。CCS2包含源代码编辑工具、代码调试工具、可执行代码生成工具和实时分
42、析工具，并支持设计和开发的整个流程。CCS2主要包括下列特性：（l）完全的集成开发环境CCS将TI公司的汇编器、编译器、链接器和调试器等都集成到了它的开发环境中，用户可以从菜单栏中选择TI公司的各种工具，并且可以直接观察到流水线输出到窗口的编译结果。同时，出错信息加亮显示，只要双击出错信息便可以打开源文件，光标停留在出错的地方。在Windows环境中，用户可以很方便地同时编辑、调试和编译程序。代码编译器可以跟踪一个项目中的所有文件及其相关内容。用户可以选择编译单个的文件，或者将所有文件包括在一个项目中，或者逐步建立项目。在编辑器、编译器、链接器和调试器选项中有方便的对话框。（2）高度集成的源代
43、码编辑器能动态提示C语言和DSP汇编语言源代码，能很容易地阅读和理解源代码，及时发现和定位语法错误。CCS2是一个完全集成的包含TI编译器的开发环境。CCS2目标管理系统、内建编辑器和所有的调试分析能力都集成在Windows环境中。（3）支持编辑和调试的后台编辑用户在编译和调试程序时，不必退出系统而回到DOS系统中，CCS2会自动将这些工具交互式地装载到它的环境中。在代码调试窗口中，只要双击错误，就可以直接显示源代码的出错处。（4）对C语言源文件和DSP汇编语言文件的目标管理编辑器能跟踪所有文件及其相关内容。这样，编辑器只对最近一次编译中改变过的文件进行编译，节省了编译时间。CCS2在Wind
44、ows 95和Windows2000中支持多线程处理，并行管理调试器（PDM），运行将命令传播给所有的或所选的处理器。（5）文件探针在算法中通过文件提取或加入信号和数据。CCS2允许用户从PC机中的文件直接读取或写入信号流，而不是实时地读取输入信号。这样，用户可以使用已有的文件来仿真算法。（6）可以在后台执行DOS程序可以执行后台DOS命令，并将其输出通过流水线的方式输出，允许用户将应用集成到CCS2。（7）图形分析功能具有强大的图形分析功能。（8）方便的代码分解窗口可以选择查看C语言格式的代数表达式，以便容易读懂操作码。（9）有在任何算法点观察信号的图形窗口探针图形显示窗口使用户能够观察时域
45、或者频域内的信号。对于频域图，FFT在PC机上执行，以便观察所感兴趣的部分而不需要改变它的DSP代码。图形显示也可以同探针相连接，当前显示窗口被更新时，探针被确定；当代码执行到这一点时，可以迅速地观察到信号。（10）有状态观察窗口CCS2的可视窗口允许用户直接进入C表达式及相关变量，结构、数组和指针等都能很简单地进行增加和减少，以便进入复杂结构。在对DSP芯片的软、硬件知识、开发环境有了一定了以后，我们就可以基于DSP芯片进行系统设计。其设计流程如图4-1所示。图4-1.DSP系统设计流程图4.1.4 TMS320LF2407A芯片的基本特点在TMS320系列DSP的基础上，TMS320LF2407A DSP有以下一些特点：（1）采用高性能静态CMOS技术，使得供电电压降为3.3V，减小了控制器的功耗；30MIPS的执行速度使得指令周期缩短到33ns（30MHz），从而提高了控制器的实时控制能力。（2）基于TMS320C2xx DSP的CPU核，保证了TMS320LF2407A DSP代码核TMS320系列DSP代码兼容。（3）片内有高达32K字的FLASH程序存储器，高达2.5K字的数据/程序RAM，544字双口RAM（DARAM）和2K字的单口RAM（SARAM）。（4）两个事件管理器模块EVA