Разработка устройств на основе цифровых сигнальных процессоров фирмы Analog Devices с использованием Visual DSP++

Вальпа Олег Дмитриевич

В этой главе приводятся примеры принципиальных схем с применением сигнального процессора ADSP-2181, показывающие способ его подключения для применения в различных разработках.

Итак, приступим непосредственно к практике по освоению сигнального процессора. На рис. 3.1 изображена принципиальная схема тестовой платы для изучения процессора и отладки программ. Файл этой схемы, созданный в системе автоматического проектирования PCAD 4.5, записан на компакт-диск, прилагаемый к данной книге. На схеме показан способ включения самого сигнального процессора и периферийных устройств, подключаемых к нему. Рассмотрим последовательно все сигнальные выводы процессора и их назначение.

Рис. 3.1. Принципиальная схема тестовой платы

Рис. 3.1. Принципиальная схема тестовой платы (продолжение)

Рис. 3.1. Принципиальная схема тестовой платы (окончание)

Как видно из схемы, процессор D1 имеет несколько выводов для подключения питания, что связано с необходимостью распределения токоведущих цепей для обеспечения помехоустойчивости. Используемый в схеме сигнальный процессор допускает питание от источника напряжением 4,5…5,5 В. Стабилизированное

напряжение питания 5 В поступает с разъема питания XP1. Конденсаторы CP2 и C3–C7 обеспечивают фильтрацию напряжения по низким и высоким частотам соответственно. Индикатор HL4 с токоограничивающим резистором R3 индицирует наличие питания в схеме. Для питания аналоговой части схемы используются дополнительные элементы фильтрации L1 и C8–C10.

Следующими важными цепями являются входы и выходы генераторных сигналов XTAL, CLKIN и CLKOUT. Первые две цепи предназначены для подключения внешнего источника синхронизации. На приведенной схеме показан способ подключения к процессору кварцевого резонатора BQ1. В случае применения интегрального генератора выход генератора подключается к выводу CLKIN, а вывод XTAL не используется. Стоимость генераторов на сегодняшний день еще превышает стоимость кварцевых резонаторов, поэтому к процессору подключен более дешевый кварцевый резонатор. Номинальная резонансная частота такого резонатора или генератора не должна превышать половину предельно допустимой частоты для данного процессора. Так, для процессора с максимальной тактовой частотой 40 МГц она не должна превышать 20 МГц. Конденсаторы C1 и C2 должны быть керамического типа, емкостью от 18 до 30 пФ.

Внутри процессора производится аппаратное умножение внешней частоты, которая затем используется для синхронизации процессора. Внутренняя частота процессора будет составлять 40 МГц, а длительность выполнения команд 25 нс. Внутренняя частота выводится также на CLKOUT процессора и может быть использована для синхронизации других микросхем, подключаемых к процессору.

Временная диаграмма сигналов синхронизации показана на рис. 3.2, а допустимые параметры этих сигналов приведены в табл. 3.1.

Рис. 3.2. Временная диаграмма сигналов синхронизации

Таблица 3.1 Допустимые параметры сигналов синхронизации процессора

Параметр	Минимум	Максимум	Единица измерения
Сигналы синхронизации
Требуемые длительности:
tCKI	50	150	нс
tCKIL	20		нс
tCKIH	20		нс
Характеристика переключения:
tCKL	0,5tCK– 7		нс
tCKH	0,5tCK– 7		нс
tCKOH	0	20	нс

t_CK= 0,5*t_CKI

При выборе сигнального процессора необходимо пользоваться табл. 3.2, в которой приведены заводские маркировки и соответствующие им характеристики.

Таблица 3.2 Характеристики сигнальных процессоров

Заводская маркировка	Рабочий температурный диапазон, °С	Максимальная тактовая частота, МГц	Тип корпуса	Условное обозначение корпуса
ADSP-2181KST-115	0…+70	28,8	TQFP-128*	ST-128
ADSP-2181BST-115	– 40…+85	28,8	TQFP-128	ST-128
ADSP-2181KS-115	0…+70	28,8	PQFP-128**	S-128
ADSP-2181BS-115	– 40…+85	28,8	PQFP-128	S-128
ADSP-2181KST-133	0…+70	33,3	TQFP-128	ST-128
ADSP-2181BST-133	– 40…+85	33,3	TQFP-128	ST-128
ADSP-2181KS-133	0…+70	33,3	PQFP-128	S-128
ADSP-2181BS-133	– 40…+85	33,3	PQFP-128	S-128
ADSP-2181KST-160	0…+70	40	TQFP-128	ST-128
ADSP-2181 KS-160	0…+70	40	PQFP-128	S-128

* TQFP — Plastic Thin Quad Flatpack (пластиковый тонкий четырехугольный плоский корпус).

** PQFP — Plastic Quad Flatpack (пластиковый четырехугольный плоский корпус).

В нашем случае использован процессор ADSP-2181KS-133 в корпусе PQFP-128, как получивший большое распространение и легко доступный. В табл. 3.3 приведено соответствие выводов корпуса этого процессора его сигналам.

Таблица 3.3 Соответствие выводов корпуса сигналам процессора

Вывод	Сигнал	Вывод	Сигнал	Вывод	Сигнал	Вывод	Сигнал
1	PF0	33	PWD	65	EBR	97	D23
2	WR	34	IRQ2	66	BR	98	GND
3	RD	35	BMODE	67	EBG	99	IWR
4	IOMS	36	PWDACK	68	BG	100	IRD
5	BMS	37	IACK	69	VDD	101	IAD15
6	DMS	38	BGH	70	DO	102	IAD14
7	CMS	39	VDD	71	D1	103	IAD13
8	GND	40	GND	72	D2	104	IAD12
9	VDD	41	IRQL0	73	D3	105	IAD11
10	PMS	42	IRQL1	74	D4	106	IAD10
11	А0	43	FLO	75	GND	107	IAD9
12	A1	44	FL1	76	D5	108	IAD8
13	A2	45	FL2	77	D6	109	IAD7
14	A3	46	DT0	78	D7	110	IAD6
15	A4	47	TFS0	79	D8	111	VDD
16	A5	48	RFS0	80	D9	112	GND
17	A6	49	DR0	81	D10	113	IAD5
18	A7	50	SCLK0	82	D11	114	IAD4
19	XTAL	51	DT1/FO	83	D12	115	IAD3
20	CLKIN	52	TFS1/IRQ1	84	D13	116	IAD2
21	GND	53	RFS1/IRQ0	85	D14	117	IAD1
22	CLKOUT	54	GND	86	GND	118	IAD0
23	GND	55	DR1/FI	87	VDD	119	PF7
24	VDD	56	SCLK1	88	GND	120	PF6
25	A8	57	ERESET	89	D15	121	PF5
26	A9	58	RESET	90	D16	122	PF4
27	A10	59	EMS	91	D17	123	GND
28	A11	60	ЕЕ	92	D18	124	IS
29	A12	61	ECLK	93	D19	125	IAL
30	А13	62	ELOUT	94	D20	126	PF3
31	IRQE	63	ELIN	95	D21	127	PF2
32	MMAP	64	EINT	96	D22	128	PF1

Сигнал -RESET

обеспечивает сброс процессора в исходное состояние. Этот сигнал должен находиться в активном низкоуровневом состоянии при включении и перезагрузке процессора в течение не менее пяти тактовых периодов внешней синхронизации процессора. Обычно для надежного сброса процессора этот сигнал удерживается в активном состоянии не менее нескольких микросекунд. Формирование сигнала сброса в схеме возможно от любого из двух источников. Первый источник этого сигнала реализован на зарядной цепочке R1, CP1. В момент подачи питания на схему, конденсатор CP1 разряжен и на нем удерживается низкий потенциал в течении времени его заряда, достаточного для приведения процессора в исходное состояние. Диод VD1 обеспечивает быстрый разряд этого конденсатора в момент отключения или кратковременного пропадания питания. Кнопка SB4 предназначена для принудительного сброса процессора вручную. Резистор R2 ограничивает ток разряда, предохраняя контакты кнопки от образования искр, и устраняет дребезг контактов совместно с конденсатором CP1. Вторым источником сигнала сброса является сигнал — RESI с разъема XU1, который буферизуется шинным повторителем D4.1 и поступает на микросхему D6. С помощью элементов D6.3 и D6.4 оба сигнала объединяются в один сигнал сброса процессора в инверсном (-RESET) и неинверсном виде (RESET). Наличие неинверсного сигнала требуется для сброса других микросхем с активным высокоуровневым входом сброса.