基于ADSP21160的數(shù)字信號處理系統(tǒng)設(shè)計[1]

  摘要：本文使用ADSP21160芯片作為測量運(yùn)動到達(dá)方向平臺的主處理器，構(gòu)建數(shù)字信號處理系統(tǒng)，用于信號的二維DOA估計的矩陣運(yùn)算。

  引言

  利用陣列信號進(jìn)行信號的二維到達(dá)方向（DOA）估計是近些年來研究的熱點(diǎn)?，F(xiàn)在，DOA估計雖然已經(jīng)達(dá)到相當(dāng)高的精度，但由于要進(jìn)行大量的矩陣運(yùn)算，必然要耗費(fèi)一定的時間。在某些情況下，為保證系統(tǒng)的實(shí)時性，對系統(tǒng)的硬件的運(yùn)算速度提出了一定的要求。此時，應(yīng)用高端的DSP通用芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)處理是一個不錯的選擇。本文使用ADI公司的ADSP21160為主處理器搭建了信號處理硬件平臺，給出了對系統(tǒng)的構(gòu)思及具體電路設(shè)計，具有一定的實(shí)用價值。

  ADSP21160采用超級哈佛結(jié)構(gòu)，片內(nèi)有4套獨(dú)立的總線，分別用于雙數(shù)據(jù)存取、指令存取和輸入/輸出接口，片內(nèi)集成了處理器核（包括運(yùn)算單元、控制單元、地址產(chǎn)生器和總線、中斷、寄存器等）、大容量雙端口靜態(tài)存儲器、程序/數(shù)據(jù)外部總線及多處理器接口、輸入/輸出控制器等數(shù)字信息處理系統(tǒng)的主要功能塊。

  硬件系統(tǒng)的設(shè)計思路

  下面從數(shù)據(jù)的輸入輸出，系統(tǒng)的上電運(yùn)行，系統(tǒng)的電源配置及電路控制等方面簡單介紹系統(tǒng)的設(shè)計思路。

  1.首先考慮數(shù)據(jù)傳輸。外部設(shè)備（接收機(jī)）通過50針接口將數(shù)據(jù)經(jīng)ADSP21160處理后轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)輸出，傳遞給外設(shè)（控制器）及計算機(jī)。為了電路系統(tǒng)的保密性以及便于系統(tǒng)中一些邏輯控制電路的實(shí)現(xiàn)，在ADSP21160和50針接口之間增加了一個CPLD控制電路。

  2.為了上電后系統(tǒng)可以自行運(yùn)行，需要給DSP配置一個外接FLASH，并將計算程序預(yù)先燒寫FLASH中。通過配置ADSP21160的引導(dǎo)方式，系統(tǒng)上電后，ADSP21160可自動從FLASH中讀取程序并運(yùn)行。

  3.由于ADSP21160只有4Mbit的內(nèi)部存儲空間，且等分為數(shù)據(jù)存儲空間和程序存儲空間兩部分。為了系統(tǒng)及程序今后升級的方便，使用SRAM配置了512K×32位的外部存儲空間。

  4.由于ADSP21160的串行口不是通用的UART串口，而系統(tǒng)和計算機(jī)均要求串行數(shù)據(jù)輸出，故系統(tǒng)中需要一個并串轉(zhuǎn)換芯片來輸出運(yùn)算結(jié)果。

  5.由于外部只提供+5V直流電源，而ADSP21160要求+3.3V的接口電源及2.5V的內(nèi)核電源，故系統(tǒng)內(nèi)部器件也相應(yīng)的盡量選擇+3.3V器件，故系統(tǒng)需要一個DC/DC轉(zhuǎn)換芯片將+5V電源轉(zhuǎn)換成+2.5V及+3.3V的電源輸出。

  系統(tǒng)的各功能模塊設(shè)計

  電源模塊設(shè)計

  在系統(tǒng)的設(shè)計中，由于ADSP21160的外部接口電源是+3.3V，故為了簡化電路及提高電路板的性能，在其他器件的選擇上，也盡量選擇了+3.3V器件。少數(shù)難以找到+3.3V電源的器件，在不影響接口及功能的情況下，選擇了+5V器件。另外ADSP21160還要求+2.5V的內(nèi)核電源及+2.5V的模擬電源（供ADSP21160的內(nèi)部鎖相環(huán)使用）。而外部給系統(tǒng)提供的是+5V的電源。綜合以上要求考慮，系統(tǒng)需要一個DC/DC轉(zhuǎn)換模塊，輸出+3.3V及+2.5V電壓，并將+2.5V電源分成數(shù)字及模擬兩路。

  ADSP21160要求內(nèi)核電源供電早于外部口供電，否則可能導(dǎo)致DSP啟動異?；虺绦驘o法加載。故在電源設(shè)計中考慮到這個問題，決定使用DC/DC的+2.5V輸出端經(jīng)過延時電路接到+3.3V輸出使能端，很好的解決了這個問題。

  綜合系統(tǒng)對電壓和電流的具體要求，本硬件系統(tǒng)選擇了TI公司的TPS767D301作為DC/DC轉(zhuǎn)換芯片。其輸入為+5V電壓，輸出一路+3.3V電壓及一路+1.8V或+2.5V可調(diào)電壓，電流最大輸出為1A。

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