基于ADSP21160的数字信号处理系统设计[1]

  摘要：本文使用ADSP21160芯片作为测量运动到达方向平台的主处理器，构建数字信号处理系统，用于信号的二维DOA估计的矩阵运算。

  引言

  利用阵列信号进行信号的二维到达方向（DOA）估计是近些年来研究的热点。现在，DOA估计虽然已经达到相当高的精度，但由于要进行大量的矩阵运算，必然要耗费一定的时间。在某些情况下，为保证系统的实时性，对系统的硬件的运算速度提出了一定的要求。此时，应用高端的DSP通用芯片进行数据处理是一个不错的选择。本文使用ADI公司的ADSP21160为主处理器搭建了信号处理硬件平台，给出了对系统的构思及具体电路设计，具有一定的实用价值。

  ADSP21160采用超级哈佛结构，片内有4套独立的总线，分别用于双数据存取、指令存取和输入/输出接口，片内集成了处理器核（包括运算单元、控制单元、地址产生器和总线、中断、寄存器等）、大容量双端口静态存储器、程序/数据外部总线及多处理器接口、输入/输出控制器等数字信息处理系统的主要功能块。

  硬件系统的设计思路

  下面从数据的输入输出，系统的上电运行，系统的电源配置及电路控制等方面简单介绍系统的设计思路。

  1.首先考虑数据传输。外部设备（接收机）通过50针接口将数据经ADSP21160处理后转换成串行数据输出，传递给外设（控制器）及计算机。为了电路系统的保密性以及便于系统中一些逻辑控制电路的实现，在ADSP21160和50针接口之间增加了一个CPLD控制电路。

  2.为了上电后系统可以自行运行，需要给DSP配置一个外接FLASH，并将计算程序预先烧写FLASH中。通过配置ADSP21160的引导方式，系统上电后，ADSP21160可自动从FLASH中读取程序并运行。

  3.由于ADSP21160只有4Mbit的内部存储空间，且等分为数据存储空间和程序存储空间两部分。为了系统及程序今后升级的方便，使用SRAM配置了512K×32位的外部存储空间。

  4.由于ADSP21160的串行口不是通用的UART串口，而系统和计算机均要求串行数据输出，故系统中需要一个并串转换芯片来输出运算结果。

  5.由于外部只提供+5V直流电源，而ADSP21160要求+3.3V的接口电源及2.5V的内核电源，故系统内部器件也相应的尽量选择+3.3V器件，故系统需要一个DC/DC转换芯片将+5V电源转换成+2.5V及+3.3V的电源输出。

  系统的各功能模块设计

  电源模块设计

  在系统的设计中，由于ADSP21160的外部接口电源是+3.3V，故为了简化电路及提高电路板的性能，在其他器件的选择上，也尽量选择了+3.3V器件。少数难以找到+3.3V电源的器件，在不影响接口及功能的情况下，选择了+5V器件。另外ADSP21160还要求+2.5V的内核电源及+2.5V的模拟电源（供ADSP21160的内部锁相环使用）。而外部给系统提供的是+5V的电源。综合以上要求考虑，系统需要一个DC/DC转换模块，输出+3.3V及+2.5V电压，并将+2.5V电源分成数字及模拟两路。

  ADSP21160要求内核电源供电早于外部口供电，否则可能导致DSP启动异常或程序无法加载。故在电源设计中考虑到这个问题，决定使用DC/DC的+2.5V输出端经过延时电路接到+3.3V输出使能端，很好的解决了这个问题。

  综合系统对电压和电流的具体要求，本硬件系统选择了TI公司的TPS767D301作为DC/DC转换芯片。其输入为+5V电压，输出一路+3.3V电压及一路+1.8V或+2.5V可调电压，电流最大输出为1A。

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