[信息与通信]嵌入式SPM控制核心的研制.ppt

嵌入式SPM控制核心的研制 报告人：xxx 研究方向：集成电路设计与技术 指导教师：xxx 2011年10月19日 报告内容 1.研究背景及目的 2.总体思路 3.工作基础 4.进度安排 1 研究背景及目的 1.1 DSP简介及应用 1.2 扫描探针显微镜简介 1.3 通用SPM控制系统的硬件平台 1.4 论文的需求及目的 1.1 DSP简介及应用 数字信号处理（Digital Signal Processing，简称DSP）是一门涉及许多学科而又广泛应用于多个领域的新兴学科。 在实时信号处理中，它具有可程控、可预见性、精度高、稳定性好 、易于实现自适应算法、大规模集成等优点，所以DSP技术能应用于多个领域，包括信号处理、通信、图像、仪器仪表、自动控制、医疗、家用电器等。 1.2 扫描探针显微镜简介 扫描探针显微镜（scanning probe microscope，SPM）是研究纳米的重要工具，它利用探针和样品的不同互相作用来探测表面在纳米尺度上表现出的物理性质和化学性质，它的问世对表面科学、物理学、微电子学、电子材料学、先进材料和纳米材料等研究领域重要的意义。 1.3 通用SPM控制系统的硬件平台 基于DSP的SPM系统方框图 1.4 论文的需求及目的 随着SPM对其性能的要求越来越高，如扫描速度，图像分辨率等，都有赖于控制系统的改善。 传统的PC机控制的不足： （1）PC机的开关电源对高精度的A/D，D/A芯片干扰太大。 （2）功能过于集中 （3）通讯接口速度受限 （4）成像速度也比较慢 （5）系统的实时性要求跟不上 1.4 论文的需求及目的 DSP控制的优点： （1）实时性好； （2）控制算法容易实现； （3）信号处理速度快； 因此把DSP和SPM结合在一起是SPM仪器发展的必然方向，它必然能使SPM性能更趋于完善。 1.4 论文的需求及目的 实验室原SPM控制系统中控制核心采用的是TMS320C6416T DSK入门套件，该入门套件提供了大量的资源，包括本SPM系统中没用到的立体声编解码器，双DSP通讯等功能模块。DSK上大量资源被浪费，性价比不高。 因此设计一块专门适用于SPM系统的控制电路板，已成为目前迫切的需求。 1.4 论文的需求及目的 电路板及对外接口 DSP电路板模块电路图 2 总体思路 2.1 DSP核心控制系统的设计 2.2 DSP电路板各模块的测试 2.1 DSP核心控制系统的设计 系统主要包括两部分的实现： 2.1.1 最小系统部分的设计； 2.1.2 外围扩展电路的设计。 2.1.1 最小系统的设计 DSP最小系统是能够用于基本的数字信号处理，运行一些简单的程序的系统。 这部分主要包括电源模块、复位电路、时钟电路、JTAG 接口等的设计。 其中DSP的EMIF的输入时钟，复位控制，FLASH读写控制等是通过对CPLD编程实现的。 2.1.1 最小系统设计 TMS320C6416T 电源 复位电路 JTAG电路 时钟电路 I/O 电压 内核 电压 2.1.2 外围扩展电路的设计 （1）CPLD扩展控制电路； （2）SDRAM存储器扩展电路； （3）FLASH电路； （4）主、从USB接口电路。 CPLD控制电路 2.1.2 外围扩展电路的设计 对于 DSP 最小系统， DSP 芯片在芯片出厂时不可能让片内存储器的大小满足所有功能的要求，对于特定的用途，如用于数据的采集以及处理，图像的成像等，需要占用很大的存储空间。这只有进行存储器扩展，才能满足系统的要求。 DSP与SDRAM的连接框图 EMIFA和64M的SDRAM存储器接口框图 DSP与FLASH的连接框图 EMIFB与FLASH的硬件连接框图 2.1.2 外围扩展电路的设计 DSP要与上位机计算机进行通讯，但DSP没有USB接口，为了实现DSP与计算机的高速传输，需要用到DSP的HPI接口（主机接口）扩展一个能与计算机方便通讯的USB接口。 另外，在有主从DSP结构的系统中，为了能够使本DSP系统作为上位机与下位机进行通讯，也另外设计了一个与下位机通讯的USB接口。 USB与HPI接口的连接框图