本书针对面向工业控制的TMS320F281x系列DSP芯片，介绍了DSP的硬件结构、外设模块、C语言编程、系统设计与开发方法。本书分为两个组成部分： 首先系统地介绍DSP芯片的原理、外设功能模块及其应用，然后介绍DSP应用系统的硬件设计和软件编程技术。面向运动控制、工业测控等领域，介绍了较多的工程应用实例，给出了电路原理图和C语言程序，在每章后附有习题以配合教学需要。

本书可以用作本科生和研究生的“DSP原理及应用”相关课程的教材，也可作为从事DSP应用系统开发人员的参考书。

为了适应数字信号处理技术的发展需求，近年来出现了许多高性能的数字信号处理器(digital signal processor，DSP)。伴随着超大规模集成电路技术水平和工艺的飞速进步，DSP芯片的处理速度越来越快，功能越来越丰富，应用领域越来越广泛。

TMS320C2000系列DSP芯片是TI面向工业控制推出的数字信号处理器，既具备数字信号器的强大运算能力，又像单片机一样在片内集成了丰富的外设与控制模块，因此又被称作数字信号控制器。新一代的TMS320C28xx系列与TMS320C24x的指令和大部分功能模块兼容，但运算能力提高了20倍，主要应用于大存储设备管理、高性能的数字控制等场合，如多轴运动控制、电机驱动、机器人控制、数字电源、汽车电子、光通信网络、智能传感器等应用领域。

TMS320F281x系列DSP芯片包括TMS320F2810、TMS320F2811和TMS320F2812，采用高性能的32位CPU，指令执行速率达到150MIPS。片内集成了大容量Flash存储器、高速SRAM存储器、功能强大的事件管理器、高速A/D转换模块、增强型CAN总线通信模块、SCI串行通信接口、SPI串行外设接口、多通道缓冲接口、PLL时钟模块、看门狗、定时器以及多达56个通用I/O等外设单元，为用户提供了单芯片实现高性能数字控制系统的解决方案。

自2006年春开学以来，作者面向仪器科学与技术、光学工程、机械工程、电气工程、工业自动化等专业的研究生开设了“DSP原理及应用技术”课程，开发了基于TMS320F2812的教学实验装置。作者根据多年从事DSP教学和科研工作的实践，对教学讲义进行修订后编写了这本教材，其目的是介绍TMS320C28xx系列DSP的原理与应用系统开发技术。书中以目前广泛应用的TMS320F2812为主线，详细介绍了DSP芯片的硬件结构、外设模块的原理及应用、C语言编程、应用系统设计与开发技术。结合作者开发的DSP实验装置，在介绍各个功能单元的同时提供了相应的应用实例，给出了硬件电路原理图和C语言程序。考虑到与多通道缓冲串口兼容的外设芯片较少，本书没有专门介绍TMS320F281x的多通道缓冲串口，感兴趣的读者可参考TI的参考文献。有关实验装置及本书内容方面的问题欢迎与作者及时沟通，邮箱地址： hanft99@mails.tsinghua.edu.cn。

本书的内容可分为两大部分，前8章介绍TMS320F281x的原理和片内外设模块，并给出了较多的接口应用和编程实例； 后3章面向DSP系统设计，介绍DSP应用系统的硬件设计基础和C语言编程，并结合工程应用实例和开发的实验装置介绍DSP系统的硬件和软件开发技术。此外，在每章后附有习题以配合课程教学的需要。

在本书的编写过程中，王芃参加了部分资料的整理和实验开发工作，研究生陈景春、付真斌、张冲等对书稿进行了阅读并提出了许多中肯的建议，杨俊霞参与了本书的文字录入工作。本书在选题和出版过程中得到了清华大学出版社的大力支持，在此一并表示感谢。

限于编者水平，书中存在的错误和不当之处，恳请读者批评指正。

韩丰田

2008年12月

第1章绪论

1.1TMS320系列DSP芯片

1.2TMS320C28xx系列DSP芯片简介

1.3TMS320F281x系列DSP芯片

1.3.1TMS320F281x的功能和特点

1.3.2TMS320F281x的主要外设模块

1.3.3TMS320F281x芯片的封装

1.4基于DSP的运动控制系统

1.4.1数字控制系统

1.4.2运动控制技术

1.4.3基于TMS320F281x的运动控制系统

习题与思考题

第2章系统控制及中断

2.1时钟及系统控制

2.1.1时钟概述

2.1.2振荡器与基于锁相环的时钟模块

2.1.3外设时钟的配置

2.1.4低功耗模式

2.1.5看门狗

2.2CPU定时器

2.3通用数字I/O

2.3.1GPIO概述

2.3.2GPIO寄存器

2.4外设中断扩展模块

2.4.1PIE控制器概述

2.4.2中断向量表的映射

2.4.3中断源及其响应过程

2.4.4PIE中断向量表

2.4.5定时器0中断举例

习题与思考题

第3章存储器及外部接口

3.1片内存储器接口

3.1.1CPU内部总线

3.1.232位数据访问的地址分配

3.2存储器映射

3.3片内Flash存储器

3.3.1Flash存储器概述

3.3.2Flash存储器空间分配

3.4外部扩展接口

3.4.1外部接口功能描述

3.4.2XINTF的配置

3.4.3配置建立、有效和保持阶段的等待状态

3.4.4XINTF的寄存器

3.4.5外部接口的DMA访问

3.5外部接口的应用

3.5.1扩展外部存储器

3.5.2扩展D/A转换器

习题与思考题

第4章串行通信接口

4.1SCI模块

4.1.1SCI模块概述

4.1.2SCI模块的结构

4.1.3SCI的通信格式

4.1.4波特率设置

4.1.5SCI的中断

4.1.6SCI的FIFO操作

4.2SCI模块的多处理器通信

4.2.1多处理器通信概述

4.2.2空闲线多处理器模式

4.2.3地址位多处理器模式

4.3SCI的寄存器

4.4SCI应用举例

4.4.1标准串行总线接口

4.4.2通信接口电路

4.4.3SCI接口编程举例

习题与思考题

第5章串行外设接口

5.1SPI模块概述

5.2SPI的操作模式

5.2.1SPI的数据发送和接收

5.2.2SPI的主/从操作模式

5.3SPI模块的设置

5.3.1SPI的数据格式

5.3.2设置波特率和时钟模式

5.3.3SPI的中断控制

5.3.4SPI的初始化

5.3.5数据传输举例

5.4SPI的FIFO操作

5.5SPI模块的寄存器

5.6SPI模块应用举例

5.6.1与温度传感器芯片ADT7301的接口

5.6.2与D/A转换器MAX5253的接口

5.6.3扩展多个SPI接口外设芯片

习题与思考题

第6章增强型CAN控制器

6.1eCAN模块概述

6.2eCAN网络与功能模块

6.2.1CAN协议概述

6.2.2eCAN控制器

6.2.3消息邮箱

6.3eCAN模块的寄存器

6.4eCAN模块的配置与操作

6.4.1CAN模块的初始化

6.4.2eCAN模块的配置步骤

6.4.3远程帧邮箱的处理

6.4.4CAN模块的中断操作

6.4.5CAN模块的掉电模式

6.5eCAN模块的应用

6.5.1CAN网络接口

6.5.2eCAN模块应用举例

习题与思考题

第7章事件管理器

7.1事件管理器概述

7.2通用定时器

7.2.1通用定时器概述

7.2.2通用定时器的功能模块

7.2.3通用定时器的计数操作

7.2.4通用定时器的比较操作

7.2.5应用通用定时器产生PWM信号

7.3比较单元及PWM电路

7.3.1全比较单元

7.3.2与比较单元相关的PWM电路

7.3.3PWM波形的产生

7.3.4空间矢量PWM波形的产生

7.3.5应用事件管理器产生PWM波形

7.4捕获单元

7.4.1捕获单元的结构

7.4.2捕获单元的操作

7.4.3正交编码脉冲电路

7.5事件管理器的中断

7.5.1事件管理器的中断概述

7.5.2事件管理器的中断寄存器

习题与思考题

第8章A/D转换模块

8.1A/D转换模块概述

8.2自动转换排序器的工作原理

8.3ADC模块的转换操作

8.3.1排序器的连续排序模式

8.3.2排序器的启动停止模式

8.3.3启动A/D转换的触发源

8.3.4排序转换时的中断操作

8.4ADC时钟的预定标

8.5低功耗模式与上电次序

8.6ADC模块的寄存器

8.7ADC模块应用举例

习题与思考题

第9章DSP系统硬件设计基础

9.1DSP系统设计概述

9.2DSP最小系统设计

9.2.1DSP最小系统组成

9.2.2时钟电路

9.2.3电源与复位电路

9.2.4JTAG仿真接口

9.2.53.3V与5V混合逻辑系统设计

9.3基于TMS320F2812的实验开发系统

9.3.1实验开发系统概述

9.3.2DSP实验系统的硬件设置

习题与思考题

第10章TMS320C28x的软件开发

10.1TMS320C28x的 C语言编程基础

10.1.1数据类型

10.1.2外设寄存器的位域结构定义

10.1.3编译预处理

10.1.4在C语言中嵌入汇编语言

10.1.5关键字

10.1.6pragma伪指令

10.1.7如何分配段至存储器中

10.1.8链接命令文件

10.2典型的C工程文件

10.2.1典型的工程文件组成

10.2.2软件执行流程

10.2.3软件开发流程

10.3从片内Flash运行应用程序

10.3.1将段链接至存储器

10.3.2将段从Flash复制至RAM

10.3.3复位后如何从Flash中运行程序

10.3.4在引导过程如何屏蔽看门狗定时器

10.3.5从Flash引导的链接命令文件实例

10.3.6设置引导模式

习题与思考题

第11章无刷直流电机控制

11.1无刷直流电动机的工作原理

11.1.1基本组成

11.1.2工作原理

11.1.3数学模型

11.2基于F281x的无刷直流电机控制系统

11.2.1无刷直流电机控制系统概述

11.2.2硬件结构

11.2.3软件设计

11.3陀螺仪壳体翻滚装置设计

11.3.1系统组成

11.3.2轨迹规划

11.3.3控制系统分析与仿真

11.3.4实验结果及分析

习题与思考题

附录AF281x系列DSP芯片的引脚信号

附录BDSP实验装置电路原理图

附录C部分英文缩写

参考文献