【正文】 ............................................... 16 復(fù)位電路 .................................................................................................. 18 JTAG 電路設(shè)計(jì) ........................................................................................ 19 F2812 與存儲(chǔ)器的接口設(shè)計(jì) ........................................................................... 20 F2812 存儲(chǔ)資源分配情況 ........................................................................ 20 外擴(kuò)存儲(chǔ)器接口設(shè)計(jì) .............................................................................. 22 F2812 與 68013 的接口設(shè)計(jì) ........................................................................... 23 本章小結(jié) ......................................................................................................... 24 第 4 章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) .......................................................................................... 25 系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境 ............................................................................................. 25 CCS 開發(fā)環(huán)境 .......................................................................................... 25 USB 的固件開發(fā)環(huán)境 .............................................................................. 26 DSP 部分的軟件設(shè)計(jì) ..................................................................................... 26 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 IV 系統(tǒng)的初始化程序設(shè)計(jì) .......................................................................... 28 A/D 轉(zhuǎn)換部 分的軟件實(shí)現(xiàn) ....................................................................... 29 SCI 部分軟件設(shè)計(jì) .................................................................................... 31 DSP 與 USB 通信部分的軟件控制程序 ................................................. 32 命 令文件的編寫及程序的優(yōu)化 .............................................................. 33 USB 部分的軟件設(shè)計(jì) ..................................................................................... 35 本章小結(jié) ......................................................................................................... 36 結(jié)論 ............................................................................................................................ 37 致謝 ............................................................................................................................ 38 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................... 39 附錄 A ........................................................................................................................ 41 附錄 B ........................................................................................................................ 45 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 1 第 1章 緒論 課題提出的背景和意義 隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，數(shù)字化已廣泛深入地應(yīng)用于現(xiàn)代國(guó)防 ,現(xiàn)代科技和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域 .在社會(huì)活動(dòng)和個(gè)人生活中都隨處可見。 20 世紀(jì) 60 年代以來，數(shù)字信號(hào)處理器 (Digital Signal Processing,DSP)日漸成為一項(xiàng)成熟的技術(shù) ,并在多項(xiàng)應(yīng)用領(lǐng)域逐漸替代了傳統(tǒng)模擬信號(hào)處理系統(tǒng) .傳統(tǒng)的信號(hào)處理系統(tǒng)采用模擬技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析，處理設(shè)備和控制器采用模擬器件實(shí)現(xiàn) .與之相比，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)與設(shè)備具有靈活、精確、抗干擾能力強(qiáng)、設(shè)備尺寸小、速度快、性能穩(wěn)定和易于升級(jí)等優(yōu)點(diǎn) ,所以目前大多設(shè)備采用數(shù)字技術(shù)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) [1]。 數(shù)據(jù)采集是獲取信息的基本手段，數(shù)據(jù)采集技術(shù)作為信息科學(xué)的一個(gè)重要分支，與傳感器、信號(hào)測(cè)量與處理、微型計(jì)算機(jī)等技術(shù)為基礎(chǔ)而形成的一門綜合應(yīng)用技術(shù)，它研究數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、處理及控制等作業(yè)，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及，告訴數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)已應(yīng)用于越來越多的場(chǎng)合 ,如通信、雷達(dá)、生物醫(yī)學(xué)、機(jī)器人 和 語(yǔ)音等領(lǐng)域。 數(shù)字信號(hào)處理器 (DSP)是一種特別適合于各種數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算的微處理器，也是嵌入式處理器的一種．通常，嵌入式處理器包括微處理器、微控制器、數(shù)字信號(hào)處理器和單片機(jī)等。隨著計(jì)算機(jī)和信息產(chǎn)業(yè)的告訴發(fā)展，特別是數(shù)字信號(hào)處理器的誕生與快速發(fā)展，使各種數(shù)字信號(hào)處理算法得以實(shí)施實(shí)現(xiàn)，使得數(shù)字信號(hào)處理學(xué)科在理論和方法上都獲得了迅速發(fā)展。由于 DSP 具有豐富的硬件資源，改進(jìn)的并行結(jié)構(gòu)、告訴數(shù)據(jù)處 理能力和強(qiáng)大的指令系統(tǒng)，它已經(jīng)成為世界半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中緊隨微處理器與微控制器之后的又一個(gè)熱點(diǎn)，在通信、航空、航天、國(guó)防、工業(yè)控制、網(wǎng)絡(luò)及家用電器領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 DSP 芯片在 的高速 信號(hào)處理方面具有速度快、運(yùn)算性能好等優(yōu)點(diǎn)，內(nèi)部采用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，使得微處理器 的并行處理能力大大增強(qiáng) [24]。而在計(jì)算機(jī)接口技術(shù)方面，通用串行總線（ Universal Sraial Bus,簡(jiǎn)稱 USB）近幾年得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。 USB 是一些 PC 大廠商如 Microsoft、 Intel 等為了結(jié)局日益增加的 PC外設(shè)與有限的主板插槽和 端口之間的矛盾而制定的一種串行通信的標(biāo)準(zhǔn)，自1995 年在 Comdex 上亮相以來至今廣泛地為各 PC 廠家所支持?，F(xiàn)在生產(chǎn)的 PC幾乎都配備了 USB 接口， Microsoft 的 Window9 NT 以及 Linux、 FreeBSD 等流行操作都增加了對(duì) USB 的支持。與其他通信接口比較， USB 接口的最大特點(diǎn)是易于使用，這也是 USB 的主要設(shè)計(jì)目標(biāo)。作為一種高速總線接口， USB 適用于多種設(shè)備，如數(shù)碼相機(jī)、 MP播放機(jī)、高速數(shù)據(jù)采集設(shè)備等。易于使用還表現(xiàn)在 USB 接口支持熱插拔，并且所有的配置過程都由系統(tǒng)自動(dòng)完成 ，無需用戶干預(yù) [5] 。 USB 接 口 支 持 （ 低 速 ）、 12MB/S( 全速 ) 和高達(dá)480MB/S( 規(guī)范 )的數(shù)據(jù)傳輸速率，扣除用于總線狀態(tài)、控制和錯(cuò)誤監(jiān)測(cè)xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 等數(shù)據(jù)傳輸， USB 的最大理論傳輸速率仍達(dá) ，遠(yuǎn)高于一般的串行總線接口。 DSP 系統(tǒng)的構(gòu)成及設(shè)計(jì)過程 DSP 是 一種具有特殊結(jié)構(gòu)的嵌入式微處理器，為了達(dá)到快速數(shù)字信號(hào)處理的目的， DSP 芯片一般具有哈佛結(jié)構(gòu)的并行總縣體系、流水線操作功能、快速的中斷處理和硬件 I/O 支持、低開銷循環(huán)及跳轉(zhuǎn)的硬件支持、單周期硬件地址產(chǎn)生器、單周期硬件乘法器以 及一套適合數(shù)字信號(hào)處理的指令集。如圖 11 所示為一個(gè)典型的 DSP 系統(tǒng)框圖 [4][6]。 圖 11 典型的 DSP 應(yīng)用系統(tǒng) 輸入信號(hào)首先進(jìn)行帶限濾波抽樣，然后進(jìn)行 AD 轉(zhuǎn)換把模擬信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)。根據(jù)耐奎斯抽樣定理，為保持信息不丟失，抽樣頻率必須至少輸入帶限信號(hào)最高頻率的 2 倍。圖 11 給出的 DSP 應(yīng)用系統(tǒng)模型是一個(gè)典型的模型，并不是所有的 DSP 系統(tǒng)都必須具有模型中的所有部件。例如語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)在輸出端并不是模擬信號(hào)而是識(shí)別結(jié)果，如數(shù)字、文字等。有的系統(tǒng)的輸入 信號(hào)本身就是一個(gè)數(shù)字信號(hào)，顯然不必再進(jìn)行模數(shù)變換了。 圖 12 DSP 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程 一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)是電子技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的抗混疊濾 波 輸入 A/D DSP 芯片 D/A 平滑 輸出 輸出 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 3 產(chǎn)物，系統(tǒng)設(shè)計(jì)通常分為信號(hào)處理部分和非信號(hào)處理部分。信號(hào)處理部分包括系統(tǒng)的輸入和輸出、數(shù)據(jù)的處理、各種算法的實(shí)現(xiàn)、數(shù)據(jù)顯示和傳輸?shù)?，非信?hào)處理部分則包括電源、結(jié)構(gòu)、可靠性和可維護(hù)性等。如圖 12 是 DSP 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般方法。系統(tǒng)的軟件和硬件分別調(diào)試完成后，就可以將軟件脫離開發(fā)系統(tǒng)而直接在應(yīng)用系統(tǒng)上運(yùn)行。當(dāng)然， DSP 系統(tǒng)的開發(fā)，特別是軟件開發(fā)是一個(gè)需要反復(fù)進(jìn)行 的過程，雖然通過算法模擬基本上可以知道實(shí)時(shí)系統(tǒng)的性能，但實(shí)際上模擬環(huán)境不可能做到與實(shí)時(shí)系統(tǒng)環(huán)境完全一致，而且將模擬算法移植到實(shí)時(shí)系統(tǒng)時(shí)必須考慮算法是否能夠?qū)崟r(shí)運(yùn)行的問題。如果算法運(yùn)算太大不能在硬件上實(shí)時(shí)運(yùn)行，則必須重新修改過簡(jiǎn)化算法。 課題研究的內(nèi)容 本課題 研究如何以 DSP（數(shù)字信號(hào)處理器）和 USB（通用串行接口）為核心構(gòu)建硬件系統(tǒng)平臺(tái)，完成采集處理系統(tǒng)的核心設(shè)計(jì)。這 些 核心包括 DSP、USB、存儲(chǔ)器等，研究的主要內(nèi)容在硬件上主要為核心組件的接口設(shè)計(jì)，軟件上包括數(shù)字信號(hào)處理算法、采集控制及驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)等。本文的研 究主要包括以下幾個(gè)方面： 1． 對(duì) DSP 技術(shù)進(jìn)行廣泛的學(xué)習(xí)和研究，了解各系列的 DSP 的結(jié)構(gòu)及用途，根據(jù)課題需要選擇高性價(jià)比的主處理器，本課題選擇 TI 公司的TMS320F2812 作為主處理器，熟悉該款數(shù)字處理器的結(jié)構(gòu)、外設(shè)及各個(gè)模塊的功能和各個(gè)寄存器的作用及構(gòu)造。 2． 了解通用串行借口（ USB）的工作原理及通信協(xié)議，選擇合適的 USB接口芯片，本文選用了 CYPRESS 公司的 CY68013A，了解該芯片的功能構(gòu)造及外設(shè)引腳，熟悉 USB 固件程序進(jìn)行調(diào)試。 3． 根據(jù)課題需求和 DSP 芯片的硬件特點(diǎn)提出基于 DSP 的數(shù)據(jù)采集 處理系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案。 4 ． 在 TI 公司的 Code Composer Studio for C2020 （ ccs ）下對(duì)TMS320F2812 進(jìn)行軟件仿真，熟悉 CCS 的開發(fā)環(huán)境，在內(nèi)部 進(jìn)行一些算法調(diào)試工作。 論文的 章節(jié)安排 本論文共分為 四 章，各章的內(nèi)容安排如下： 第一章概述了課題“基于 DSP 的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”的提出和意義，并對(duì)所要研究的內(nèi)容進(jìn)行了總結(jié)。 第二章從全局出發(fā)探討了基于 DSP 的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，闡述了系統(tǒng)的工作原理，并根據(jù)系統(tǒng)的目標(biāo)要求對(duì)核心處理器及外圍器件的選型進(jìn)行了分析。 第三章介紹了采集處理系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)，包括 DSP 電源電路、 AD 轉(zhuǎn)換模塊、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、 JTAG 接口、 DSP 外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器的接口電路以及 DSP 和 USB 的接口電路等。 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 第四章介紹了系統(tǒng)的軟件流程圖，并分成 DSP 設(shè)計(jì)和 USB 設(shè)計(jì)倆大部分對(duì)系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)方案進(jìn)行了分析，并對(duì)