【正文】 度的因素之一。 定點(diǎn) DSP的兩種基本表示方法：整數(shù)表示和小數(shù)表示。 整數(shù)表示方法應(yīng)用：非信號(hào)處理，例如地址計(jì)算、控制操作等 小數(shù)表示方法應(yīng)用：數(shù)字和各種信號(hào)處理算法計(jì)算。 定點(diǎn)數(shù)常使用 Q表示法。處理小數(shù)時(shí)須由程序員確定小數(shù)點(diǎn)所處位置，稱為數(shù)的定標(biāo)。由于是人為決定，因此大小和精度可以表示多種范圍。 例如： 0 010 0000 0000 0000b=，用 Q15表示 0 010 0000 0000 0000b=8192，用 Q0表示 總結(jié)來(lái)說(shuō)， Q值 越大，精度越高，但數(shù)值范圍越??； Q值 越小，數(shù)值范圍越大，但精度就越低。 TMS320F2812 DSP 介紹 TMS320F2812 概述 F28x系列是 TI公司生產(chǎn)的 32位定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器，其 具有 豐富的 外設(shè)資源 。相對(duì)于單片機(jī)來(lái)說(shuō)，它能實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的控制算法。適合于 控制應(yīng)用， 不同于其他芯片，該系列芯片含 FLASH，異步串口。 同時(shí)，它有數(shù)字信號(hào)處理能力和事件管理能力以及嵌入式 控制能力，且由于可以用較低的成本實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)、控制最優(yōu)化，因此被廣泛使用。 3 TMS320F2812 芯片結(jié)構(gòu)及性能描述 最大可達(dá) 150MHz的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率； F2812具有 8級(jí)流水操作，指令時(shí)間為 ； F2812內(nèi)有 4M的程序空間和 4M的數(shù)據(jù)空間； 片上外設(shè)資源多，包含串口外圍設(shè)備接口、事件管理器、 16通道 12位 ADC、控制器局域網(wǎng)絡(luò) CAN總線、串行通訊接口 SCA,SCB、多通道緩沖串行接口以及 JTAG。 4 第 2 章 總體設(shè)計(jì)思路 系統(tǒng)指標(biāo) 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本要求完成簡(jiǎn)易頻譜分析儀，組成框圖如圖 圖 簡(jiǎn)易頻譜分析儀組成框圖 掃頻信號(hào)發(fā)生： 采用 DSP2812產(chǎn)生正弦波信號(hào)，掃頻信號(hào)頻率范圍為 10010kHz。 陷波網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)： 陷波網(wǎng)絡(luò)中心頻率約為 3kHz。 FFT設(shè)計(jì)，顯示幅頻特性曲線。 系統(tǒng)方案 本設(shè)計(jì)目標(biāo)為采用 TMS320F2812 DSP芯片設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易頻譜分析儀。該分析儀由四部分模塊組成，分別為：信號(hào)發(fā)生器模塊、 DAC轉(zhuǎn)換模塊、陷波網(wǎng)絡(luò)模塊、 信號(hào)調(diào)理模塊、 AD采集模塊、 FFT計(jì)算處理模塊。 DSP2812 DAC 陷波網(wǎng)絡(luò) 信號(hào)調(diào)理 DSP2812 電腦 5 信號(hào)發(fā)生器模塊 信號(hào)發(fā)生模塊由 DSP芯片來(lái)完成，產(chǎn)生 100Hz— 10kHz的掃頻信號(hào)。 DSP產(chǎn)生正弦波的方法有如下幾種： （ 1）利用 DSP內(nèi)置的 PWM模塊產(chǎn)生 SPWM波形，之后連接低通濾波器發(fā)出正弦波； （ 2）利用泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)法經(jīng)過(guò) DSP計(jì)算得出正弦波； （ 3）利用查表法直接將正弦波形的表存入數(shù)組中； 以上三種產(chǎn)生波形的方法都可以實(shí)現(xiàn)正弦波的發(fā)生，但是相比之下第一種較為復(fù)雜；第二種方法雖然占用存儲(chǔ)空間較少，但是運(yùn)算量比較大，占用 CPU資源較多； 查表法一種很直接的方法，它的原理是根據(jù)需要提前算好所有可能出現(xiàn)的正弦函數(shù)值，按照順序編制為數(shù)據(jù)表，當(dāng)用時(shí)只需要根據(jù)輸入查出對(duì)應(yīng)值。雖然查表法占用存儲(chǔ)空間較多，但是占用 CPU資源少，而且根據(jù)正弦表的數(shù)組長(zhǎng)度和數(shù)據(jù)位數(shù)可以改變其分辨率及精確度。因此本次設(shè)計(jì)采用查表法產(chǎn)生正弦波，之后正弦波將以數(shù)字量的形式發(fā)送至 IO口，通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換產(chǎn)生模擬量的正弦波。 而正弦表可以通過(guò)例如正線波信號(hào)發(fā)生器來(lái)這類的軟件生成，本設(shè)計(jì)產(chǎn)生的是輸出點(diǎn)數(shù)為 100點(diǎn)，輸出精度為 8位的正弦波。 DAC 轉(zhuǎn)換模塊 首先，先確定正弦波的 分辨率、精度等各項(xiàng)參數(shù)以方便確定 DAC型號(hào)及設(shè)計(jì)電路。本次設(shè)計(jì)利用 8位分辨率，一個(gè)周期內(nèi)取 100點(diǎn)的正弦表實(shí)現(xiàn)正弦波發(fā)生。因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)要求最高可采集到 10kHz的正弦波，因而有： 100點(diǎn) *10kHz=1MHz （ 21） （ 21）表明了對(duì) DA的要求是它的采樣率必須達(dá)到 1MHz以上才可以實(shí)現(xiàn) 10kHz的正弦波發(fā)生；因?yàn)槭?8位分辨率且通過(guò) IO口的 8位來(lái)輸出，因而需要一個(gè) 8位并口的 DA實(shí)現(xiàn)。總結(jié)來(lái)說(shuō)，就是選取 DA滿足以下兩個(gè)條件 ： 6 8位并行輸入； 采樣率在 1MHz以上； 經(jīng)過(guò)查閱各種資料后確定采用 DAC0832來(lái)完成將數(shù)字正弦波轉(zhuǎn)化為模擬正弦波的部分。 陷波網(wǎng)絡(luò)模塊 利用 Sallen_Key電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)二階有源帶阻網(wǎng)絡(luò)，簡(jiǎn)單而且比較容易實(shí)現(xiàn)。 信號(hào)調(diào)理模塊 利用分壓的辦法改變輸入信號(hào)的幅度，后接一個(gè)電壓跟隨器，目的是使其輸出信號(hào)電壓控制在 0— 3v以內(nèi)，以避免直接輸入 DSP中的 AD輸入引腳而燒壞芯片，同時(shí)避免后邊的電路對(duì)信號(hào)產(chǎn)生影響。 AD 采集模塊 AD采集模塊可有以下兩種設(shè)計(jì)方案： （ 1）利用外接的 AD通過(guò)硬件連接的方式對(duì)模擬量的波形進(jìn)行轉(zhuǎn)化，將轉(zhuǎn)化后的數(shù)字量通過(guò) IO輸入 DSP中。例如使用 16位并行輸出 ADS8364連接 F2812。 （ 2）利用 F2812包含的 12位， 16通道的 ADC通過(guò)軟件設(shè)置的方式將模擬量波形轉(zhuǎn)化為數(shù)字量。 上述兩種方案中，由于第二種可直接通過(guò)軟件方式利用 DSP包含的模數(shù)轉(zhuǎn)換 模塊采集模擬量的波形而不用外接芯片節(jié)省成本并且充分利用了 DSP的資源，因而在精度不要求很高的情況下更加適用，因而采用第二種方案。 FFT 計(jì)算處理模塊 因?yàn)?F2812芯片上專門(mén)有指 令用于 FFT操作，使得在 F2812芯片上實(shí)現(xiàn) FFT算法速度更快且更為方便用戶使用，所以直接采用即可。 7 第 3 章 具體設(shè)計(jì) 工程建立 本設(shè)計(jì)的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境為 ， CCS提供了配置、建立、調(diào)試、跟蹤和分析程序的工具，便于編制和測(cè)試實(shí)時(shí)、嵌入式信號(hào)處理程序，可提高開(kāi)發(fā)進(jìn)程速度，提高工作效率。支持如下所示的開(kāi)發(fā)周期的所有階段。 圖 CCS的開(kāi)發(fā)周期各階段 開(kāi)發(fā)工具包括： C編譯器、匯編器、連接器等。 庫(kù)文件（ .lib），頭文件（ .h），源文件（ .c）和 CMD文件 (.CMD)組成一個(gè)完整的工程，缺一不可。 頭文件：用于其他文件的引用、程序中的函數(shù)、參數(shù)、變量和一些宏單元的定義，和庫(kù)函數(shù)配合使用。所以在使用庫(kù)時(shí)須用相應(yīng)頭文件說(shuō)明。文件格式為“ .h”，編譯過(guò)程中自動(dòng)添加進(jìn)入工程，無(wú)需手動(dòng)添加。一般情況下頭文件不需修改便可直接使用。 庫(kù)文件： C語(yǔ)言系統(tǒng)庫(kù) 。系統(tǒng)庫(kù)包 含 了編譯器的所有功能：初始化 C語(yǔ)言環(huán)境，標(biāo)準(zhǔn) C的函數(shù)庫(kù) ,設(shè)置堆棧等，還可以添加其他的庫(kù)文件。 將函數(shù)封裝 ， 編譯供自己或 其他用戶 調(diào)用。 其優(yōu)點(diǎn)是 庫(kù)文件編譯后看不到源代碼，保 8 密 性 好 ；同時(shí)便于維護(hù)。 文件格式為“ .lib”。 源文件： 有且須有一個(gè)含 main（）函數(shù)的 C語(yǔ)言源程序文件。 main（）函數(shù) 在 系統(tǒng)庫(kù)初始化后 掌握 控制權(quán)。 文件格式為“ .c”。一個(gè)工程必不可少的幾個(gè)源文件有： （ 1） ：定義全局變量，例如寄存器，中斷向量表等內(nèi)容。 （ 2）主函數(shù) （ 3） ： PIE初始化函數(shù)（與中斷相關(guān)）。 （ 4） ： PIE中斷向量表定義及其初始化。 （ 5） ：系統(tǒng)初始化，以保證 F2812正常工作。 cmd文件： DSP系統(tǒng)中有大量的各種存儲(chǔ)器， cmd文件所描述的是開(kāi)發(fā)工程師對(duì)物理存儲(chǔ)器的管理、分配及使用情況。 cmd文件 的作用是 定位 DSP代碼。由于DSP的編譯器的編譯結(jié)果是未定位的， DSP無(wú)法 定位執(zhí)行代碼， 同時(shí)用戶 設(shè)計(jì)的 DSP系統(tǒng)的配置也不盡相同，因此要自己定義代碼的安裝位置。 cmd文件就是在編譯源程序、生成機(jī)器代碼的過(guò)程中發(fā)揮作用。 cmd文件包含： （ 1） 存儲(chǔ)器的資源清單 （ 2） 存儲(chǔ)器的資源分配 正弦波發(fā)生模塊 想要實(shí)現(xiàn)發(fā)出掃頻正弦波，必 須要有三個(gè)步驟： （ 1） 通用定時(shí)器定時(shí)； 9 （ 2） 定時(shí)時(shí)間到后進(jìn)入中斷程序，輸出數(shù)字正弦波； （ 3） 輸出正弦波通過(guò)通用 IO口輸出給后續(xù)電路； 其軟件流程圖如下： 初始化 定時(shí)中斷？ N 開(kāi)始 10 圖 掃頻信號(hào)發(fā)生流程圖 定時(shí)器模塊 F2812共有 3個(gè) 32位的 CPU定時(shí)器， CPU定時(shí)器 Timer1和 Timer2用于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（如 DSPBIOS）， Timer0可以被用戶所用。 CPU定時(shí)器結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，工作模式較單一，同時(shí)一旦啟動(dòng)就會(huì)循環(huán)往復(fù)工作，因此使用非常方便，所以很適合為用戶程序提供一個(gè)基準(zhǔn)時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)軟件各模塊的同步。 進(jìn)入中斷處理函數(shù) 當(dāng)前頻率點(diǎn)送出？ 改變頻率 一次掃頻結(jié)束？ 禁止中斷 ,輸出送至 IO 口 結(jié)束 Y Y N N N Y