【正文】 鐘一般有兩種方法。 DSP時(shí)鐘電路原理圖 電源設(shè)計(jì)為了降低芯片的功耗，DSP5402芯片采用低電壓供電方式，并且采用內(nèi)核電壓和I/0電壓分開的方式。時(shí)鐘電路也需要消耗一小部分的電流，而且這部分電流是恒定的，與CPU和外設(shè)的激活度無關(guān)。在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中采用了兩片AMS1117來提供DSP芯片的I/O電源和內(nèi)核電源。由于有兩個(gè)電源，需要考慮的一個(gè)問題是加電次序。 JTAG接口設(shè)計(jì)JTAG(Joint Test Action Group)是1985年制定的檢測PCB和IC芯片的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，1990年被修改后成為IEEE的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。TDO為測試數(shù)據(jù)輸出，數(shù)據(jù)通過TDO引腳從JTAG接口輸出。而仿真器通過仿真接口實(shí)現(xiàn)與DSP之間的數(shù)據(jù)交互。片內(nèi)存儲器的結(jié)構(gòu)和容量根據(jù)芯片的型號有所區(qū)別，但都包含隨機(jī)存取存儲器(RAM)和只讀存儲器(ROM)。 外部總線及外部存儲器接口通常一個(gè)DSP系統(tǒng)除了DSP芯片外，還需要外部的存儲器。因此采用Flash存儲器存儲程序和固定數(shù)據(jù)是一種比較好的選擇。擴(kuò)展存儲器引腳信號定義外部接口總線是一組并行接口。外部數(shù)據(jù)準(zhǔn)備輸入信號(REDAY)與片內(nèi)軟件可編程等待狀態(tài)發(fā)生器一道，可以使處理器與各種速度的存儲器以及I/0設(shè)備接口。 外部總線擴(kuò)展Flash實(shí)現(xiàn)8位并行B00TTMS320VC5402內(nèi)部具有ZK字的BOOT ROM，為脫機(jī)運(yùn)行提供了五種啟動裝載模式:HPI端口啟動模式、標(biāo)準(zhǔn)串口啟動模式、I/O口啟動模式、串口EEPROM啟動模式和并行啟動方式。在FF80H處，有一條跳轉(zhuǎn)BOOT程序的指令，這樣便開始運(yùn)行內(nèi)部的BOOT程序。使用外部并行BOOT時(shí)，B00T程序首先讀入外部數(shù)據(jù)區(qū)的FFFEH和FFFFH兩個(gè)地址的內(nèi)容，并把它們組裝成一個(gè)16為字作為代碼存放的源地址，根據(jù)這個(gè)地址，從外部數(shù)據(jù)區(qū)讀入連續(xù)的兩個(gè)8位字節(jié)，并組裝成一個(gè)16位字，如果這個(gè)16位字是08AAH，則BOOT程序就知道是外部8位并行BOOT方式，否則是其他BOOT方式。Flash引導(dǎo)數(shù)據(jù)組織表數(shù)據(jù)區(qū)地址（Hex）內(nèi)容（Hex）含義8000088位BOOT標(biāo)識（H）8001AA8位BOOT標(biāo)識（L）80027FSWWSR(H)8003FFSWWSR(L)8004F8BSCR(H)800500BSCR(L)800600程序入口XPC(H)800700程序入口XPC(L)800820程序入口地址（H）800900程序入口地址（L）800A04程序塊長度（H）800B00程序塊長度（L）800C00存放目標(biāo)XPC(H)800D00存放目標(biāo)XPC(L)800E20存放目標(biāo)地址（H）800F00存放目標(biāo)地址（L）8010XX程序代碼1（H）8011XX程序代碼1（L）……880EXX程序代碼N（H）880FXX程序代碼N（L）881000塊結(jié)束標(biāo)志（H）881100塊結(jié)束標(biāo)志（L）………FFFE80代碼存放首地址（H）FFFF00代碼存放首地址（L） A/D、D/A轉(zhuǎn)換器件與DSP連接設(shè)計(jì) A/D轉(zhuǎn)換接口電路設(shè)計(jì)在A/D轉(zhuǎn)換器中，因?yàn)檩斎氲哪M信號在時(shí)間上是連續(xù)量，而輸出的數(shù)字信號代碼是離散量，所以進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)必須在一系列選定的瞬間(亦即時(shí)間坐標(biāo)軸上的一些規(guī)定點(diǎn)上)對輸入的模擬信號取樣，然后再把這些取樣值轉(zhuǎn)換為輸出的數(shù)字量。因此，取樣定理規(guī)定了A/D轉(zhuǎn)換的頻率下限。這就是說，任何一個(gè)數(shù)字量的大小，都是以某個(gè)最小數(shù)量單位的整倍數(shù)來表示的。把量化的數(shù)值用二進(jìn)制代碼表示，稱為編碼。從理論上講，n位輸出的A/D轉(zhuǎn)換器能區(qū)分個(gè)不同等級的輸入模擬電壓，能區(qū)分輸入電壓的最小值為滿量程輸入的。常用最低有效位的倍數(shù)表示。系統(tǒng)的分辨率為3mV，最大誤差1LSB。其中每個(gè)取樣和轉(zhuǎn)換過程需要16個(gè)系統(tǒng)工作時(shí)鐘，因此只有當(dāng)時(shí)，系統(tǒng)才能正常的工作。D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度通常用分辨率和轉(zhuǎn)換誤差來描述。此外，DA/轉(zhuǎn)換器也可以用能分辨的最小輸出電壓(此時(shí)輸入的數(shù)字代碼只有最低有效位為1，其余各位都是0)與最大輸出電壓(此時(shí)輸入的數(shù)字代碼各有效位全為1)之比給出。D/A轉(zhuǎn)換器的絕對誤差(或絕對精度)是指輸入端加入最大數(shù)字量(全)l時(shí)，D/A轉(zhuǎn)換器的理論值與實(shí)際值之差。從功能時(shí)序圖可以看出該器件包含八個(gè)高速的10位。McBSP是在標(biāo)準(zhǔn)串行接口的基礎(chǔ)上對功能進(jìn)行擴(kuò)展的，除了具有標(biāo)準(zhǔn)串口的功能特點(diǎn)外，其靈活性體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:①雙緩沖區(qū)發(fā)送，三緩沖區(qū)接收，允許連續(xù)數(shù)據(jù)流傳輸。DPS5402的McBSP串口工作于時(shí)鐘停止模式時(shí)與SPI協(xié)議兼容。 PCB設(shè)計(jì)中采用的關(guān)鍵技術(shù)隨著電子系統(tǒng)中邏輯和系統(tǒng)時(shí)鐘頻率的迅速提高和信號邊沿不斷變陡，印刷電路板的線跡互連和板層特性對系統(tǒng)電氣性能的影響也越發(fā)重要。如果電路中的信號能夠以要求的時(shí)序、持續(xù)時(shí)間和電壓幅度到達(dá)接收端，則該電路具有較好的信號完整性。本系統(tǒng)有模擬電路和數(shù)字電路兩部分，為了避免數(shù)字信號禍合到模擬電路中，在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中要采用合理的接地技術(shù)將模擬地和數(shù)字地通常分開。為保證系統(tǒng)的電源完整性，在輸入5V電源、在所有芯片的各個(gè)電源管腳處都增加了去禍電容。硬件調(diào)試是檢測硬件平臺設(shè)計(jì)是否合理的重要方法，通過硬件調(diào)試能為后續(xù)軟件調(diào)試和系統(tǒng)的最終實(shí)現(xiàn)提供保障。上電后應(yīng)快速檢測電路板上主要電源芯片的輸出電壓和DSP內(nèi)核電壓，若電壓值不正確應(yīng)立即斷電檢查原因以免損壞電路板上器件。如果時(shí)鐘信號走線不合理會造成信號線上的過沖現(xiàn)象，直接導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常工作。6 數(shù)字濾波器的TMS320VC5402定點(diǎn)實(shí)現(xiàn) DSP芯片的定點(diǎn)運(yùn)算在定點(diǎn)DSP芯片中，采用定點(diǎn)數(shù)進(jìn)行數(shù)值運(yùn)算，其操作數(shù)一般采用整型來表示。DSP芯片的數(shù)以2的補(bǔ)碼形式表示。那么，DSP芯片是如何處理小數(shù)的呢?應(yīng)該說，DSP芯片本身無能為力。數(shù)的定標(biāo)有Q表示和S表示兩種。從上表中還可以看出，不同的Q表示的數(shù)不僅范圍不同，而且精度也不相同。要想提高精度，則數(shù)的表示范圍就相應(yīng)的減小，在實(shí)際的定點(diǎn)算法中，為達(dá)到最佳的性能，必須充分考慮這一點(diǎn)。DSP5402共有三個(gè)控制和狀態(tài)寄存器，對CPU的控制是通過CPU狀態(tài)和控制寄存器來完成的。在調(diào)用子程序或中斷服務(wù)子程序時(shí)，可以將它們保存下來，返回時(shí)再恢復(fù)。對寄存器進(jìn)行初始化主要包括:狀態(tài)寄存器ST0、狀態(tài)寄存器ST處理器模式控制寄存器PMST、軟件等待狀態(tài)寄存器SWWSR、組交換控制寄存器BSCR和時(shí)鐘模式寄存器CLKMD。該寄存器的高9位是IPTR，用于設(shè)置矢量表的起始地址。為了是McBSP接口工作在所希望的模式下，必須在初始化時(shí)多相關(guān)寄存器進(jìn)行正確的配置。MAC指令實(shí)現(xiàn)將兩存儲區(qū)數(shù)據(jù)的乘積累加到累加器，再通過使存儲區(qū)指針以循環(huán)尋址的方式指向下一個(gè)存儲區(qū)。輸入數(shù)據(jù)和濾波器系數(shù)均小于1，以Q15表示，將FRCT，標(biāo)志置1，輸入數(shù)據(jù)與濾波器系數(shù)乘完后結(jié)果自動左移一位，和累加器并取高16位輸出。并且，起始地址為m位地址邊界(N)。利用TMS32OVC5402的FIRS指令和循環(huán)尋址，可以更簡潔的方法實(shí)現(xiàn)對稱抽頭的FRI濾波器。CCS集成開發(fā)環(huán)境中包含Simulator(軟件仿真器)和Emulator(硬件仿真器)兩部分。CCS具有強(qiáng)大的源代碼編輯器，允許編輯C語言源代碼和匯編源代碼，能在C代碼之后顯示與之對應(yīng)的匯編指令。使用Watch窗口查看變量:查看、編輯存儲器和寄存器的值。 數(shù)字濾波程序設(shè)計(jì)流程下圖是利用DSP實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波的流程圖，說明如下:利用DSP實(shí)現(xiàn)FIR數(shù)字濾波的子程序設(shè)計(jì)思路如下:，當(dāng)為1時(shí)說明read ready，將DRR11的值讀入AR3所指向的地址，該值為最新的采樣值。循環(huán)執(zhí)行上面步驟。中斷矢量表是每個(gè)DSP系統(tǒng)必須用到的，對中斷矢量表進(jìn)行初始化是DSP初始化的一個(gè)重要的部分。②編譯修改程序代碼，直到編譯完全通過，本系統(tǒng)前期所設(shè)計(jì)的程序全部通過編譯。7 研究結(jié)論通過對數(shù)字濾波的理論研究、MATLAB軟件在數(shù)字信號處理的研究、對DSP技術(shù)的學(xué)習(xí)與研究，本畢業(yè)設(shè)計(jì)最終設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于TI公司定點(diǎn)數(shù)字信號處理器TMS320VC5402的數(shù)字濾波器系統(tǒng)。濾波前輸入信號波形 濾波后輸入信號波形所完成的工作:①研究了數(shù)字濾波的理論知識，為系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)奠定了理論基礎(chǔ)。⑤研究了如何在定點(diǎn)DSP中實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波器的算法，主要是有限長沖激響應(yīng)數(shù)字濾波器的算法。無論在學(xué)習(xí)上、還是科研上都得到了他的悉心指導(dǎo)、培養(yǎng)和關(guān)心。感謝所有在我學(xué)習(xí)期間，給予我?guī)椭完P(guān)心的同學(xué)和朋友們。在劉老師的指導(dǎo)下，使我最終順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。⑥研究了TI公司DSP系統(tǒng)開發(fā)工具的應(yīng)用，結(jié)合平時(shí)積累的數(shù)字電路調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，利用實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)有資源對所開發(fā)的系統(tǒng)進(jìn)行了長時(shí)間的調(diào)試，使得軟件程序能在硬件平臺上得以穩(wěn)定的運(yùn)行。③研究了TI公司TMS320VC5402數(shù)字信號處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及片上資源，并研究通信電子線路中各種接口的相互連接關(guān)系，設(shè)計(jì)了一個(gè)價(jià)格低、功耗小、精度高的數(shù)字濾波器系統(tǒng)。當(dāng)給系統(tǒng)送入一個(gè)包含1k、3k、5k的正弦波模擬信號源作為系統(tǒng)的輸入信號源，并將MATLAB仿真得到的數(shù)字濾波器的系數(shù)帶入所編寫的程序代碼中，編譯運(yùn)行后實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合預(yù)期結(jié)果。④運(yùn)行完整的程序，給系統(tǒng)送入輸入信號，用示波器觀察輸出信號的參數(shù)和特性是接近理想值。本系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)過程和實(shí)際結(jié)果如下:①在電腦中設(shè)置本系統(tǒng)軟件開發(fā)環(huán)境的相關(guān)配置，連接DSP仿真器與目標(biāo)測試系統(tǒng)的JTAG接口，給系統(tǒng)上電。fliter. c文件為C語言編寫的源文件，在本設(shè)計(jì)中主要功能是將各個(gè)子程序結(jié)合起來，便于閱讀。并將Y加上200h。觀察目標(biāo)系統(tǒng)中執(zhí)行的反匯編代碼和C語言指令。在使用CCS調(diào)試工具時(shí)能設(shè)置一個(gè)或多個(gè)斷點(diǎn)。在本設(shè)計(jì)的早期，由于PCB板還沒有完成，采用軟件仿真器進(jìn)行程序的調(diào)試，后期采用硬件仿真器將編譯通過后的程序通過JTAG口下載到芯片內(nèi)部，然后設(shè)置斷點(diǎn)進(jìn)行單步的調(diào)試。DSP芯片的開發(fā)工具可以分為代碼生成工具和代碼調(diào)試工具兩類。由于使用了循環(huán)尋址，數(shù)據(jù)和系數(shù)的指針在操作后以循環(huán)的方式增1。因?yàn)椴捎肕AC指令和循環(huán)尋址，所以輸入數(shù)據(jù)和濾波器系數(shù)的存放要安照一定的要求。圖中是輸入樣值x(n)和濾波器系數(shù)h(n)在TMS320C54x的一種存放方法，圖(a)是濾波器系數(shù)的存儲器組織，圖(b)是濾波前輸入樣值的存放順序，圖()c是濾波后輸入樣值的存放順序。FIR數(shù)字濾波器每個(gè)樣值的計(jì)算就是實(shí)現(xiàn)兩數(shù)組對應(yīng)項(xiàng)乘積的累加和。TMS320VC5402芯片包含兩個(gè)多通道緩沖串行口，在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中兩個(gè)串行口分別接DA和AD芯片。在TMS32OVC5402中，要求每個(gè)中斷矢量占4個(gè)字，如果跳轉(zhuǎn)指令不夠4個(gè)字，可用NOP指令填充，每個(gè)NOP占一個(gè)字。在調(diào)試軟件的過程中，如果發(fā)現(xiàn)程序運(yùn)行不正確，應(yīng)首先查看芯片各寄存器的初始化狀態(tài)設(shè)置是否正確，然后再調(diào)試用戶程序，否則就會降低調(diào)試效率。DSP不同條件和模式下的狀態(tài)都包含ST0和ST1:PMST包含存儲器設(shè)置狀態(tài)和控制信息。在DSP進(jìn)行數(shù)字濾波運(yùn)算前必須進(jìn)行一些初始化程序。相反，Q越小，數(shù)值范圍越大，但精度越低。Q表示、S表示及范圍Q表示S表示十進(jìn)制數(shù)表示范圍Q151≤X≤Q142≤X≤Q134≤X≤Q128≤X≤Q1116≤X≤Q1032≤X≤Q964≤X≤Q8128≤X≤Q7256≤X≤Q6512≤X≤Q51024≤X≤Q42048≤X≤Q34096≤X≤Q28192≤X≤Q116384≤X≤Q032768≤X≤32767從表中可以看出，同樣一個(gè)16位數(shù)，若小數(shù)點(diǎn)設(shè)定的位置不同，它所表示的數(shù)也就不同。這就是數(shù)的定標(biāo)。因此，二進(jìn)制數(shù)：0010000000000011b=8195二進(jìn)制數(shù):11111111111111100b=4對DSP芯片而言，參與數(shù)值運(yùn)算的數(shù)就是16位的整型數(shù)。顯然，字長越長，所能表示的數(shù)的范圍越大，精度也越高。⑤測量所準(zhǔn)備的測試信號源的工作電壓和工作頻率是否在系統(tǒng)的允許范圍內(nèi)。③檢測系統(tǒng)的復(fù)位信號是否工作正常，系統(tǒng)在復(fù)位后部分器件會檢測自身的工作狀態(tài)，如果復(fù)位信號工作不正常很大程度上會影響整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，使系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能。通過實(shí)際測量該系統(tǒng)沒有出現(xiàn)短路想象。 硬件平臺的調(diào)試與結(jié)果DSP系統(tǒng)的開發(fā)是一個(gè)復(fù)雜的過程，在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試中不但需要數(shù)字信號處理