【正文】 術(shù)使得芯片具有更低的功耗和更強(qiáng)的輻射能力。40bit 加法器 (ADD)。所有的C54xx 芯片都包括隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器 (RAM)和只讀存儲(chǔ)器 (ROM)。當(dāng) DSP 復(fù)位后，如果其 MP/ MC 弓 l 腳為高電平，系統(tǒng)將等待從 JTAG仿真口下載程序。為攀枝花學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 了便于管理，片內(nèi) RAM 分成幾個(gè)部分，可以分別用來保存數(shù)據(jù)或程序，片內(nèi) RAM優(yōu)先用來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)值，但也可以映射到程序空間來存儲(chǔ)程序代碼。不同型號(hào)的 DSP，其映射寄存器的地址可能不一樣。根據(jù) /BIO 輸入的狀態(tài)來執(zhí)行一個(gè)轉(zhuǎn)移，對(duì)時(shí)間要求很嚴(yán)格的循環(huán)，而且不能被外部終端所打斷的時(shí)候，可以用 /BIO 腳代替中斷與外圍設(shè)備相連。 (3)硬件定時(shí)器 保留 （ OVLY = 1）外部 （ OVLY = 0 ）0000 H007 FH0080 H 片內(nèi) DRAM ：16 K（ OVLY = 1 ）外部 （ OVLY = 0 ）3 FFFH4000 H保留 （ OVLY = 1）外部 （ OVLY = 0 ）0000 H007 FH0080 H 片內(nèi) DRAM ：16 K（ OVLY = 1 ）外部 （ OVLY = 0 ）3 FFFH4000 H程序空間 ： 頁(yè) 0 程序空間 ： 頁(yè) 0FF 7 FHFF 80 HFFFFHFF 7 FHFF 80 HFFFFHEFFFHF 000 HFEFFHFF 00 H片外中斷矢量（ 外部 ）中斷矢量（ 片內(nèi) ）片外片內(nèi) ROM : 4 K保留存儲(chǔ)器映象寄存器0000 H005 FH0080 H片內(nèi) DRAM ：16 K3 FFFH4000 H數(shù)據(jù)空間FF 7 FHFF 80 HFFFFH片外EFFFHF 000 HFEFFHFF 00 H片內(nèi)ROM （ DROM = 1 ）外部 （ DROM = 0 ） 保留（ DROM = 1 ）外部 （ DROM = 0 ）0060 H007 FH暫存器 S P R AMMP / MC = 1（ 微處理器模式 ）MP / MC = 0（ 微型計(jì)算機(jī)模式 ）攀枝花學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） C54xx 有一個(gè)帶有 4bit 預(yù)定標(biāo)器的 l6bit 的定時(shí)電路。它可以由內(nèi)部的晶振或外部的時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)。當(dāng)一塊 C54xx 芯片中有多個(gè)同步串口時(shí)，它們是相同的，但又是獨(dú) 立的。 (5)串口 各種 C54xx 芯片配有不同的串口，但總的來說分為 3 種類型 :同步、緩沖和時(shí)分多路 (TDM)?？梢酝ㄟ^設(shè)定特定的狀態(tài)位來使定時(shí)器停止、恢復(fù)運(yùn)行、復(fù)位或禁止。 (2)主機(jī)接口 主機(jī)接口 (HPI)是一個(gè) 8bit或 16bit 的并口，提供 C54xx 與主處理機(jī)的接口。 (1)通用 I/O 引腳 每一種 C54xx 芯片都有兩個(gè)通用 I/O 引腳 :/BI0 和 XF 。每個(gè)機(jī)器周期可以對(duì)它進(jìn)行兩次存取， CPU 和外設(shè)，如緩沖串口 ((BSP)和主機(jī)接口 (HPI)可以 在一周期中同時(shí)對(duì)它進(jìn)行讀和寫，所以存取速度得到了很大的提高。片內(nèi) ROM 的引導(dǎo)程序是芯片出廠是固化好的，用戶一般不能直接使用。在標(biāo)準(zhǔn)的 C54xx 的片內(nèi) ROM 中有一個(gè)引導(dǎo)程序 BOOTLOAD 程序和中斷向量表。指數(shù)編碼器和各種 CPU 寄存器 (CPU 寄存器是存儲(chǔ)器映射的，能快速恢復(fù)和保存 )。兩個(gè) 40bit的累加器 (ACC 和 ACCB)。 （ 6）尤為值得一提的是 TMS320C5402 的軟件特點(diǎn)， 7種有效靈活的尋址方式，僅為 lOns 的指令 執(zhí)行周期，還有一些特殊的運(yùn)算指令更好地滿足了數(shù)字信號(hào)處理中特有的運(yùn)算需要。 （ 2）內(nèi)部多總線結(jié)構(gòu)保證在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)可以多次訪問程序空間和數(shù)據(jù)空間。因，只要語音編碼算法的運(yùn)算量不超過 !60 萬條指令，就可以在 TMS320LC54980 上實(shí)時(shí)運(yùn)行。例如，中低速語音編碼算法通常以 1Oms 或 20ms 為一幀，每隔 1 VMS 或 20ms 語音編碼算法循環(huán)一次。在數(shù)字濾波器中，通常需要對(duì)每一個(gè)輸入樣點(diǎn)計(jì)算一次。相反，運(yùn)算量大的 DSP 系統(tǒng)則必須選用處理能力強(qiáng)的 DSP芯片、如果 DSP 芯片的處理能力達(dá)不到系統(tǒng)要求，則必須用多個(gè) DSP 芯片并行處理。例如 TI 的 TMS320C2xx/C54x 系列屬于定點(diǎn) DSP芯片，低功耗和低成本是其主要的特點(diǎn)。有些 DSP 系統(tǒng)可能最終要求的是工業(yè)級(jí)或軍用級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，在選擇時(shí)就需要注意到所選的芯片是否有工業(yè)級(jí)或軍用級(jí)的同類產(chǎn)品。如便攜式的 DSP設(shè)備、手持設(shè)備、野外應(yīng)用的 DSP 設(shè)備等都對(duì)功耗有特殊的要求。如果沒有開發(fā)工具的支持，要想開發(fā)一個(gè)復(fù)雜的 DSP 系統(tǒng)幾乎是不可能的。 4. DSP 芯片的運(yùn)算精度 一般的定點(diǎn) DSP 芯片的字長(zhǎng)為 16 位，如 TM320C54x 系列。因此根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的應(yīng)用情況，需確定一個(gè)價(jià)格適中的 DSP 芯片。如 TMS320C31 在主頻為 40MHz 時(shí)的處理能力為 40MFLOS； (7) BOPS:即每秒執(zhí)行十億次操作。大部 分 DSP 芯片可在一個(gè)指令周期內(nèi)完成一次乘法和加法操作，如 TMS320LC54980的 MAC時(shí)間就是 ； (3) FFT 執(zhí)行時(shí)間 :即運(yùn)行一個(gè) N點(diǎn) FFT 程序所需的時(shí)間。一般來說，選擇 DSP 芯片時(shí)應(yīng)考慮到如下諸多因素。 .16 位音頻接口，可以連接麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器 .與 PC 機(jī)之間為標(biāo)準(zhǔn)并行接口， TMS320C5402 可以通過 HPI 接口與 PC 機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸 .豐富的 I/O 外設(shè) .擴(kuò)展接口用于擴(kuò)展存儲(chǔ)器和子板 DSP部分 DSP 系統(tǒng)的構(gòu)成 DSP 芯片的選擇依據(jù) 設(shè)計(jì) DSP應(yīng)用系統(tǒng)，選擇 DSP 芯片是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。 本次試驗(yàn)中設(shè)計(jì)的系統(tǒng)總體框架圖如下 : 圖 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框架圖 攀枝花學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 本次試驗(yàn)的硬件平臺(tái)是 數(shù)字信號(hào)仿真 DES320PPA。但是由于單片機(jī)的計(jì)算 能力不強(qiáng)，比如在運(yùn)行一些數(shù)字信號(hào)處理的基本算法時(shí)就呈現(xiàn)出劣勢(shì)，比如說在實(shí)現(xiàn) 64點(diǎn)以上的 FFT 算法時(shí)，會(huì)出現(xiàn)計(jì)算速度慢的特點(diǎn)，往往不能滿足實(shí)時(shí)性的要求。例如，若 1024210 ??N ，則 10 48 57 62 202 ??N ，而 1024log 2 ?NN ，減少了不止兩個(gè)數(shù)量級(jí) !所以， 效果是很好的。則用二進(jìn)制形式書寫它們的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可得 : ]110[]011[]010[]010[]100[]001[]000[]000[fFfFfFfF???? [100] [001][101] [101][110] [011][111] [111]FfFfFfFf???? () 若 ),( 012 nnn 為序列 x[n]中標(biāo)號(hào)的二進(jìn)制表示，則序列值 ),( 012 nnnf 存放在數(shù)列 ),( 012 nnnF 的位置上。也可以讓輸入序列按自然順序排列，則輸出序列就是按碼位倒序的順序排列的。 (4)產(chǎn)生最后的 N點(diǎn)復(fù)數(shù) FFT 結(jié)果并求出信號(hào)的功率 我 們可以通過信號(hào)分析的理論知識(shí)，分離 FFT 輸出為相關(guān)的四個(gè)序列 :RP, RM, IP和 IM，即偶實(shí)數(shù)、奇實(shí)數(shù)、偶虛數(shù)和奇虛數(shù)四部分， 即可產(chǎn)生最后 N點(diǎn)復(fù)數(shù)FFT 結(jié)果。的地址。當(dāng)使用位倒序?qū)ぶ钒?ARO 加到輔 助寄 存器中時(shí)，地址以位倒序的方式產(chǎn)生，即進(jìn)位是從左向右，而不是從右 左。然后，復(fù)數(shù)序列經(jīng)過位倒序，存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)處理緩沖區(qū)中，標(biāo)記“ fft_data” 。 (1)輸入數(shù)據(jù)的組合和位倒序 把輸入序列作位倒序，為了在整個(gè)運(yùn)算最后的輸出中得到的序列是自然順序。計(jì)算2Nk? 到 1?N 時(shí)的 )(kF 可以利用 kNNkN WW ??? 2 的特性，得 : )()()2( kZWkYNkF kN??? （ ） 式 () ”和“式 () ” 兩 式 分 別 用 來 計(jì) 算 20 Nk?? 和 . 12 ??? NkN 時(shí)的 )(kF ，以同樣的方式可以進(jìn)一步抽取，就可以得到 N/4的 DFT，重復(fù)這個(gè)抽取過程，就可以使 N點(diǎn)的 DFT 用一組 2點(diǎn)的 DFT 來計(jì)算。 FFT 算法可以分為時(shí)間抽取 FFT 和頻率抽取 FFT 兩大類。 利用快速 FFT算法進(jìn)行頻譜分析 傅立葉變換是一種將信號(hào)從時(shí)域變換到頻域的變換形式，是信號(hào)處理領(lǐng)域中的重要的分析工具。 (3)實(shí)際 128 點(diǎn)采樣值 nA 計(jì)算 為保證 FFT 的基 2算法，需要對(duì)按理想采樣間隔采樣得到的值進(jìn)行處理。這 樣只要被測(cè)信號(hào)頻率低于 62 Hz，這 160點(diǎn)數(shù)據(jù)中就包含了被測(cè)信號(hào)的一個(gè)完整周期。這里采用了一種新的采樣計(jì)算方法。尤其在設(shè)計(jì)便攜式數(shù)據(jù)采集與諧波分析儀時(shí)，要兼顧考慮儀器的體積和功耗，用軟件實(shí)現(xiàn)的頻率跟蹤就更有優(yōu)勢(shì)。按照這種方式進(jìn)行計(jì)算，當(dāng) N值較大時(shí)， CPU很難實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)處理。設(shè) NkTt? (采樣時(shí)間間隔NTdt? )， 則 knNNkTTntn ??? 22 ?? ， 將“式 () 、“式 ()”和“式() 中的積分號(hào)用累加號(hào)替代有 : )2c os (2)2c os (2 2010 knNfNNTknNfTa Nk kNk kn ?????? ????? )2s in (2)2s in (2 2010 knNfNNTknNfTb Nk kNk kn ?????? ????? （ ） 攀枝花學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 同理，對(duì)于周期性時(shí)間序列的傅立葉級(jí)數(shù)的復(fù)數(shù)形式，可由周期性連續(xù)時(shí)間函數(shù)的傅立葉級(jí)數(shù)的復(fù)數(shù)形式通過類比推導(dǎo)出來。設(shè)周期性時(shí)間連續(xù)信號(hào) )(tf ，在周期 T內(nèi)插入 N 個(gè)等間隔采樣點(diǎn) k=0, 1, 2,?， N 1，則采樣間隔即采樣 周期 NTt?? 。一致收斂，那么就能變換積分與求和次序得到 : )21]([][? )( ????? demfnf mnjm ?? ??????? () 對(duì)括號(hào)內(nèi)的積分可求得 : )( )s in (21 )( mn mnde mnj ????? ? ??? ?? ? （ ） =? nmnm??,1,0 = ][ mn?? 因此： ????? ??? m mfmnmfnf ][][][][? ? () 這樣就證明了我所需要的 。它用來分析該序列 ][nf ，以確定利用“式 (()”來綜合 ][nf時(shí)每一頻率分量需要占多少份量。 (1)諧波分析的理論前提 很多序列都能表示為如下傅立葉積分的形式 : ??? ?? ?? ?? deeFnf njj )(21][ ()式中 )( ?jeF 由下式給出 : ????? ?? n njj enfeF ?? ][)( () “式 ()”和“式 ()”一起構(gòu)成序列的傅立葉表示。但在電網(wǎng)中主要存在整數(shù)次諧波，它可以根 據(jù)周期性波形，用傅立葉級(jí)數(shù)分解得到，本文主要論述的就是這類諧波。 (2)規(guī)則性的變化，其大小隨諧波源負(fù)荷的大小和特點(diǎn)、系統(tǒng)的運(yùn)行方式等作大周期性的變化，例如諧波源負(fù)荷增大時(shí)，相應(yīng)的諧波電流或諧波電壓將隨著增大，在較大水平上作隨機(jī)變化。 功率因數(shù)的計(jì)算 在非正弦波的情況下，難以用電壓和 電流的相位差這個(gè)概念來表述功率因數(shù)，這時(shí)可以用功率關(guān)系來定義功率因數(shù) : 222c os DQPP ???? （ ） 其中 :? 不再是基波或任何一系諧波電壓和電流的相位差。 （ ） 因?yàn)?Q 只是同頻率電壓和電流存在相位差引起的無功功率的總和，而交換功率中尚包含有不同頻率電壓和電流引起的部分。 Q 只是表明由于各次諧波電壓和電流存在相位差而產(chǎn)生的無功功率的總和。 無功功率的計(jì)算 仿照上述有功功率計(jì)算公式，可以定義無功功率為： )s in (11 nnn nn n IU ??? ???? ?? （ ） 我們知道，在正弦電路里無功功率表示電磁能量交換的最大值。 本設(shè)計(jì)將進(jìn)一步推進(jìn)電力系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，真正做到實(shí)時(shí)的諧波分析，便于電力系統(tǒng)管理人員正確掌握配電網(wǎng)的電能質(zhì)量情況， 方便地控制各線的負(fù)荷情況，實(shí)現(xiàn)計(jì)劃用電、合理配電。 (2)討