【正文】 芯片的出現(xiàn)使FFT的實現(xiàn)方法變得更為方便。就目前來說，基2和基4算法是使用最廣泛的算法。DIT FFT算法是在時域內(nèi)將每一級輸入序列依次按奇/偶分成2個短序列進行計算的，而DIF FFT算法是在頻域內(nèi)將每一級輸入序列依次按奇/偶分成2個短序列進行計算的。這里最小的變換點數(shù)就是基數(shù)，因此，基數(shù)為2的FFT算法的最小變換或稱蝶形變換就是2點的DFT，是最基本的運算單位。它是將DFT分解開來進行運算，理論上是一致的，只是通過分解DFT運算來達到減少運算量的目的。 FFT/IFFT算法程序及應(yīng)用FFT/IFFT在數(shù)字信號處理中是一種非常重要的算法，在很多的應(yīng)用領(lǐng)域，如xDSL調(diào)制器、數(shù)字電視、手持無線接收裝置中都有用到。時鐘模式引腳CLKMD1上拉為1，設(shè)置為邏輯1，CLKMD2和CLKMD3下拉為0，設(shè)置為邏輯0，而時鐘引腳X1和X2/CLKIN外接晶體。TMS320VC5402引腳配置主要有：l 為了保證用戶編寫的程序能夠從外部FLASH引導(dǎo)到DSP芯片內(nèi)存儲器中，DSP芯片應(yīng)設(shè)置為計算機模式，引腳應(yīng)下拉接地，設(shè)置為邏輯0。JTAG仿真接口電路如圖39所示。表31為TMS320VC5402芯片時鐘模式設(shè)定。當(dāng)外部時鐘輸入后，通過內(nèi)部鎖相環(huán)PLL電路可以倍頻到所需要的工作頻率。選用的晶振Y為10MHz。其中，X2又稱CLKIN，是一個輸入管腳，而X1是一個輸出管腳，其時鐘發(fā)生器允許設(shè)計者選擇時鐘源。引腳7為低電平復(fù)位輸出信號，用來對DSP芯片復(fù)位。其中。目前，最有效的硬件保護措施是采用具有監(jiān)視功能的自動復(fù)位電路。當(dāng)時鐘電路工作后，只要在引腳上出現(xiàn)兩個外部時鐘周期以上的低電平，則芯片始終處于復(fù)位狀態(tài)?；谝陨显?，在電源電路的設(shè)計中選擇了TI公司的TPS73HD318芯片，此芯片提供了兩路輸出電源，每路電源的最大輸出電流為750mA，并且提供兩個寬度為200ms的低電平復(fù)位脈沖，可以滿足TMS320VC5402 DSP系統(tǒng)的需要。這些芯片可分為線性芯片和開關(guān)芯片兩種，在設(shè)計中要根據(jù)實際的需要來選擇。內(nèi)核電源CVDD為器件的所有內(nèi)部邏輯提供電流，包括CPU、時鐘電路和所有外設(shè)。這個加電次序主要依賴于芯片內(nèi)部的靜電保護電路。主要為芯片的內(nèi)部邏輯提供電壓，包括CPU、時鐘電路和其他所有的外設(shè)邏輯。通常I/，、。地址線和數(shù)據(jù)線對應(yīng)相連，由于是程序存儲器擴展，存儲器的片選信號與DSP芯片的數(shù)據(jù)存儲器的片選信號連接，以選通外部程序存儲器，而存儲器的寫允許端與DSP芯片的讀/寫控制端相連，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀操作，并且讀選通信號、高位字節(jié)選通信號和低位字節(jié)選通信號引腳接地。地址線和數(shù)據(jù)線對應(yīng)相連，由于是數(shù)據(jù)存儲器擴展，存儲器的片選信號與DSP芯片的數(shù)據(jù)存儲器的片選信號連接，以選通外部數(shù)據(jù)存儲器，而存儲器的寫允許端與DSP芯片的讀/寫控制端相連，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀/寫操作，并且讀選通信號、高位字節(jié)選通信號和低位字節(jié)選通信號引腳接地。當(dāng)數(shù)據(jù)地址產(chǎn)生器產(chǎn)生一個超出片內(nèi)存儲器范圍的地址時，器件會自動產(chǎn)生一個外部訪問。圖33 FLASH AM29LV400B與DSP的連接當(dāng)=0時，=0、=0，選中FLASH存儲器，可進行讀操作；當(dāng)=1時，=1， FLASH存儲器掛起，地址線和數(shù)據(jù)線呈現(xiàn)高阻。基于以上原因，并且AM29LV400B芯片支持單電源工作，簡化了系統(tǒng)地接口電路。目前，市場上的EPROM工作電壓一般為5V，而且體積都很大。 FLASH的擴展大部分的DSP芯片程序存儲器空間都采用了分頁擴展存儲器的方式，這樣允許訪問多達1M的程序存儲器空間。對于數(shù)據(jù)運算量和存儲容量要求較高的系統(tǒng)，在應(yīng)用DSP芯片作為核心器件時，由于芯片自身的內(nèi)存資源有限，往往需要存儲器的擴展。D/A轉(zhuǎn)換電路的工作是由DSP芯片的多通道緩沖串口BSP1來控制，BSP1通過串行輸出口BDX1發(fā)送控制字到TLV5608的DIN口，來決定其工作接收?；谇懊嬉笥肈SP芯片來設(shè)計帶阻濾波器，并且用到的采樣頻率，那么平滑濾波器的截止頻率，并且我們用RC濾波器來實現(xiàn)此濾波器，假定RC濾波器中的電容，又RC濾波器的截止頻率，進而可以得出RC濾波器中的電阻。基于以上因素，由于TI公司生產(chǎn)的TLV5608芯片，~、10位串行數(shù)據(jù)D/A轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部參考電源可編程設(shè)定，設(shè)定時間在快速模式下為1μs，在慢速模式下為3μs，并且SPI接口與C54x系列DSP芯片兼容。TLV2544按DSP發(fā)出的控制字進行轉(zhuǎn)換，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)果產(chǎn)生后(如FIFO堆棧滿)，發(fā)出信號通知DSP接收。然后將經(jīng)過防混疊濾波器的模擬信號從A1送入A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。與TLV2544接口時，TMS320VC5402芯片作為SPI主設(shè)備向TLV2544提供串行時鐘、命令和片選信號，實現(xiàn)無縫連接，不需要附加邏輯電路。TMS320VC5402芯片提供的高速、雙向、多通道帶緩沖串行端口McBSP，可用來與串行A/D轉(zhuǎn)換器直接連接。在這種模式下，的下降沿為周期的開始，輸入數(shù)據(jù)在SCLK的上升沿移入，輸出數(shù)據(jù)在其下降沿改變。當(dāng)與DSP芯片連接時，可用一個幀同步信號FS來控制一個串行數(shù)據(jù)幀的開始。轉(zhuǎn)換器的價格也是選擇A/D的一個重要因素。DSP的指令周期為ns級，運算速度極快，能進行信號的實時處理。l 轉(zhuǎn)換精度。對于A/D轉(zhuǎn)換器的選擇，主要考慮以下幾方面的因素。本節(jié)主要介紹DSP與A/D和D/A轉(zhuǎn)換器的接口電路。 DSP與A/D和D/A轉(zhuǎn)換器的接口在由DSP芯片組成的信號處理系統(tǒng)中，A/D和D/A轉(zhuǎn)換器是非常重要的器件。但考慮到TMS320VC5402 DSP芯片的片上包含兩個McBSP(多通道緩沖串行口)接口，可以將這兩個通道模仿實現(xiàn)SPI的時序，那么ADC芯片可采用TLV2544，實現(xiàn)將需要的濾波信號從模擬信號轉(zhuǎn)換到數(shù)字信號；DAC芯片可采用TLV5608，實現(xiàn)濾波后的信號從數(shù)字信號恢復(fù)為所需要的模擬信號；JTAG接口供DSP芯片下載程序進行調(diào)試。所以在數(shù)字濾波器系統(tǒng)的設(shè)計中，采用了TI公司的這款高性能、低功耗的定點DSP芯片: TMS320VC5402 DSP芯片。并且所設(shè)計的帶阻濾波器的性能指標(biāo)為下通帶邊緣：，上通帶邊緣：，；下阻帶邊緣：，上阻帶邊緣：，；采樣頻率：；點數(shù)：。當(dāng)然，DSP系統(tǒng)也存在一些缺點，例如對于一些簡單的信號處理任務(wù)，若采用DSP芯片則使成本增加；另外，DSP 系統(tǒng)中的高速時鐘通常在幾十兆赫，可能帶來高頻干擾和電磁泄漏等問題；此外，DSP技術(shù)發(fā)展得很快，但是開發(fā)和調(diào)試工具還很不完善。l 穩(wěn)定性好，DSP 系統(tǒng)以數(shù)字處理為基礎(chǔ)，受周圍環(huán)境如噪聲、溫度等的影響小，所以其可靠性高、穩(wěn)定性好。當(dāng)然，圖中的有些環(huán)節(jié)并不是必需的，如A/D轉(zhuǎn)換，如果輸入的就是數(shù)字信號，那么就可以直接交給DSP芯片進行處理。本論文共分為四個部分，第一章為緒論部分，介紹了課題背景、DSP及其濾波器的發(fā)展現(xiàn)狀；第二章介紹了DSP系統(tǒng)的框圖設(shè)計以及DSP芯片的選擇；第三章詳細介紹了DSP系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計，說明了DSP系統(tǒng)有哪幾部分組成；第四章詳細介紹了課題中所要設(shè)計的帶阻濾波器的軟件實現(xiàn)方法。本次課題的主要任務(wù)，就是用MATLAB中的窗函數(shù)設(shè)計法來確定所要設(shè)計的帶阻濾波器的指標(biāo)和性能以及掌握DSP芯片的開發(fā)技術(shù)，需要完成如下工作。按照數(shù)字濾波器的特性，它可以被分為線性與非線性、時變與時不變、因果與非因果、無限長單位脈沖響應(yīng)(IIR)與有限長單位脈沖響應(yīng)(FIR)等等。數(shù)字信號處理(DSP)包括兩重含義：數(shù)字信號處理技術(shù)(Digital Signal Processing)和數(shù)字信號處理器(Digital Signal Processor)。因此，我們有必要對濾波器的設(shè)計方法進行研究，理解其工作原理，優(yōu)化其設(shè)計方法，并設(shè)計開發(fā)出穩(wěn)定性好的濾波器系統(tǒng)。單片通用數(shù)字濾波器使用方便，但是由于字長和階數(shù)的規(guī)格較少，不能完全滿足實際需要。因此，在許多信息處理過程中，如對信號的過濾、檢測、預(yù)測等，都要廣泛地用到濾波器。也就是說當(dāng)我們在工業(yè)現(xiàn)場中提取有用信號時，如果此信號比較弱，頻率比較接近50Hz時，工頻干擾就越加突出，那么它對于我們提取有用信號就會造成很大困難，致使我們可能很艱難地做一些工業(yè)現(xiàn)場中與此有關(guān)的操作，這也會給我們造成很大的麻煩和損失。之后依據(jù)估計運算量選擇相應(yīng)的DSP處理器芯片，并根據(jù)轉(zhuǎn)換精度來選擇A/D與D/A轉(zhuǎn)換器芯片，以及由于處理器內(nèi)存不足進行FLASH、SRAM與PRAM的外部存儲器擴展來設(shè)計一個DSP應(yīng)用系統(tǒng)，并設(shè)定其中參數(shù)。三． 主要參考資料1 《DSP處理器及應(yīng)用》，鄒彥2 《數(shù)字信號處理》，（美）海因斯（Hayes，.），20023 《有源濾波器精確設(shè)計手冊》，（美） ，19844 《高性能數(shù)字信號處理器與高速實時信號處理》，蘇濤等編著 ，1999完 成 期 限： ~ 指導(dǎo)教師簽章： 專業(yè)負責(zé)人簽章： 2012 年 2 月 13 日基于DSP的帶阻濾波器設(shè)計基于DSP的帶阻濾波器設(shè)計摘 要在工業(yè)現(xiàn)場信號處理的過程中，有來自外界的各種噪聲干擾，其中尤以工頻干擾是最常見的干擾源。8 編寫相關(guān)程序編譯仿真通過。4 編寫程序?qū)崿F(xiàn)帶阻濾波器。本科畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書題目 基于DSP的帶阻濾波器設(shè)計 專業(yè) 電子信息工程 學(xué)號 姓名 主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等：一． 主要內(nèi)容工頻干擾是工業(yè)現(xiàn)場的常見干擾源，它的存在對工業(yè)現(xiàn)場小信號的提取造成了較大的困難，課題要求采用DSP設(shè)計一個通用，濾波參數(shù)可以調(diào)節(jié)的帶阻式濾波器，以滿足對工業(yè)現(xiàn)場小信號提取的要求。3 選取適合的DSP處理器，設(shè)計硬件電路。7 要求設(shè)計硬件原理圖。11 翻譯英文資料一份。 首先依據(jù)工業(yè)現(xiàn)場信號的特點，采用MATLAB仿真計算帶阻濾波器的性能指標(biāo)，得到能滿足現(xiàn)場提取信號要求的濾波器系數(shù)表。并且工頻干擾廣泛存在各種工業(yè)現(xiàn)場中，其產(chǎn)生的途徑主要包括輸電饋線、照明設(shè)備、發(fā)動機以及各種電子儀器設(shè)備等，工頻干擾的存在對于工業(yè)現(xiàn)場中小信號的提取造成了較大的困難。在信號處理領(lǐng)域中，對于信號處理的實時性、快速性的要求越來越高。數(shù)字濾波器的實現(xiàn)方法大致可以分為三種：利用單片通用數(shù)字濾波器集成電路、DSP器件和可編程邏輯器件來實現(xiàn)。用可編程DSP芯片實現(xiàn)數(shù)字濾波時，可通過修改濾波器的參數(shù)十分方便地改變?yōu)V波器的特性。 研究意義隨著信息時代和數(shù)字世界的到來，數(shù)字信號處理已經(jīng)成為當(dāng)今一門極其重要的學(xué)科。在數(shù)字信號處理的應(yīng)用中，數(shù)字濾波器很重要并且得到了廣泛的應(yīng)用。 主要研究內(nèi)容由于在上節(jié)已說過，工頻干擾是工業(yè)現(xiàn)場中的常見干擾源，它的存在對于工業(yè)現(xiàn)場中小信號的提取造成了較大的困難，那么本課題需采用TMS320VC5402 DSP芯片設(shè)計一個通用且濾波參數(shù)可以調(diào)節(jié)的帶阻式濾波器系統(tǒng)，如有限長單位脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器，以滿足對工業(yè)現(xiàn)場中小信號提取的要求。(3) 研究DSP的結(jié)構(gòu)特點：了解TI公司的TMS320VC5402 DSP芯片，掌握DSP系統(tǒng)的構(gòu)成及軟硬件的設(shè)計方法和CCS軟件的調(diào)試方法；并以TI公司的TMS320VC5402 DSP芯片為核心處理器，在DSK上實現(xiàn)所要設(shè)計的FIR帶阻濾波器系統(tǒng)。由于DSP芯片是對數(shù)字信號進行處理的，所以應(yīng)先對輸入的模擬信號進行調(diào)整，之后再讓輸出的模擬信號經(jīng)過A/D變換后變成DSP芯片可以處理的數(shù)字信號，然后輸入DSP芯片，DSP芯片根據(jù)實際需要對其進行相應(yīng)的處理，處理得到的結(jié)果仍然是數(shù)字信號，可以直接通過相應(yīng)的通信接口將它傳輸出去，或者對它進行D/A變換將其轉(zhuǎn)換為模擬采樣值，最后再經(jīng)過內(nèi)插和平滑濾波就得到了連續(xù)的模擬信號。l 具有高速性，DSP系統(tǒng)的運行速度較高，最新的DSP芯片運行速度高達10GMIPS以上。l 集成方便，DSP系統(tǒng)中的數(shù)字部件有高度的規(guī)范性，便于大規(guī)模生產(chǎn)。DSP應(yīng)用定義系統(tǒng)性能指標(biāo)硬件調(diào)試選擇DSP芯片軟件編程硬件設(shè)計系統(tǒng)集成軟件調(diào)試系統(tǒng)測試和調(diào)試圖22 DSP系統(tǒng)的基本設(shè)計流程基于第一章所述，工頻干擾是工業(yè)現(xiàn)場中的常見干擾源，它的存在對于工業(yè)現(xiàn)場中小信號的提取造成了較大的困難，因此課題要求采用DSP芯片設(shè)計一個通用且濾波參數(shù)可以調(diào)節(jié)的帶阻式濾波器，以滿足對于工業(yè)現(xiàn)場中小信號提取的要求。并且TMS320VC5402 DSP芯片是一種特殊結(jié)構(gòu)的微處理器，為了快速地實現(xiàn)數(shù)字信號處理運算，采用了流水線指令執(zhí)行結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的并行處理結(jié)構(gòu)，可在一個周期內(nèi)對數(shù)據(jù)進行高速的算術(shù)運算和邏輯運算，TMS320VC5402 DSP芯片還提供了McBSP串口和DAM數(shù)據(jù)傳送方式極大地方便了它在通信領(lǐng)域的應(yīng)用和開發(fā)。TMS320VC5402FLASHSRAMPRAMJTAGADCDAC復(fù)位時鐘電源圖23 數(shù)字濾波器系統(tǒng)的框圖通常的設(shè)計中會采用5V供電且并行的ADC(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)和DAC(數(shù)模轉(zhuǎn)換器)芯片與DSP芯片連接，那么傳輸數(shù)據(jù)過程中會占用總線的時間。那么我們就基于此來設(shè)計DSP系統(tǒng)。從上述的信號處理過程可以看出A/D和D/A轉(zhuǎn)換器的作用?；诓煌膽?yīng)用，可選用不同性能指標(biāo)和價位的芯片。這就要先確定采樣頻率，之后根據(jù)此采樣頻率來選擇所要用到的A/D轉(zhuǎn)換器。l 轉(zhuǎn)換時間。l 器件價格。并且該芯片為用戶提供了三個輸入端(片選、串行時鐘SCLK和串行數(shù)據(jù)輸入SDI)和一個三態(tài)輸出端(串行數(shù)據(jù)輸出SDO)的串行端口，可為流行的微處理器SPI串行端口提供了方便的4線接口。TLV2544工作周期的開始有兩種模式：一種是不使用FS模式(在的下降沿，F(xiàn)S=1)。FS 的下降沿為周期的開始，輸入數(shù)據(jù)在SCLK的下降沿移入，輸出數(shù)據(jù)在其上升沿改變。在SPI方式下，BSP口可方便地與滿足SPI/TM協(xié)議的串行設(shè)備相連?；谇懊嫠O(shè)計的帶阻濾波器，我們來確定此防混疊濾波器的截止頻率，并且我們用