【正文】 對這兩種算法，庫利 —圖基和桑德 －圖基進(jìn)行了理論的推導(dǎo)，故又稱為庫利 —圖基 (Cooley－ Tukey)算法和桑德 —圖基 (Sande－ Tukey)算法。 FFT 設(shè)計(jì)方法 FFT是 DFT的一個(gè)快速算法，是為了減少 DFT計(jì)算次數(shù)的一種快速有效的算法。 ? 時(shí)鐘電路采用內(nèi)部時(shí)鐘源，時(shí)鐘模式設(shè)置 為 2。 由于 TMS320VC5402 提供了片上 JTAG 接口，方便了仿真調(diào)試，只需將 DSP 芯片上的 TCK、 TDI、 TDO、 TMS、 TRST 、 EMU0、 EMU1 共 7 個(gè)引腳接出，做成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 14 針插座，就可以供仿真器調(diào)試目標(biāo)板。除此之外，鎖相環(huán)還可以對外部時(shí)鐘頻率進(jìn)行倍頻，使外部時(shí)鐘源的頻率低于CPU 的 機(jī)器周期，以降低因高速開關(guān)時(shí)鐘所引起的高頻噪聲。 TMS320VC5402 芯片 提供了兩個(gè)時(shí)鐘管腳 X2 和 X1。除此之外，也可以采 用專用的自動(dòng)復(fù)位集成電路，如 Maxim 公司的 MAX70 MAX706S 芯片。 這個(gè)引腳上電平后可以使程序從指定的存儲地址 FF80H 開始運(yùn)行。目前，生產(chǎn)電源的芯片很多，如 Maxim 公司的 MAX604,TI 公司的 TPS73xx 系列等 。若不能做到同時(shí)加電，應(yīng)先對 DVDD加電，然后再對 CVDD 加電，同時(shí)要求 DVDD 電壓不超過 CVDD 電壓 2V。 TMS320VC5402 芯片 的內(nèi)核電壓為。 A151A142A133A124A115A1018A919A820A721A624A525A426A327A242A143A044CE6WE17OE41UB40LB39NC22VCC11VCC33GND12GND34I/O07I/O18I/O29I/O310I/O413I/O514I/O615I/O716I/O829I/O930I/O1031I/O1132I/O1235I/O1336I/O1437I/O1538NC23NC28IS61LV6416SRAMD0D2D1D3D4D5D7D6D8D9D10D11D12D13D14D15C22GNDGNDA0A1A2A3A4A6A5A7A8A10A9A11A12A13A14A15DSP_R/WDSP_DSC21GNDGND 圖 34 SRAM IS61LV6416 與 DSP 的連接 PRAM 的擴(kuò)展 雖然前面已經(jīng)擴(kuò)展了 FLASH 外部存儲器作為外部程序存儲器，但是由于前面擴(kuò)展的 FLASH 外 部存儲器的運(yùn)行速度較慢，有可能跟不上 DSP 芯片的處理速度，而擴(kuò)展的 PRAM 外部存儲器的運(yùn)行速度卻能跟上 DSP 芯片的處理速度，因此我們要在DSP 系統(tǒng)中擴(kuò)展一個(gè) PRAM 外部存儲器，使得擴(kuò)展的 FLASH 外部存儲器跟上 DSP基于 DSP 的帶阻濾波器設(shè)計(jì) 14 芯片的處理速度。 SRAM 的擴(kuò)展 C54x 系列的數(shù)據(jù)存儲器最多包含 64K 字，除了雙存取 RAM(DARAM)和單存取RAM(SARAM) 以外， C54x 系列器件片內(nèi) ROM 還可以用軟件映射成數(shù)據(jù)ROM(DROM)。 FLASH 存儲器與 EPROM 相比，具有更高的性能價(jià)格比，而且體積小、功耗低、可電擦寫、使用方便，并且 的 FLASH可以直接與 DSP 芯片連接。在進(jìn)行DSP 外部存儲器擴(kuò)展之前，必須了解 DSP 片上存儲資源，并根據(jù)應(yīng)用需求來擴(kuò)展存儲空間。然后將經(jīng)過 平滑濾波器的平滑模擬信號輸出到其他設(shè)備。 DSP 接收到 INT 信號后，經(jīng) BDR0 口讀入已轉(zhuǎn)換好的串行數(shù)據(jù) 。圖 31 為 TMS320VC5402 與 TLV2544連接示意圖。這種模式可用于 DSP 系統(tǒng)，但一般用于 SPI。 鑒于以上因素，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的采樣頻率為 10KHz，用到的 DSP 芯片為TMS320VC5402，為 16 位數(shù)據(jù)。一般系統(tǒng)要求對信號做一些處理，如 FFT 變換。 DSP 與 A/D 轉(zhuǎn)換器的接口 模擬信號的采集過程是將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，從而進(jìn)行數(shù)字信號的處理。 TMS320VC5402 FLASH SRAM PRAM JTAG ADC DAC 復(fù)位 時(shí)鐘 電源 基于 DSP 的帶阻濾波器設(shè)計(jì) 7 3 DSP 系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) 基于第一章和第二章所述，可知所要設(shè)計(jì)的帶阻濾波器的性能指標(biāo)為 下通帶邊緣： ?? ?p ，上通帶邊緣： ?? ?p ， dBAp 1? ；下阻帶邊緣： ?? ?s ，上阻帶邊緣： ?? ?s ， dBAs 40? ；采樣頻率： HzK10Fs ? 。 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(jì) 系統(tǒng)集成 軟件調(diào)試 系統(tǒng)測試和調(diào)試 基于 DSP 的帶阻濾波器設(shè)計(jì) 6 TI 公司的 20xx 系列和 5000 系列的 DSP 芯片都是通用型的芯片，但考慮到 20xx系列的 DSP 芯片大多用于控制方面， 5000 系列的 DSP 芯片較 20xx 系列的 DSP 芯片具有更高的時(shí)鐘頻率、更加強(qiáng)大的運(yùn)算功能和更低的價(jià)格。 ? 精度高，如 16 位數(shù)字系統(tǒng)可以達(dá)到 105 的精度。其中，三、四章是本論文的核心部分。 IIR濾波器的特征是具有無限持續(xù)時(shí)間沖激響應(yīng)，這種濾波器一般需要用遞歸模型來實(shí)現(xiàn)，因而有時(shí)也稱之為遞歸濾波器；而 FIR濾波器的時(shí)間沖激響應(yīng)只能延續(xù)一定時(shí)間，在工程實(shí)際中可以采用遞歸的方式實(shí)現(xiàn)，也可以采用非遞歸的方式實(shí)現(xiàn)，但其結(jié)構(gòu)主要還是非遞歸結(jié)構(gòu)，并且 FIR濾波器很容易獲得嚴(yán)格的線 性相位特性，避免被處理信號產(chǎn)生相位失真，而其線性相位體現(xiàn)在時(shí)域中僅僅是 )(nh 在時(shí)間上的延遲，這個(gè)特點(diǎn)在圖像信號處理、數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔ㄐ蝹鬟f系統(tǒng)中是非常重要的。我們將通過 DSP設(shè)計(jì)平臺，實(shí)基于 DSP 的帶阻濾波器設(shè)計(jì) 2 現(xiàn)較為重要的數(shù)字濾波器系統(tǒng)，從而通過本課題的研究，掌握濾波器的設(shè)計(jì)技術(shù)，為通信、信號處理等領(lǐng)域?qū)嵱没瘮?shù)字濾波器的設(shè)計(jì)提供技術(shù)基礎(chǔ)。其 中數(shù)字濾波器具有穩(wěn)定性高、精度高、設(shè)計(jì)靈活、實(shí)現(xiàn)方便等許多突出的優(yōu)點(diǎn)，避免了模擬濾波器所無法克服的電壓漂移、溫度漂移和噪聲等問題。最后在 CCS 開發(fā)環(huán)境下用軟件編寫程序來實(shí)現(xiàn)本課題中所 需 設(shè)計(jì)的帶阻濾波器。 9 如果進(jìn)度可行，試制實(shí)際電路系統(tǒng)。 二． 基本要求 1 學(xué)習(xí)濾波器的工作原理。 6 要求能夠方便地修改濾波參數(shù)。課題擬利用數(shù)字濾波器去除工業(yè)現(xiàn)場小信號中工頻干擾的影響。并且數(shù)字濾波技術(shù)也是進(jìn)行數(shù)字信號處理的最基本手段之一，它是對數(shù)字輸人信號進(jìn)行運(yùn)算，產(chǎn)生數(shù)字輸出信號，以改善信號品質(zhì)、提取有用信息、或者把組合在一起的多個(gè)信號分量分離開來為目的。由于它具有豐富的硬件資源、改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)、高速數(shù)據(jù)處理能力和強(qiáng)大的指令系統(tǒng)，使得它在通信、航空、航天、雷達(dá)、工業(yè)控制、網(wǎng)絡(luò)及家用電器等各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用 ]2[ 。 作為數(shù)字信息處理分支之一的數(shù)字濾波器，也受到了人們越來越多的關(guān)注，它是通信、語言、圖像、自動(dòng)控制、雷達(dá)、航空航天、生物醫(yī)學(xué)信號處理等領(lǐng)域中的一種基本處理部件，具有穩(wěn)定性好、精度高、靈活性大等突出優(yōu)點(diǎn) ]4[ 。 (2) 用時(shí)間抽取法實(shí)現(xiàn) FFT/IFFT 算法：通過此算法，對信號進(jìn)行頻域分析、頻域處理。 ? 編程方便， DSP 系統(tǒng)中的可編程 DSP 芯片可以使設(shè)計(jì)人員在開發(fā)過程中靈活方便的進(jìn)行修改和升級，并且還可以將 C 語言與匯編語言結(jié)合使用。一般來說， DSP 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程應(yīng)遵循一定的設(shè)計(jì)流程如圖 22 所示。數(shù)字濾波器系統(tǒng)的具體框圖如圖 23 所示。經(jīng)過處理后的數(shù) 字信號由 D/A 轉(zhuǎn)換器變換成模擬信號，之后再進(jìn)行平滑濾波，得到連續(xù)的模擬波形。一般系統(tǒng)處理的信號是數(shù)字信號 ，而輸入的信號大多是模擬信號，那么就要對輸入的模擬信號進(jìn)行抽樣，來轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。同時(shí)，轉(zhuǎn)基于 DSP 的帶阻濾波器設(shè)計(jì) 8 換時(shí)間也決定了它對信號的處理能力。 TLV2544 設(shè)有內(nèi)置轉(zhuǎn)換時(shí)鐘 (OSC)和電壓基準(zhǔn)，可以采用外部 SCLK 作為轉(zhuǎn)換時(shí)鐘源以獲得更高的轉(zhuǎn)換速度，并有兩種不同的內(nèi)部基準(zhǔn)電 壓可供選擇。在 I/O方式下，通過位操作可以實(shí)現(xiàn)任何串行操作，但操作過程始終占用 CPU 且編程較復(fù)雜。該電路使用內(nèi)部基準(zhǔn)電壓 ， REFP 和 REFM 之間接入 C17 和 C18 兩個(gè)去耦電容。圖 32 為 TMS320VC5402 與 TLV5608連接示意圖。 DSP 接收到 DOUT 信號后，經(jīng) BDR1口讀出需要轉(zhuǎn)換的串行數(shù)據(jù) 。在硬件復(fù)位時(shí)， XPC 被初始設(shè)置為 0， TMS320VC5402芯片 的程序存儲器被設(shè)置為 128 頁，每一頁為 64K 字。圖 33 為 TMS320VC5402 與 AM29LV400B的程序存儲器擴(kuò)展電路。因此， 本課題設(shè)計(jì)中采用的 SRAM 存儲器擴(kuò)展芯片是IS61LV6416 芯片。本節(jié)主要說明了 DSP 硬件系統(tǒng)的外圍電路設(shè)計(jì)，包括電源電路、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路等。與 電源相比， 電源可以大大降低芯片功耗。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(shí)鐘電路和所有外設(shè) 。 基于以上原因，在電源電路的設(shè)計(jì)中選擇 了 TI 公司的 TPS73HD318 芯片，此芯片提供了兩路輸出電源， 輸出電壓分別為 和 ，每路電源的最大輸出電流為 750mA，并且提供兩個(gè)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。目前，最有效的硬件保護(hù)措施是采用具有監(jiān)視功能的自動(dòng)復(fù)位電路。引腳 7 為低電平復(fù)位輸出信號，是一個(gè)不小于 的復(fù)位脈沖，用來對 DSP 芯片復(fù)位 ]8[ 。選用的晶振 Y 為 10MHz。表 31 為 TMS320VC5402 芯片 時(shí)鐘模式設(shè)定。 TMS320VC5402 引腳配置主要有： ? 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(jì)算機(jī)模式， MCMP/ 引腳應(yīng)下拉接地，設(shè)置為邏輯 0。 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。這里最小的變換點(diǎn)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(diǎn)的 DFT，是最基本的運(yùn)算單位。對每一算法，按基本的蝶形運(yùn)算的構(gòu)成又可分為基 基 基 8以及任意因子等的 FFT算法。利用一定的運(yùn)算結(jié)構(gòu)變換，將 N點(diǎn)的 DFT 轉(zhuǎn)化成多個(gè)小的點(diǎn)數(shù) DFT 的運(yùn)算，再利用 knNW的周期性和對稱性，就能大大減少計(jì)算量。 基于 DSP 的帶阻濾波器設(shè)計(jì) 21 D099D1100D2101D3102D4103D5104D6113D7114D8115D9116D10117D11118D12119D13121D14122D15123A0131A1132A2133A3134A4136A5137A6138A7139A8140A9141A105A117A128A139A1410A1511A16105A17107A18108A19109NC/A20110NC/A21143NC/A222READY19PS20DS21IS22R/W23MSTRB24IOSTRB25HOLD30HOLDA28MSC26IAQ29CLKOUT94CLKMD177CLKMD278CLKMD379X2/CLKIN97X196TOUT082BCLKR142BDR147BFSR144BCLKX149BDX160BFSX154NC138NC235NC336NC471NC574NC673BCLKR041BDR045BFSR043BCLKX048BDX059BFSX053DVDD130DVDD112DVDD75DVDD56DVDD33DVDD4DVSS144DVSS128DVSS106DVSS93DVSS76DVSS72DVSS57DVSS40DVSS14CVSS126CVSS111CVSS90CVSS70CVSS50CVSS37CVSS34CVSS15CVSS3CV