【正文】 5000系列較2000系列具有更高的時鐘頻率、更低的價格和更加強(qiáng)大的運(yùn)算功能，在數(shù)字濾波器系統(tǒng)的設(shè)計中采用了TI公司的一款高性能、低功耗的定點(diǎn)DSP:TMS320VC5402。在下面的章節(jié)中將分別論述各個模塊電路設(shè)計技巧。DSP5402的片上外圍電路包括:通用I/O引腳(XF和BIO)，定時器，時鐘發(fā)生器，一個與外部處理器通信的8位的HPI(Host Port Ineterface)接口，兩個多通道緩沖串行口McBSP(Multichannel BSP)。具有高度專業(yè)化的指令系統(tǒng)，包括單指令重復(fù)和塊指令重復(fù)操作，塊存儲器傳輸指令，32位長操作數(shù)指令，同時讀入2或3個操作數(shù)的指令，能并行存儲和并行加載的算術(shù)指令，條件存儲指令和從中斷快速返回。硬件上最有效的保護(hù)措施就是采用具有監(jiān)視(Wathcdog)功能的自動復(fù)位電路。采用封裝好的晶體震蕩器，這種方法使用方便，因此得到了廣泛的應(yīng)用，只要在引腳4上加電壓，引腳2接地，就可以在引腳3上得到所需的時鐘。60mA，3QmA，因此可以得出該系統(tǒng)在全速工作的狀態(tài)下，最大功耗為25OmA。DVdd應(yīng)不超過CVdd電壓2V。設(shè)計一個DSP系統(tǒng)，一般必須考慮系統(tǒng)的軟件硬件調(diào)試，調(diào)試DSP系統(tǒng)一般離不開DSP仿真器。當(dāng)數(shù)據(jù)存儲器地址產(chǎn)生器發(fā)出地址不在片內(nèi)存儲器的范圍內(nèi)，處理器就會自動對外部數(shù)據(jù)存儲器尋址。主要外部接口信號見下表。CPU尋址片內(nèi)存儲器時，外部數(shù)據(jù)總線置高阻狀態(tài)，而地址總線以及存儲器選擇信號均保持先前的狀態(tài)，此外，MSTRB、IOSTRB、R/W、IAQ和MSC信號均保持在無效狀態(tài)。因此，要使用特定的BOOT方式，必須了解BOOT程序的工作流程。的范圍內(nèi)應(yīng)保持不變，而在以前應(yīng)迅速下降為零。顯然，數(shù)字信號最低有效位中的1表示的數(shù)量大小，就等于△。②轉(zhuǎn)換誤差:表示A/D轉(zhuǎn)換器實際輸出的數(shù)字量和理論上的輸出數(shù)字量之間的差別。TLvl570功能時序圖TLV1570的高速串行接口包含五根信號線:SCLK串行時鐘輸入、SDIN串行數(shù)據(jù)輸入、SDOUT串行數(shù)據(jù)輸出、FS幀同步信號、CS片選信號。在實際應(yīng)用中，往往用輸入數(shù)字量的位數(shù)表示D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率。TLV5608功能時序圖上圖為TLV56O8的功能時序圖。④擁有相互獨(dú)立的數(shù)據(jù)發(fā)送和接受幀同步脈沖和時鐘信號:⑤多通道發(fā)送和接收，最多可達(dá)128個通道，速度可為100Mbit/s。由于本系統(tǒng)的最高頻率達(dá)到了100MHz，在高速運(yùn)行過程中可能會出現(xiàn)信號完整性(SI)的問題，SI是指信號在電路中以正確的時序和電壓作出響應(yīng)的能力。由于PCB板上傳輸線具有等效的電阻和電感等特性，設(shè)計中對所有的模擬信號的走線都進(jìn)行了加寬處理。②系統(tǒng)上電檢測，上電前應(yīng)該首先檢查電源的正負(fù)極性及輸入電壓的幅度，然后上電。經(jīng)過實際的檢測與調(diào)試得到一個穩(wěn)定的硬件平臺后便可以進(jìn)行軟件的聯(lián)調(diào)了。但在許多情況下，數(shù)學(xué)運(yùn)算過程中的數(shù)不一定都是整數(shù)。但對于DSP芯片來說，處理的方法是相同的。在本系統(tǒng)中初始化程序主要包括:DSP芯片的初始化、矢量表初始和兩個串行端口的初始化。TMS320VC5402芯片加電復(fù)位之后處于預(yù)先設(shè)定的狀態(tài)，無論是狀態(tài)寄存器還是控制寄存器都有一個確定的數(shù)值。McBSP通過一系列存儲器映射控制寄存器來進(jìn)行配置和操作。TMS32OVC5402實現(xiàn)FIR濾波器的存儲器組織利用TMS320VC5402實現(xiàn)FIR的程序中應(yīng)注意以下幾點(diǎn):。輸入數(shù)據(jù)塊要初始化為全0。CCS集成開發(fā)環(huán)境(IDE)支持從編輯、編譯、匯編、鏈接到調(diào)試DSP應(yīng)用程序的整個開發(fā)過程。對目標(biāo)系統(tǒng)中的信號繪圖顯示。是本設(shè)計中的主要文件，包含了各個初始化程序的具體操作和實現(xiàn)數(shù)字濾波的具體代碼。通過實際不斷調(diào)試與改進(jìn)，本系統(tǒng)能達(dá)到預(yù)期的數(shù)字濾波效果。④研究了高速電路中如何進(jìn)行走線，使系統(tǒng)具有良好的信號完整性和電源完整性，從而使系統(tǒng)能夠更加穩(wěn)定的工作。感謝在百忙之中抽出時間審閱本文的各位評閱老師。參考文獻(xiàn)[1]：清華大學(xué)出版社,. [2]：電子工業(yè)出版社，2007. [3]桑國明，,2001.[4]丁玉美，：西安電子科技大學(xué)出版社，2002.[5]、：電子工業(yè)出版社，1999.[6]：清華大學(xué)出版社，2003.[7]胡虎，萬秋玉，2004.[8]撫慰鵬，2001.[9]趙紅怡，:化學(xué)工業(yè)出版社，2002.[10]陳亞勇等著，：人民郵電出版社，2001.[11]喬瑞萍,崔濤,:西安電子科技大學(xué)出版社, 2005.[12]劉益成. TMS320C54x :北京航空航天大學(xué)出版社, 2002.[13]孫克梅,劉洋. 數(shù)字濾波器在DSP上的實現(xiàn). 沈陽航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報, 2005.[14]周金治. 基于Matlab與DSP的語音信號FIR濾波. 兵工自動化, 2005.[15]張雄偉,陳亮,(3版).北京:電子工業(yè)出版社, 2003.致 謝四年的大學(xué)生活即將結(jié)束，在此期間得到了很多老師和同學(xué)的關(guān)心與支持，借此機(jī)會向所有他們表示忠心的感謝!首先感謝我的導(dǎo)師劉紅喜。下圖為實驗結(jié)果圖。運(yùn)行DSP開發(fā)平臺，如果不能正常連接則需要檢查JTAG電路的連接、整個硬件系統(tǒng)的工作狀態(tài)、軟件平臺的配置。查詢SPCR20寄存器的第二位，當(dāng)為1時說明write ready，將Y值附給DXR10，該值為濾波器輸出值。在斷點(diǎn)處自動更新。CCS代碼調(diào)試器是針對標(biāo)準(zhǔn)TMS320調(diào)試接口的集成開發(fā)環(huán)境IDE，由TI公司在1999年推出。數(shù)據(jù)塊和系數(shù)塊都要放在雙尋址數(shù)據(jù)存儲區(qū)。采用RTPZ和MAC指令結(jié)合循環(huán)尋址方式可以方便地實現(xiàn)這一運(yùn)算:RPTZ累加器，N一1MAC(雙訪問數(shù)據(jù))，(雙訪問數(shù)據(jù))，累加器其中，RPTZ指令將累加器清零初始化，并將立即數(shù)N一1(16位)裝入到重復(fù)計數(shù)器，使下一條指令重復(fù)執(zhí)行N次。（2)設(shè)置PMST控制寄存器。由于這些寄存器是存儲器映像，所以可以像對數(shù)據(jù)存儲器操作那樣對它們進(jìn)行讀出和寫入。因此，對定點(diǎn)數(shù)而言，數(shù)值范圍與精度是一對矛盾，一個變量要想能夠表示較大的數(shù)值范圍，必須以犧牲精度為代價。通過設(shè)定小數(shù)點(diǎn)在16位數(shù)中的不同位置，就可以表示不同大小和不同精度的小數(shù)了。如無特別的說明，下面均以16位字長為例。④用示波器查看系統(tǒng)中主要的時鐘信號的波形，包括DSP輸入時鐘信號、DSP輸出時鐘信號、ADC和DAC的系統(tǒng)時鐘信號及幀同步時鐘信號(需要結(jié)合DSP的開發(fā)環(huán)境和仿真器進(jìn)行測試)。當(dāng)硬件平臺建立好后，重要工作就是硬件調(diào)試和軟件硬件聯(lián)調(diào)。另外，必須給高速的信號線提供一個盡可能小的信號回路。在這種方式下對接收時鐘信號BCLKR和接收幀同步信號BFSR將不進(jìn)行連接，因為它們的內(nèi)部與BCLKX和BFSX相連接。 McBSP接口設(shè)計DSP5402具有兩個高速、全雙工、多通道緩沖串行接口(McBSP)其方便的數(shù)據(jù)流控制可使其與大多數(shù)同步串行外圍設(shè)備接口。②轉(zhuǎn)換誤差，轉(zhuǎn)換誤差的來源很多，轉(zhuǎn)換器中各元件參數(shù)值的誤差，基準(zhǔn)電源不夠穩(wěn)定和運(yùn)算放大器的零漂的影響等。這就是構(gòu)成D/A轉(zhuǎn)換器的基本思路。TLV1570在3V電壓下的采樣頻率為625KSPS，因此對于輸入信號來說最高頻率不能超過300K。①分辨率:它說明A/D轉(zhuǎn)換器對輸入信號的分辨能力，A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率以輸出二進(jìn)制(或十進(jìn)制)數(shù)的位數(shù)表示。②量化和編碼:我們知道，數(shù)字信號不僅在時間上是離散的，而且在數(shù)值上的變化也不是連續(xù)的。下表是Flash中數(shù)據(jù)組織表，括號中H表示高8位，L表示低8位。用戶使用BOOT，需要將DSP設(shè)置為微計算機(jī)方式(MP/MC置低)，這樣DSP復(fù)位后，程序就從內(nèi)部ROM的FF80H地址開始運(yùn)行。讀/寫信號側(cè)W則控制數(shù)據(jù)傳送方向。FLASH存儲器與EPROM相比，具有更高的性能價格比，而且體積小、功耗低、可電擦寫，使用比較方便。JTAG仿真接口定義 內(nèi)部存儲單元及外部存儲擴(kuò)展 內(nèi)部存器TMS320C54X內(nèi)一般包括192K字的可尋址存儲器空間:64K字程序空間，64K字?jǐn)?shù)據(jù)空間和64K字的I/O空間。TDI為測試數(shù)據(jù)輸入，數(shù)據(jù)通過TDI引腳輸入JTAG接口。系統(tǒng)在工作狀態(tài)下，邏輯電平在不停的快速發(fā)生變化，因此系統(tǒng)的電源也會出現(xiàn)不同程度的波動，為保證系統(tǒng)的電源完整性，在輸入5V電源、在所有芯片的各個電源管腳處都增加了去禍電容。一般的，與CPU相比，外設(shè)消耗的電流比較小。該芯片具有上電復(fù)位功能，電壓監(jiān)測功能和看門狗功能。但是，在上電后，系統(tǒng)的晶體振蕩器一般需要幾百毫秒的穩(wěn)定期，一般為100200ms。根據(jù)需要，通過改變處理器狀態(tài)寄存器的三個位MP/MC、OVYL和DROM來靈活地改變存儲器的配置。CPU的基本組成如下:①40位算術(shù)邏輯運(yùn)算單元(ALU)，包括一個40位桶形移位寄存器和2個獨(dú)立的40位累加器。數(shù)字濾波器系統(tǒng)方案框圖通常的設(shè)計中會采用5V供電并行的ADC(模數(shù)轉(zhuǎn)換)和DAC(數(shù)模轉(zhuǎn)換)芯片與DSP連接，傳輸數(shù)據(jù)過程中會占用總線的時間。幅度/Hz39。 MATLAB軟件數(shù)字濾波器仿真結(jié)果利用MATLAB軟件提供的相關(guān)函數(shù)可以設(shè)計8種數(shù)字濾波器:IIR低通濾波器、IIR高通濾波器、IIR帶通濾波器、IIR帶阻濾波器、FIR低通濾波器、FIR高通濾波器、FIR帶通濾波器、FIR帶阻濾波器。Blackman窗函數(shù)blackman()，語法格式為blackman(N)返回一N點(diǎn)Blackman窗，結(jié)果為列向量。用最小二乘逼近法設(shè)計的線性相位FRI數(shù)字濾波器firls()，語法格式為B=firls(N，F(xiàn)，A)返回一個長度為N+l的線性相位FIR數(shù)字濾波器，期望的頻率響應(yīng)由向量F和A確定，用這種方法設(shè)計的濾波器是最佳的最小二乘逼近。工程中常用的窗函數(shù)有:矩形窗，巴特利特窗，漢寧窗、海明窗、布來克曼窗和凱色窗。當(dāng)不全為零時，即輸出不僅與輸入有關(guān)，而且與過去的輸出有關(guān)，則稱這種濾波器為遞歸型濾波器。FIR濾波器可以對給定的頻率特性直接設(shè)計，而IRI濾波器目前最通用的方法是利用已成熟的模擬濾波器的設(shè)計方法來進(jìn)行設(shè)計。（a）級聯(lián)型結(jié)構(gòu)框圖（b）級聯(lián)型結(jié)構(gòu)框圖FIR級聯(lián)型結(jié)構(gòu)構(gòu)成4 數(shù)字濾波器的計算機(jī)輔助設(shè)計數(shù)字濾波器用硬件實現(xiàn)的基本部件包括延遲器、乘法器和加法器。 FIR數(shù)字濾波器結(jié)構(gòu)5有限長單位脈沖響應(yīng)濾波器的系統(tǒng)函數(shù)為: (1)其差分方程為: (2)其基本結(jié)構(gòu)型式有以下幾種:由上式可以得到如下圖所示的直接型結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)又可以稱為卷積型結(jié)構(gòu)。編寫一套可行的高效的數(shù)字濾波器程序。通過比較這些方法可見:可以采用MATLAB等軟件來學(xué)習(xí)數(shù)字濾波器的基本知識，計算數(shù)字濾波器的系數(shù)，研究算法的可行性，對數(shù)字濾波器進(jìn)行前期的仿真。(4)用通用的可編程DSP芯片實現(xiàn)。 濾波器的實現(xiàn)方法 數(shù)字濾波器的實現(xiàn)方法一般有以下幾種:(1)在通用的計算機(jī)(如PC)上用軟件(如C語言)實現(xiàn)。小波濾波就是利用信號和噪聲的目的。Wiener濾波是最早提出的一種濾波方法，當(dāng)信號混有白噪聲時，可以在最小均方誤差條件下得到信號的最佳估計?？煽啃愿?因為數(shù)字系統(tǒng)只有兩個電平信號“0”和“1”，受噪聲及環(huán)境條件的影響小，而模擬濾波器各個參數(shù)都有一定的溫度系數(shù)，易受溫度、振動、電磁感應(yīng)等影響。數(shù)字濾波器在數(shù)字信號處理的各種應(yīng)用中發(fā)揮著十分重要的作用,它是通過對采樣數(shù)據(jù)信號進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算處理來達(dá)到頻域濾波的目的。1980年，日本NEC公司推出的PD7720是第一個具有乘法器的商用DSP芯片。從而通過本課題的研究，掌握濾波器的設(shè)計技術(shù)，為通信、信號處理等領(lǐng)域?qū)嵱没瘮?shù)字濾波器設(shè)計提供技術(shù)準(zhǔn)備。關(guān)鍵字?jǐn)?shù)字濾波器 DSP FIR(有限長單位脈沖響應(yīng))Abstract:The mostly important task of this paper is researching the basic theories of digital filter，base on the TMS320VC5402 of Tl pany design digital filter system with high stability and low power consume，acplish the hardware and software task as following:(1)Reach the basic theory of digital filter and the method of realize of digital filter，grasp the principle and characteristic of each digital filter.(2)Reach and analyse how to use the simulate softw