【正文】 FFT 算法將長(zhǎng)序列的 DFT分解為短序列的DFT，比如 N點(diǎn)的 DFT先分解為 2個(gè) N/2點(diǎn)的 DFT，每個(gè) N/2點(diǎn)的 DFT又分解為 N/4點(diǎn)的DFT，如此這般下去就可以了。所謂引腳的配置，是將相應(yīng)的引腳按照正確的邏輯狀態(tài)進(jìn)行設(shè)置，即用 10K 電阻上拉到高電位，使引腳置為邏輯 1；或?qū)⒁_直接接地，置為邏輯 0。另一種方法是利用 DSP 芯片內(nèi)部的振基于 DSP 的帶阻濾波器設(shè)計(jì) 18 蕩器構(gòu)成時(shí)鐘電路， 也就是在 X1 和 X2/CLKIN 引腳 之間接入一個(gè)晶體來(lái)啟動(dòng) DSP芯片 內(nèi)部振蕩器，如圖 38 所示。為了解決這種問(wèn)題，除了在軟件設(shè)計(jì)中加入一些保護(hù)措施外，硬件設(shè)計(jì)也必須做出相應(yīng)的處理。時(shí)鐘電路也需要消耗一小部分電流，且這部分電流是恒定的，與 CPU 和外設(shè)的激活程度無(wú)關(guān)。 A151A142A133A124A115A1018A919A820A721A624A525A426A327A242A143A044CE6WE17OE41UB40LB39NC22VCC11VCC33GND12GND34I/O07I/O18I/O29I/O310I/O413I/O514I/O615I/O716I/O829I/O930I/O1031I/O1132I/O1235I/O1336I/O1437I/O1538NC23NC28IS61LV6416PRAMD0D2D1D3D4D5D7D6D8D9D10D11D12D13D14D15C24GNDGNDA0A1A2A3A4A6A5A7A8A10A9A11A12A13A14A15DSP_R/WDSP_PSC23GNDGND 圖 35 PRAM IS61LV6416 與 DSP 的連接 DSP 系統(tǒng)的外圍電路設(shè)計(jì) 一個(gè)完整的 DSP 系統(tǒng)通常是由 DSP 芯片和其他相應(yīng)的外圍器件構(gòu)成的。因此，本 課題設(shè)計(jì)中采用的FLASH 存儲(chǔ)芯片是 AM29LV400B 芯片。 TLV5608 按 DSP 發(fā)出的控制字進(jìn)行轉(zhuǎn)換，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)果產(chǎn)生后 (如 FIFO 堆棧滿 )，發(fā)出 DOUT 信號(hào)通知 DSP 轉(zhuǎn)換結(jié)束。 GND11SDI2VCC5REFM14INT4REFP15SDO1CSTART10PWDN12SCLK3A16CS16TLV2544A27A38A49FS13TLV2544DSP_BIODSP_XFGNDPortC17C18C19796R18GNDDSP_BDX0DSP_BFSODSP_BCLK0DSP_BDR0 圖 31 TMS320VC5402 與 A/D TLV2544 的接口電路 TLV2544 采用正常的采樣方式，通過(guò)軟件啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換， CSTART 和 PWDN 接電源電壓。 TLV2544 器件除了具有高速模數(shù)轉(zhuǎn)換和多種控制功能外，還具有片內(nèi)模數(shù)多路選擇器，可選擇任意通道模擬電壓作為外部模擬輸入，也可從三個(gè)內(nèi)部自測(cè)試電壓中任選一個(gè)作為輸入。 ? 采樣頻率。該 DSP 芯片具有較快的運(yùn)行速度，并且采用了低功耗的設(shè)計(jì)方式：內(nèi)核電壓為 ， I/O 電壓為 V。 圖 21 典型的 DSP 系統(tǒng)框圖 由于 DSP 系統(tǒng)是以數(shù)字信號(hào)處理理論為基礎(chǔ)的，所以其具有數(shù)字信號(hào)處理器的優(yōu)點(diǎn)： ? 接口方便， DSP 系統(tǒng)與其它以數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)或設(shè)備都是相互兼容的，比模擬系統(tǒng)與這些系統(tǒng)接口要容易的多。 數(shù)字信號(hào)處理是利用計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ锰幚碓O(shè)備，以數(shù)值計(jì)算的方法，對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集、濾波、增強(qiáng)、壓縮、估值和識(shí)別等加工處理，借以達(dá)到提取信息和便于應(yīng)用的目的， 數(shù)字信號(hào)處理主要是研究有關(guān)數(shù)字濾波技術(shù)、離散變換快速算法和譜分析方法。因此，我們要設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器來(lái)濾除此工頻干擾，來(lái)解決它在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中造成的困難。 5 設(shè)計(jì)人機(jī)交互接口。 10 畢業(yè)設(shè)計(jì)完成后，要求提交論文，包括詳細(xì)的設(shè)計(jì)說(shuō)明、圖紙等技術(shù)資料。因而隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，用數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)濾波器的功能越來(lái)越受到人們的注意和廣泛的應(yīng)用 ]1[ 。 相對(duì)于 IIR濾波器， FIR濾波器有著易于實(shí)現(xiàn)和系統(tǒng)絕對(duì)穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)，因此得到了廣泛的應(yīng)用 ]5[ 。 ? 可重復(fù)性好，模擬系統(tǒng)的性能受元件參數(shù)性能的變化影響大，而數(shù)字系統(tǒng)基本不受影響，更便于測(cè)試、調(diào)試和大規(guī)模生產(chǎn)。指標(biāo)已確定，以下 應(yīng) 該先設(shè) 計(jì) DSP系統(tǒng)的硬件電路 ， DSP系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)又稱為目標(biāo)板設(shè)計(jì)，是在考慮算法需求、成本、體積和功耗核算的基礎(chǔ)上完成的，主要包括 DSP芯片及 DSP基本系統(tǒng)、存儲(chǔ)器、數(shù) /模和模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器 、 控制接口和電源處理等。因?yàn)?DSP 芯片的數(shù)據(jù)是 16 位，所以最理想的精度為 12 位，留出四位做算法的溢出保護(hù)位。另一種模式是使用 FS 模式 (FS 來(lái)自 DSP 的有效信號(hào) ),常用 于 TMS320 系列的 DSP。 DSP 與 D/A 轉(zhuǎn)換器的接口 模數(shù)接口 是 DSP 處理系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分，主要完成模擬量與數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換，這要用到 D/A 轉(zhuǎn)換器 。當(dāng)片上存儲(chǔ)資源不能滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求時(shí)，就需要進(jìn)行外部存儲(chǔ)器擴(kuò)展。但是，這樣 DSP 芯片中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器還是不夠用，因此我們要擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。下面介紹 TMS320VC5402 芯片 的 電源電路設(shè)計(jì)。這些芯片可分為線性芯片和開(kāi)關(guān)芯片兩種，在設(shè)計(jì)中要根據(jù)實(shí)際的需要來(lái)選擇。其中， MAX706S 是一種能與具有 工作電壓的DSP 芯片相匹配的自動(dòng)復(fù)位電路。當(dāng)外部時(shí)鐘輸入后，通過(guò) 內(nèi)部鎖相環(huán) PLL 電路可以 倍頻到所需要的工作頻率。時(shí)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(shí)鐘引腳 X1和 X2/CLKIN 外接晶體。 DIT FFT算法是在時(shí)域內(nèi)將每一級(jí)輸入序列依次按奇 /偶分成 2個(gè)短序列進(jìn)行計(jì)算的，而 DIF FFT算法是在頻域內(nèi)將每一級(jí)輸入序列依次按奇 /偶分成 2個(gè)短序列進(jìn)行計(jì)算的。 正是由于 FFT有著這些用途，并考慮到對(duì)濾波器參數(shù)的判定，以及今后繼續(xù)開(kāi)發(fā)其他通訊軟件時(shí)的應(yīng)用，編寫了 FFT子程序，這樣既可以直接演示信號(hào)頻譜，也可以把子程序嵌入到主程序之中，進(jìn)行頻譜分析與計(jì)算 ]12[ 。其中， TCK 是仿真器發(fā)向目標(biāo)板的時(shí)鐘信號(hào)； TDI為數(shù)據(jù)輸入，即數(shù)據(jù)由仿真器端傳向目標(biāo)板； TDO 為數(shù)據(jù)輸出，其方向與 TDI 相反，即數(shù)據(jù)由目標(biāo)板傳向仿真器端； TMS 為測(cè)試模式選擇，信號(hào)由仿真器發(fā)起，目標(biāo)板為接收端； TRST 是仿真器發(fā)起的復(fù)位信號(hào)，用于 JTAG 仿真模式的復(fù)位； EMU0 和EMU1 用于對(duì)多處理器的目標(biāo)板進(jìn)行仿真。 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì) 時(shí)鐘電路用來(lái)為 TMS320VC5402 芯片提供時(shí)鐘信號(hào)，由一個(gè)內(nèi)部振蕩器和一個(gè)鎖相環(huán) PLL 組成，可通過(guò)晶振或者外部的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)。 X_RDYNC1NC21GND31EN41IN51IN6NC7NC82GND92EN102IN112IN12NC13NC14NC15NC162OUT172OUT182SENSE19NC20NC212RESET221OUT232OUT241FB/SENSE25NC26NC271RESET28TPS73HD318TGND5VGNDC14104C11104C12104C910447uFC1347uFC1047uFC847uFC15GND 圖 36 雙電源電路 復(fù)位電路的設(shè)計(jì) TMS320VC5402 芯片的 復(fù)位輸入引腳 ( RS )為處理器提供了硬件初始化的方法，它是一種不可屏蔽的外部中斷，可在任何時(shí)候?qū)?TMS320VC5402 芯片進(jìn)行復(fù)位。理想情況下， DSP 芯片上的兩個(gè)電 源應(yīng)同時(shí)加電，但在有些場(chǎng)合很難做到。地址線和 數(shù) 據(jù)線對(duì)應(yīng)相連，由于是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展，存儲(chǔ)器的片選信號(hào) CE 與 DSP 芯片的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的片選信號(hào) DS 連接，以選通外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，而存儲(chǔ)器的寫允許端 WE 與 DSP 芯片的讀 /寫控制端 WR/ 相連，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀 /寫操作 ， 并且 讀選通信號(hào) OE 、高位字節(jié)選通信號(hào) UB 和低位字節(jié)選通信號(hào) LB 引腳接地 ]11[ 。 目前，市場(chǎng)上的 EPROM 工作電壓一般為 5V，與 的 DSP 芯片連接時(shí)需要考慮電平轉(zhuǎn)換的問(wèn)題，而且體 積都很大?；谇懊嬉笥?DSP芯片來(lái)設(shè)計(jì)帶阻濾波器，并 且用到的采樣頻率 HzK10Fs ? ，那么平滑濾波器的 截止頻率 Hzf 20xx? ，并且我們用 RC 濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)此濾波器，假定 RC 濾波器中的電容FC ? ? ， 又 RC 濾波器的 截止頻率 )2(/1 RCf ?? ，進(jìn)而可以得出 RC 濾波器中的電阻 ??79617R 。與 TLV2544接口時(shí)， TMS320VC5402 芯片 作為 SPI 主設(shè)備向 TLV2544 提供串行時(shí)鐘、命令和片選信號(hào)，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接，不需要附加邏輯電路 ]8[ 。轉(zhuǎn)換器的價(jià)格也是選擇 A/D 的 一個(gè)重要因素。本節(jié)主要介紹 DSP與 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換器的接口電路。并且所設(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 ? ；點(diǎn)數(shù)： 1550N? 。 本論文共分為四個(gè)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(jì)以及 DSP 芯片的選擇；第三章詳細(xì)介紹了 DSP 系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)，說(shuō)明了 DSP 系統(tǒng)有哪幾部分組成；第四章詳細(xì)介紹了課題中所要設(shè)計(jì)的帶阻濾波器的軟件實(shí)現(xiàn)方法。因此，我們有必要對(duì)濾波器的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行研究，理解其工作原理，優(yōu)化其設(shè)計(jì)方法，并設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出穩(wěn)定性好的濾波器系統(tǒng)。之后依據(jù)估計(jì)運(yùn)算量選擇相應(yīng)的 DSP處理器芯片，并根據(jù)轉(zhuǎn)換精度來(lái)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(jìn)行 FLASH、 SRAM 與 PRAM 的外部存儲(chǔ)器擴(kuò)展來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè) DSP 應(yīng)用系統(tǒng)，并設(shè)定其中參數(shù)。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 題目 基于 DSP的帶阻濾波器設(shè)計(jì) 專業(yè) 電子信息工程 學(xué)號(hào) 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(chǎng)的常見(jiàn)干擾源，它的存在對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)小信號(hào)的提取造成了較大的困難，課題要求采用 DSP 設(shè)計(jì)一個(gè)通用，濾波參數(shù)可以調(diào)節(jié)的帶阻式濾波器，以滿足對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)小信號(hào)提取的要求。 首先依據(jù)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的特點(diǎn)，采用 MATLAB 仿真計(jì)算帶阻濾波器的性能指標(biāo)，得到能滿足現(xiàn)場(chǎng)提取信號(hào)要求的濾波器系數(shù)表。 用可編程 DSP芯片實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波時(shí)，可通過(guò)修改濾波器的參數(shù)十分方便地改變?yōu)V波器的特性。 (3) 研究 DSP 的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：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(jì)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(shí)現(xiàn)所要設(shè)計(jì)的 FIR 帶阻 濾波器系統(tǒng)。 圖 22 DSP 系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)流程 基于第一章所述，工頻干擾是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中的常見(jiàn)干擾源，它的存在對(duì)于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中小信號(hào)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(jì)一個(gè)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(duì)于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中小信號(hào)提取的要求。從上述的信號(hào)處理過(guò)程可以看出 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換器的作用。 ? 器件價(jià)格。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。在信號(hào)經(jīng)過(guò) D/A 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)從 OUTA 輸出之后，此信號(hào)還需要再經(jīng)過(guò)平滑濾波器使其波形平滑，才可輸出到其他設(shè)備。當(dāng)片內(nèi) RAM 映射到程序空間時(shí) (OVLY=1)，程序存儲(chǔ)器的每一頁(yè)由兩部分組成，為最多 32K 字的公共塊和 32K 字的私有塊，公共塊被所有的頁(yè)共享，私有塊只能通過(guò)它所在的頁(yè)來(lái)訪問(wèn) ]9[ 。 TMS320VC5402 與 IS61LV6416 擴(kuò)展的 SRAM 連接如圖 34 所示。由于 TMS320VC5402芯片采用雙電源供電，使用時(shí)需要考慮它們的加電次序。電源電路基于 DSP 的帶阻濾波器設(shè)計(jì) 16 如圖 36 所示 ]8[ 。 WDO8RST7PFO5VCC2