【文章內(nèi)容簡介】 +1的線性相位FIR濾波器，濾波器的理想頻率響應(yīng)由F和A描述，這種濾波器是按最大絕對誤差最小化的逼近準則設(shè)計的。FIR階數(shù)估計(低通、高通、帶通、多頻帶)renezord()，語法格式為[N, Fo，An，W]=remezord(F，A，DEV，F(xiàn)s)返回調(diào)用:remez()函數(shù)需要給定的輸入?yún)?shù)即階數(shù)N，歸一化頻帶邊緣Fo，頻帶幅值A(chǔ)o和權(quán)值W。復(fù)數(shù)非線性相位等紋波FIR濾波器的設(shè)計cremez，語法格式為B=cremez(N，F(xiàn)，‘frest’，W)返回一個對理想頻率響應(yīng)最佳逼近的N+l階FIR濾波器。Bartlett窗函數(shù)bartleet()，語法格式為bartlett(N)返回一N點Bartlett窗，結(jié)果為列向量。Blackman窗函數(shù)blackman()，語法格式為blackman(N)返回一N點Blackman窗，結(jié)果為列向量。矩形窗函數(shù)boxcar()，語法格式為boxcar(N)返回一N點矩形窗，結(jié)果為列向量。Hamming窗函數(shù)hamming()，語法格式為hamming(N)返回一N點Hamming窗，結(jié)果為列向量。Hanning窗函數(shù)hanning()，語法格式為hanning(N)返回一N點Hanning窗，結(jié)果為列向量。三角窗函數(shù)triang()，語法格式為triang(N)返回一N點三角窗，結(jié)果為列向量。Chebyshev窗函數(shù)chebwin()，語法格式為chebwin (N)返回一N點Chebyshev窗，其紋波為R(dB)，N必須為奇數(shù)。如果N為偶數(shù)，則返回的是一N+1點Chebyshev窗。Kaiser窗函數(shù)kaiser()，語法格式為kaiser(N，BETA)返回的是一N點的Kaiser窗。 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。本畢業(yè)論文以設(shè)計FIR帶阻數(shù)字濾波器為例：阻帶頻率為2500HZ一3500HZ，通帶起始頻率分別為1500HZ和4500HZ，，采樣頻率為16000HZ。程序代碼和仿真結(jié)果如下:Fs=16000。[n,of,mo,w]=remezord([1500 2500 3500 4500],[1 0 1],[ ],16000)。b=remez(n,of,mo,w)。[h,f]=freqz(b)。plot(f*Fs/(2*pi),abs(h))。xlabel(39。幅度/Hz39。)。ylabel(39。幅值39。)FIR數(shù)字濾波器仿真結(jié)果5 數(shù)字濾波器硬件電路設(shè)計 基于DSP的數(shù)字濾波器總體硬件設(shè)計方案TI公司的2000系列和5000系列的DSP都是通用型的芯片，考慮到2000系列的DSP多用于控制方面，而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大的運算功能，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DSP:TMS320VC5402。該DSP具有較快的運算速度:運算速度最快可達532MIPS。采用了低功耗設(shè)計方式:，I/。數(shù)字濾波系統(tǒng)的電路原理圖見附錄。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?？紤]到TMS320VC5402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，因此本設(shè)計中采用了SPI接口器件，ADC芯片采用的是TLV1570，實現(xiàn)將需要濾波信號從模擬轉(zhuǎn)換到數(shù)字信號的實時采樣。數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片采用的是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。JTGA口供DSP芯片下載程序調(diào)試。在下面的章節(jié)中將分別論述各個模塊電路設(shè)計技巧。 TMS320VC5402內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)TMS320VC5402是定點的數(shù)字信號處理器。它采用先進的修正哈佛結(jié)構(gòu)，片內(nèi)共有8條16位的總線，其中包括4條程序/數(shù)據(jù)總線和4條地址總線。CPU采用并行結(jié)構(gòu)設(shè)計特點，使其能在一條指令周期內(nèi)，高速地完成多項算術(shù)運算。CPU的基本組成如下:①40位算術(shù)邏輯運算單元(ALU)，包括一個40位桶形移位寄存器和2個獨立的40位累加器。②17X17位并行乘法器，與40位專用加法器相連，用于非流水線式單周期乘法/累加(做C)運算。③比較、選擇和存儲單元(CSSU)，用于加法/比較選擇。④指數(shù)編碼器，可以在單個周期內(nèi)計算40位累加器中數(shù)值的指數(shù)。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)。器片內(nèi)存儲器的種類只要有以下幾種:雙訪問RAM(DARAM)，單訪問RAM(SRAM)和ROM。RAM一般映射在數(shù)據(jù)空間。DRAM一般由若干塊構(gòu)成，由于每塊DARAM在一個機器周期內(nèi)可以被訪問2次，中央處理單元和片內(nèi)外設(shè)在一個周期內(nèi)可以同時對其進行一次讀和一次寫操作。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。數(shù)據(jù)存儲空間還有一塊特殊的區(qū)域，00H~08H。這塊區(qū)域包含的是存儲器映像寄存器，它包含了DSP中所有的寄存器，可以通過讀這塊存儲器來了解各個寄存器的值，或者通過寫這塊寄存器來改變寄存器的值。因此編程時不能隨便向這個區(qū)域存儲數(shù)據(jù)，除非根據(jù)需要來改變相應(yīng)寄存器的值，否則會導(dǎo)致程序運行結(jié)果錯誤。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。 復(fù)位電路設(shè)計為了確保系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的工作，復(fù)位電路是系統(tǒng)中必不可少的電路。電源剛加上電時，TMS320VC5402芯片處于復(fù)位狀態(tài)，/RS為低使芯片復(fù)位。為使芯片初始化正確，一般應(yīng)保證/RS為低至少持續(xù)3個CLKOUT周期。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。對于實際的DSP應(yīng)用系統(tǒng)，特別是產(chǎn)品化的DSP系統(tǒng)，其可靠性是一個不容忽視的問題。由于DSP系統(tǒng)的時鐘頻率較高，在運行時極有可能發(fā)生干擾和被干擾的現(xiàn)象，嚴重時系統(tǒng)可能會出現(xiàn)死機現(xiàn)象。為了克服這種情況，除了在軟件上做一些保護措施外，硬件上也必須做相應(yīng)的處理。硬件上最有效的保護措施就是采用具有監(jiān)視(Wathcdog)功能的自動復(fù)位電路。自動復(fù)位電路除了具有上電復(fù)位功能外，還具有監(jiān)視系統(tǒng)運行并在系統(tǒng)發(fā)生故障或死機時再次復(fù)位的功能。其基本原理就是通過電路提供一個高低電平發(fā)生變化的信號，如果在規(guī)定的時間內(nèi)這個信號不發(fā)生變化，自動復(fù)位電路就認為系統(tǒng)運行不正常并重新對系統(tǒng)進行復(fù)位。根據(jù)上述原理，在本系統(tǒng)的設(shè)計中采用了ADM706TAR芯片。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。數(shù)字濾波器系統(tǒng)復(fù)位電路原理圖 時鐘電路設(shè)計給DSP芯片提供時鐘一般有兩種方法。一種是利用DSP芯片內(nèi)部所提供的晶振電路，在DSP芯片的Xl和X2/CLKIN之間連接一晶體可啟動內(nèi)部振蕩器，晶體應(yīng)為基本模式，且為并聯(lián)諧振。另一種方法是將外部的時鐘源直接輸入X2/CLKIN引腳，X1懸空。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。 DSP時鐘電路原理圖 電源設(shè)計為了降低芯片的功耗，DSP5402芯片采用低電壓供電方式，并且采用內(nèi)核電壓和I/0電壓分開的方式。TMS320VC5402芯片電源分為兩種，即內(nèi)核電壓(CVdd)和I/O電壓(DVdd)，其中，I/。TMS320VC5402的電流消耗主要取決于器件的激活度，CVdd消耗的電流主要取決于CPU的激活度，外設(shè)消耗的電流取決于正在工作的外設(shè)及其速度。一般的，與CPU相比，外設(shè)消耗的電流比較小。時鐘電路也需要消耗一小部分的電流，而且這部分電流是恒定的，與CPU和外設(shè)的激活度無關(guān)。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)。DVdd只為外部接口引腳提供電壓，消耗的電流取決于外部輸出的速度和數(shù)量，以及在這些輸出上的負載電容。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。在本系統(tǒng)的設(shè)計中采用了兩片AMS1117來提供DSP芯片的I/O電源和內(nèi)核電源。AMSl1l7為最大輸出電流可達800mA的LDO(Low Dropout Voltage Regulator)，、。由于LDO的功耗為(UIUO)IO I，而系統(tǒng)的輸入電壓為5V，為將低整個系統(tǒng)的功耗，而不是直接接到5V電源電壓上，這樣系統(tǒng)功耗將降低51mW。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。由于有兩個電源，需要考慮的一個問題是加電次序。理想情況下，DSP芯片上的兩個電源同時加電，但是在一些場合很難做到。如果不能做到同時加電，應(yīng)先對DVdd加電，然后對CVdd加電。DVdd應(yīng)不超過CVdd電壓2V。 JTAG接口設(shè)計JTAG(Joint Test Action Group)是1985年制定的檢測PCB和IC芯片的一個標(biāo)準，1990年被修改后成為IEEE的一個標(biāo)準。通過這個標(biāo)準，可對具有JTAG接口的芯片的硬件電路進行邊界掃描和故障檢測。具有JTAG接口的芯片，相關(guān)JTAG引腳的定義為:TCK為測試時鐘輸入。TDI為測試數(shù)據(jù)輸入，數(shù)據(jù)通過TDI引腳輸入JTAG接口。TDO為測試數(shù)據(jù)輸出，數(shù)據(jù)通過TDO引腳從JTAG接口輸出。TMS為測試模式選擇，TMS用來設(shè)置JTAG接口處于某種特定的測試模式。TRST為測試復(fù)位，輸入引腳，低電平有效。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。而仿真器通過仿真接口實現(xiàn)與DSP之間的數(shù)據(jù)交互。設(shè)計仿真接口比較簡單，只要根據(jù)DSP芯片所提供的接口類型按照相應(yīng)的接口標(biāo)準即可。下圖為JTAG仿真接口定義。JTAG仿真接口定義 內(nèi)部存儲單元及外部存儲擴展 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字數(shù)據(jù)空間和64K字的I/O空間。片內(nèi)存儲器的結(jié)構(gòu)和容量根據(jù)芯片的型號有所區(qū)別，但都包含隨機存取存儲器(RAM)和只讀存儲器(ROM)。其中RAM又可以分為兩種類型:單訪問RAM(SARAM)和雙訪問RAM(DARAM)。當(dāng)處理器發(fā)出的地址處在片內(nèi)存儲器的范圍內(nèi)時，就對片內(nèi)的RAM或數(shù)據(jù)ROM尋址。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。 外部總線及外部存儲器接口通常一個DSP系統(tǒng)除了DSP芯片外，還需要外部的存儲器。外部存儲器一般有兩種，一種是存儲程序和固定數(shù)據(jù)的EPROM/PROM，一種是可讀可寫的快速RAM。目前市場上的EPROM工作電壓一般為5V，而且體積都較大。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。因此采用Flash存儲器存儲程序和固定數(shù)據(jù)是一種比較好的選擇。TMS320VC5402通過外部總線與外部存儲器以及拍設(shè)備相連。外部總線接口由數(shù)據(jù)總線、地址總線以及一組控制信號組成，可以用來尋址片外存儲器和I/O口1。主要外部接口信號見下表。擴展存儲器引腳信號定義外部接口總線是一組并行接口。它有兩個互相排斥的選通信號:MSTRB和IOSTRB。前者用于訪問外部程序或者數(shù)據(jù)存儲器，后者用于訪問I/O設(shè)備。讀/寫信號側(cè)W則控制數(shù)據(jù)傳送方向。外部數(shù)據(jù)準備輸入信號(REDAY)與片內(nèi)軟件可編程等待狀態(tài)發(fā)生器一道，可以使處理器與各種速度的存儲器以及I/0設(shè)備接口。當(dāng)與慢速器件通信時，CPU處于等待狀態(tài)，直到慢速器件完成了它的操作并發(fā)出READY信號才繼續(xù)運行。當(dāng)外部設(shè)備需要尋址DSP的外部程序、數(shù)據(jù)和I/O存儲空間時，可以利用HOLD和HODLA信號，達到控制DSP外部資源的目的。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)。 外部總線擴展Flash實現(xiàn)8位并行B00TTMS320VC5402內(nèi)部具有ZK字的BOOT ROM，為脫機運行提供了五種啟動裝載模式:HPI端口啟動模式、標(biāo)準串口啟動模式、I/O口啟動模式、串口EEPROM啟動模式和并行啟動方式。這些不同的BOOT方式可以滿足用戶不同的應(yīng)用場合，對于