基于tms320vc5402芯片的iir數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2024-12-13 21:38 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 位累加器 ； 7位 17位的并行乘法器與一個(gè) 40位的專用加法器結(jié)合在一起，用于非流水線的單周期乘/累加 (MAC)操作 ； 比較，選擇和存儲(chǔ)單元 (CSSU)，用于 Viterbi操作中的加 /比較選擇指 《基于 TMS320VC5402 芯片的 IIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)》 第 1 頁(yè) 共 19 頁(yè) 9 數(shù)編碼器用于在單周期內(nèi)計(jì)算 40位累加器的指數(shù)值 ； 2個(gè)地址生成器，包括 8個(gè)輔助寄存器和 2個(gè)輔助寄存器算術(shù)單元 (ARAUs)； 數(shù)據(jù)總線具有數(shù)據(jù)保持特性 。 (2)存儲(chǔ)器 ： 數(shù)據(jù)總線具有數(shù)據(jù)保 持特性 ； 最大可尋址外部程序空間為 1M 16位的的擴(kuò)展可尋址模式 ； 4k 16位的片內(nèi) ROM； 16k 16位雙尋址的片內(nèi) RAM。 (3)指令系統(tǒng) ： 程序代碼的單指令重復(fù)和塊重復(fù)操作指令 ； 用于有效地程序和數(shù)據(jù)管理的存儲(chǔ)器塊傳遞指令 ； 32位長(zhǎng)字節(jié)操作數(shù)指令 ； 讀入 2個(gè)或 3個(gè)操作數(shù)的指令 ； 并行存儲(chǔ)和裝入的算術(shù)指令 ； 條件存儲(chǔ)指令 ?？焖?gòu)闹袛喾祷刂噶?。 (4）在片外圍電路 ： 軟件可編程等待狀態(tài)發(fā)生器和可編程分區(qū)轉(zhuǎn)換控制器 ； 片內(nèi)鎖相環(huán) (PLL)時(shí)鐘發(fā)生器，可采用內(nèi)部震蕩器或外部的時(shí)鐘源 ； 兩個(gè)多通道緩沖串口(McBSPs)加強(qiáng)的 8位并行主機(jī)接口 (HPI8)； 兩個(gè) 16位定時(shí)器 ； 6通道直接存儲(chǔ)訪問 (DMA)控制器 。 (5）電源 ： 用功耗下降模式下的 IDLE1， IDLE2和 IDLE3指令控制芯片的功耗；控制禁止信號(hào) CLKOUT。 (6）其他：有符合 ； 0ns單周期定點(diǎn)指令運(yùn)行時(shí)間(100MIPS)，電源 （內(nèi)核 ）； 44管腳 TQFP封裝和 BGA封裝。 MS320VC5402 DSP 采用先進(jìn)的修正哈佛結(jié)構(gòu)和 8總線結(jié)構(gòu)，使處理器的性能大大提高。其獨(dú)立的程序和數(shù)據(jù)總線，允許同時(shí)訪問程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器，實(shí)現(xiàn)高度并行操作。此外，還可以在數(shù)據(jù)總線和程序總線之間相互傳送數(shù)據(jù)，從而使處理器具有在單周期內(nèi)同時(shí)執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、移位操作、乘法累加運(yùn)算以及訪問程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的功能。該 DSP具有較快的運(yùn)算速度 :運(yùn)算速度最快可達(dá) 532MIPS；采用了低功耗設(shè)計(jì)方式：內(nèi)核電壓為 ， I/O電壓為 V。 數(shù)字濾波系統(tǒng)的具體方案框圖如圖 6所示： 圖 6 數(shù)字濾波器系統(tǒng)方案框圖 《基于 TMS320VC5402 芯片的 IIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)》 第 1 頁(yè) 共 19 頁(yè) 10 通常的設(shè)計(jì)中會(huì)采用 SV 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(huì)占用總線的時(shí)間，而且需 要采用多片電平轉(zhuǎn)換器件將SV電平轉(zhuǎn)換為 的邏輯電平?？紤]到 TMS320VC5402 的片上包含兩個(gè) McBSP(多通道緩沖串行口 )接口，可以將這兩個(gè)通道模仿實(shí)現(xiàn) SPI 的時(shí)序，因此本設(shè)計(jì)中采用了 SPI接口器件， ADC 芯片采用的是 TLV 1570，實(shí)現(xiàn)將需要濾波信號(hào)從模擬轉(zhuǎn)換到數(shù)字信號(hào)的實(shí)時(shí)采樣。數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片采用的是 TLV 5608，實(shí)現(xiàn)濾波后的信號(hào)從數(shù)字信號(hào)恢復(fù)為所需要的模擬信號(hào)。 JTGA 口供 DSP 芯片下載程序調(diào)試。 TMS320C5402 的體系結(jié)構(gòu) TMS320VC5402 處理器在本系列中處于先進(jìn) 水平。它具有運(yùn)算速度快，內(nèi)部存儲(chǔ)空間大，外部接口性能好等優(yōu)點(diǎn)。所以我選擇了技術(shù)上比較先進(jìn)，價(jià)格又較便宜的 C5402作為硬件開發(fā)對(duì)象。下面結(jié)合 C5402 的實(shí)際情況，介紹一下該芯片的體系結(jié)構(gòu)。 C5402共有 144 個(gè)引腳，其中有 20 根地址線 AOA19， 16 根數(shù)據(jù)線 DOD15， 4 個(gè)外部可屏蔽引腳 INTOINT3和一個(gè)不可屏蔽中斷引腳 BIO，剩下的引腳可以分成以下幾類：存儲(chǔ)器控制引腳，時(shí)鐘 /晶振引腳，多通道緩沖串口引腳，主機(jī)接口通訊引腳，電源引腳，初始化和復(fù)位引腳，通用輸入 /輸出引腳，以及用于測(cè)試的 IEEE1149. 1 標(biāo)準(zhǔn) JTAG 口。 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 一個(gè) DSP 系統(tǒng)可分為最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)和外圍接口設(shè)計(jì)兩部分。 DSP 在必要的工作環(huán)境下才能正常工作，構(gòu)建能支持 DSP 正常工作的最小系統(tǒng)，包括復(fù)位、時(shí)鐘、電源及JTGA 仿真口， FLASH 接口設(shè)計(jì)等。 IIR 數(shù)字濾波器的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)計(jì) TMS320C54X 定點(diǎn) DSP 提供了單周期乘 /累加指令 MAC 和循環(huán)尋址方式，使 IIR數(shù)字濾波器每個(gè)樣值的計(jì)算可以在一個(gè)周期內(nèi)完成。 IIR 數(shù)字濾波器每個(gè)樣值的計(jì)算就是實(shí)現(xiàn)兩數(shù)組對(duì)應(yīng)項(xiàng)乘積的累加和。在計(jì)算時(shí)有前向通道和反饋通道兩部分，因此在計(jì)算設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮 x(n)、 y(n)和 h(n)系數(shù)的存放位置，并正確初始化這兩個(gè)存儲(chǔ)塊指針 ,這樣在計(jì)算中才能夠準(zhǔn)確的提取數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)乘加運(yùn)算。圖 7 是 IIR 濾波器數(shù)據(jù)存放和系數(shù)表 : 《基于 TMS320VC5402 芯片的 IIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)》 第 1 頁(yè) 共 19 頁(yè) 11 圖 7 IIR 數(shù)字濾波器數(shù)據(jù)存放和系數(shù)表 在程序設(shè)計(jì)中，首先將數(shù)據(jù)放入相應(yīng)的段中， X 數(shù)據(jù)指針 AR2 指向 X0，同時(shí)將 H（ n）的指針 AR1 指向 B0，利用乘加指令完成前向通道的一次運(yùn)算；接著修改指針，AR2 指針增 1， H（ n）的指針 AR1 減 1，依次完成前向通道的乘加運(yùn)算；反饋通道應(yīng)用同樣的方法進(jìn)行乘加。在程序設(shè)計(jì)時(shí)，可以采用先增益后衰減的方法，亦可采用先衰減后增益的方法。但是采用先衰減后增益的方式其系統(tǒng)動(dòng)態(tài) 范圍和魯棒性較好，因此在設(shè)計(jì)中采用了后一種方法。 IIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)流程 在設(shè)計(jì)濾波器時(shí)首先要有清晰的思路，因此流程圖的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。本設(shè)計(jì)采用的是基于 DSP 的 IIR 數(shù)字濾波，針對(duì)其要完成的功能，對(duì)其流程進(jìn)行了初步規(guī)劃，如圖 8所示： 開始 系統(tǒng)初始化 分配數(shù)據(jù)空間 《基于 T
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