【正文】 值的大小。因此，二進(jìn)制數(shù)：0010000000000011b=8195二進(jìn)制數(shù):11111111111111100b=4對(duì)DSP芯片而言，參與數(shù)值運(yùn)算的數(shù)就是16位的整型數(shù)。但在許多情況下，數(shù)學(xué)運(yùn)算過(guò)程中的數(shù)不一定都是整數(shù)。那么，DSP芯片是如何處理小數(shù)的呢?應(yīng)該說(shuō)，DSP芯片本身無(wú)能為力。那么DSP芯片如何處理各種小數(shù)呢?這其中關(guān)鍵就是由程序員來(lái)定一個(gè)數(shù)的小數(shù)點(diǎn)處于16位中的哪一位。這就是數(shù)的定標(biāo)。通過(guò)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。數(shù)的定標(biāo)有Q表示和S表示兩種。下表中列出了一個(gè)16位數(shù)的16種Q表示、S表示及它們所能表示的十進(jìn)制數(shù)值的范圍。Q表示、S表示及范圍Q表示S表示十進(jìn)制數(shù)表示范圍Q151≤X≤Q142≤X≤Q134≤X≤Q128≤X≤Q1116≤X≤Q1032≤X≤Q964≤X≤Q8128≤X≤Q7256≤X≤Q6512≤X≤Q51024≤X≤Q42048≤X≤Q34096≤X≤Q28192≤X≤Q116384≤X≤Q032768≤X≤32767從表中可以看出，同樣一個(gè)16位數(shù)，若小數(shù)點(diǎn)設(shè)定的位置不同，它所表示的數(shù)也就不同。但對(duì)于DSP芯片來(lái)說(shuō)，處理的方法是相同的。從上表中還可以看出，不同的Q表示的數(shù)不僅范圍不同，而且精度也不相同。Q越大，數(shù)值范圍越小，但精度越高。相反，Q越小，數(shù)值范圍越大，但精度越低。因此，對(duì)定點(diǎn)數(shù)而言，數(shù)值范圍與精度是一對(duì)矛盾，一個(gè)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(jià)。要想提高精度，則數(shù)的表示范圍就相應(yīng)的減小，在實(shí)際的定點(diǎn)算法中，為達(dá)到最佳的性能，必須充分考慮這一點(diǎn)。浮點(diǎn)數(shù)與定點(diǎn)數(shù)的轉(zhuǎn)換關(guān)系可以表示為:浮點(diǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換為定點(diǎn)數(shù): (14)定點(diǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換為浮點(diǎn)數(shù): (15)為了最大限度的保持?jǐn)?shù)的精度，在將浮點(diǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換為定點(diǎn)數(shù)時(shí)，可以采用上取整的方法，在取整運(yùn)算前，即浮點(diǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換為定點(diǎn)數(shù): (16) 系統(tǒng)初始化程序設(shè)計(jì)DSP系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)之后，軟件設(shè)計(jì)就成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，一個(gè)DSP系統(tǒng)在很大程度上取決于軟件設(shè)計(jì)是否合理與可靠。在DSP進(jìn)行數(shù)字濾波運(yùn)算前必須進(jìn)行一些初始化程序。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(gè)串行端口的初始化。DSP5402共有三個(gè)控制和狀態(tài)寄存器，對(duì)CPU的控制是通過(guò)CPU狀態(tài)和控制寄存器來(lái)完成的。分別為狀態(tài)寄存器0(ST0)、狀態(tài)寄存器1(ST1)和處理器模式狀態(tài)寄存器(PMST)。DSP不同條件和模式下的狀態(tài)都包含ST0和ST1:PMST包含存儲(chǔ)器設(shè)置狀態(tài)和控制信息。由于這些寄存器是存儲(chǔ)器映像，所以可以像對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器操作那樣對(duì)它們進(jìn)行讀出和寫入。在調(diào)用子程序或中斷服務(wù)子程序時(shí)，可以將它們保存下來(lái)，返回時(shí)再恢復(fù)。DSP芯片的初始化是設(shè)定DSP芯片工作狀態(tài)的重要步驟，只有正確進(jìn)行DSP芯片的初始化，才能保證芯片的正確運(yùn)行。在調(diào)試軟件的過(guò)程中，如果發(fā)現(xiàn)程序運(yùn)行不正確，應(yīng)首先查看芯片各寄存器的初始化狀態(tài)設(shè)置是否正確，然后再調(diào)試用戶程序，否則就會(huì)降低調(diào)試效率。TMS320VC5402芯片加電復(fù)位之后處于預(yù)先設(shè)定的狀態(tài)，無(wú)論是狀態(tài)寄存器還是控制寄存器都有一個(gè)確定的數(shù)值。對(duì)寄存器進(jìn)行初始化主要包括:狀態(tài)寄存器ST0、狀態(tài)寄存器ST處理器模式控制寄存器PMST、軟件等待狀態(tài)寄存器SWWSR、組交換控制寄存器BSCR和時(shí)鐘模式寄存器CLKMD。中斷矢量表是每個(gè)DSP系統(tǒng)必須用到的，對(duì)中斷矢量表進(jìn)行初始化是DSP初始化的一個(gè)重要的組成部分，正確設(shè)置中斷矢量包括:（1）根據(jù)DSP芯片對(duì)各中斷矢量的設(shè)置位置編寫一個(gè)子程序。在TMS32OVC5402中，要求每個(gè)中斷矢量占4個(gè)字，如果跳轉(zhuǎn)指令不夠4個(gè)字，可用NOP指令填充，每個(gè)NOP占一個(gè)字。（2)設(shè)置PMST控制寄存器。該寄存器的高9位是IPTR，用于設(shè)置矢量表的起始地址。（3)連接時(shí)將矢量表重定位到IPTR指定的地址。TMS320VC5402芯片包含兩個(gè)多通道緩沖串行口，在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中兩個(gè)串行口分別接DA和AD芯片。McBSP通過(guò)一系列存儲(chǔ)器映射控制寄存器來(lái)進(jìn)行配置和操作。為了是McBSP接口工作在所希望的模式下，必須在初始化時(shí)多相關(guān)寄存器進(jìn)行正確的配置。 FIR程序設(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FIR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。FIR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。采用RTPZ和MAC指令結(jié)合循環(huán)尋址方式可以方便地實(shí)現(xiàn)這一運(yùn)算:RPTZ累加器，N一1MAC(雙訪問(wèn)數(shù)據(jù))，(雙訪問(wèn)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(jì)數(shù)器，使下一條指令重復(fù)執(zhí)行N次。MAC指令實(shí)現(xiàn)將兩存儲(chǔ)區(qū)數(shù)據(jù)的乘積累加到累加器，再通過(guò)使存儲(chǔ)區(qū)指針以循環(huán)尋址的方式指向下一個(gè)存儲(chǔ)區(qū)。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)項(xiàng)相乘，輸入樣值x(n)和濾波器系數(shù)h(n)必須合理存放，并正確初始化這兩個(gè)存儲(chǔ)塊指針。圖中是輸入樣值x(n)和濾波器系數(shù)h(n)在TMS320C54x的一種存放方法，圖(a)是濾波器系數(shù)的存儲(chǔ)器組織，圖(b)是濾波前輸入樣值的存放順序，圖()c是濾波后輸入樣值的存放順序。TMS32OVC5402實(shí)現(xiàn)FIR濾波器的存儲(chǔ)器組織利用TMS320VC5402實(shí)現(xiàn)FIR的程序中應(yīng)注意以下幾點(diǎn):。輸入數(shù)據(jù)和濾波器系數(shù)均小于1，以Q15表示，將FRCT，標(biāo)志置1，輸入數(shù)據(jù)與濾波器系數(shù)乘完后結(jié)果自動(dòng)左移一位，和累加器并取高16位輸出。這樣，輸出和輸入的Q值就一致了。因?yàn)椴捎肕AC指令和循環(huán)尋址，所以輸入數(shù)據(jù)和濾波器系數(shù)的存放要安照一定的要求。數(shù)據(jù)塊和系數(shù)塊都要放在雙尋址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。并且，起始地址為m位地址邊界(N)。為了使用循環(huán)尋址，除了對(duì)數(shù)據(jù)餓存放有要求外，先還要設(shè)置BK為塊長(zhǎng)N。由于使用了循環(huán)尋址，數(shù)據(jù)和系數(shù)的指針在操作后以循環(huán)的方式增1。輸入數(shù)據(jù)塊要初始化為全0。利用TMS32OVC5402的FIRS指令和循環(huán)尋址，可以更簡(jiǎn)潔的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)稱抽頭的FRI濾波器。 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境及實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波程序設(shè)計(jì)流程 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境DSP芯片的開(kāi)發(fā)需要一套完整的軟、硬件開(kāi)發(fā)工具。DSP芯片的開(kāi)發(fā)工具可以分為代碼生成工具和代碼調(diào)試工具兩類。CCS代碼調(diào)試器是針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)TMS320調(diào)試接口的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境IDE，由TI公司在1999年推出。CCS集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中包含Simulator(軟件仿真器)和Emulator(硬件仿真器)兩部分。它們使用的是同一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。在本設(shè)計(jì)的早期，由于PCB板還沒(méi)有完成，采用軟件仿真器進(jìn)行程序的調(diào)試，后期采用硬件仿真器將編譯通過(guò)后的程序通過(guò)JTAG口下載到芯片內(nèi)部，然后設(shè)置斷點(diǎn)進(jìn)行單步的調(diào)試。CCS集成開(kāi)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(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程。CCS具有強(qiáng)大的源代碼編輯器，允許編輯C語(yǔ)言源代碼和匯編源代碼，能在C代碼之后顯示與之對(duì)應(yīng)的匯編指令。CCS使用工程來(lái)管理整個(gè)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)的所有文檔，工程中可包含C語(yǔ)言源代碼、匯編源代碼、庫(kù)文件、鏈接命令文件、頭文件和目標(biāo)文件。在使用CCS調(diào)試工具時(shí)能設(shè)置一個(gè)或多個(gè)斷點(diǎn)。在斷點(diǎn)處自動(dòng)更新。使用Watch窗口查看變量:查看、編輯存儲(chǔ)器和寄存器的值。使用Probe Point工具在主機(jī)與目標(biāo)系統(tǒng)間傳輸數(shù)據(jù)。觀察目標(biāo)系統(tǒng)中執(zhí)行的反匯編代碼和C語(yǔ)言指令。對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)中的信號(hào)繪圖顯示。 數(shù)字濾波程序設(shè)計(jì)流程下圖是利用DSP實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波的流程圖，說(shuō)明如下:利用DSP實(shí)現(xiàn)FIR數(shù)字濾波的子程序設(shè)計(jì)思路如下:，當(dāng)為1時(shí)說(shuō)明read ready，將DRR11的值讀入AR3所指向的地址，該值為最新的采樣值。，然后AR3的值減一。，并將Y加上200h。查詢SPCR20寄存器的第二位，當(dāng)為1時(shí)說(shuō)明write ready，將Y值附給DXR10，該值為濾波器輸出值。循環(huán)執(zhí)行上面步驟。開(kāi)始DSP初始化McBSP0初始化McBSP1初始化將h（n）的值賦給相應(yīng)的循環(huán)緩沖區(qū)將x(n)對(duì)應(yīng)循環(huán)緩沖區(qū)的值清零TLV5608初始化TLV1507初始化循環(huán)執(zhí)行濾波程序DSP實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波器流程圖設(shè)計(jì)的程序工程中包含4個(gè)文件:，。fliter. c文件為C語(yǔ)言編寫的源文件，在本設(shè)計(jì)中主要功能是將各個(gè)子程序結(jié)合起來(lái)，便于閱讀。，是本設(shè)計(jì)中的主要文件，包含了各個(gè)初始化程序的具體操作和實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波的具體代碼。，中斷矢量表是每個(gè)DSP系統(tǒng)必須用到的，對(duì)中斷矢量表進(jìn)行初始化是DSP初始化的一個(gè)重要的部分。 軟硬件聯(lián)調(diào)與結(jié)論進(jìn)行軟硬件聯(lián)調(diào)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最后一步，是檢測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性及可行性的重要方法。本系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)過(guò)程和實(shí)際結(jié)果如下:①在電腦中設(shè)置本系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境的相關(guān)配置，連接DSP仿真器與目標(biāo)測(cè)試系統(tǒng)的JTAG接口，給系統(tǒng)上電。運(yùn)行DSP開(kāi)發(fā)平臺(tái)，如果不能正常連接則需要檢查JTAG電路的連接、整個(gè)硬件系統(tǒng)的工作狀態(tài)、軟件平臺(tái)的配置。②編譯修改程序代碼，直到編譯完全通過(guò)，本系統(tǒng)前期所設(shè)計(jì)的程序全部通過(guò)編譯。③下載程序到目標(biāo)系統(tǒng)，通過(guò)設(shè)置斷點(diǎn)和單步運(yùn)行，檢查DSP相關(guān)寄存器的值是否配置為所需要的值。④運(yùn)行完整的程序，給系統(tǒng)送入輸入信號(hào)，用示波器觀察輸出信號(hào)的參數(shù)和特性是接近理想值。通過(guò)實(shí)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。7 研究結(jié)論通過(guò)對(duì)數(shù)字濾波的理論研究、MATLAB軟件在數(shù)字信號(hào)處理的研究、對(duì)DSP技術(shù)的學(xué)習(xí)與研究，本畢業(yè)設(shè)計(jì)最終設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于TI公司定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器TMS320VC5402的數(shù)字濾波器系統(tǒng)。在系統(tǒng)的研究和開(kāi)發(fā)過(guò)程中利用了DSP應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)，完成了對(duì)模擬信號(hào)的實(shí)時(shí)采樣和濾波，將濾波后的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)輸出。當(dāng)給系統(tǒng)送入一個(gè)包含1k、3k、5k的正弦波模擬信號(hào)源作為系統(tǒng)的輸入信號(hào)源，并將MATLAB仿真得到的數(shù)字濾波器的系數(shù)帶入所編寫的程序代碼中，編譯運(yùn)行后實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合預(yù)期結(jié)果。下圖為實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖。濾波前輸入信號(hào)波形 濾波后輸入信號(hào)波形所完成的工作:①研究了數(shù)字濾波的理論知識(shí)，為系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)奠定了理論基礎(chǔ)。②研究了MATLAB軟件在數(shù)字信號(hào)處理，尤其是數(shù)字濾波器處理中的應(yīng)用，得出了幾種數(shù)字濾波器的基本模型。③研究了TI公司TMS320VC5402數(shù)字信號(hào)處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及片上資源，并研究通信電子線路中各種接口的相互連接關(guān)系，設(shè)計(jì)了一個(gè)價(jià)格低、功耗小、精度高的數(shù)字濾波器系統(tǒng)。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(hào)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。⑤研究了如何在定點(diǎn)DSP中實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波器的算法，主要是有限長(zhǎng)沖激響應(yīng)數(shù)字濾波器的算法。編寫一套可行的高效的數(shù)字濾波器程序。⑥研究了TI公司DSP系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具的應(yīng)用，結(jié)合平時(shí)積累的數(shù)字電路調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，利用實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)有資源對(duì)所開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間的調(diào)試，使得軟件程序能在硬件平臺(tái)上得以穩(wěn)定的運(yùn)行。參考文獻(xiàn)[1]：清華大學(xué)出版社,. 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