【正文】 當(dāng)一塊 C54xx 芯片中有多個(gè)同步串口時(shí)，它們是相同的，但又是獨(dú) 立的。 (5)串口 各種 C54xx 芯片配有不同的串口，但總的來(lái)說(shuō)分為 3 種類型 :同步、緩沖和時(shí)分多路 (TDM)。它可以由內(nèi)部的晶振或外部的時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)。可以通過(guò)設(shè)定特定的狀態(tài)位來(lái)使定時(shí)器停止、恢復(fù)運(yùn)行、復(fù)位或禁止。 (3)硬件定時(shí)器 保留 （ OVLY = 1）外部 （ OVLY = 0 ）0000 H007 FH0080 H 片內(nèi) DRAM ：16 K（ OVLY = 1 ）外部 （ OVLY = 0 ）3 FFFH4000 H保留 （ OVLY = 1）外部 （ OVLY = 0 ）0000 H007 FH0080 H 片內(nèi) DRAM ：16 K（ OVLY = 1 ）外部 （ OVLY = 0 ）3 FFFH4000 H程序空間 ： 頁(yè) 0 程序空間 ： 頁(yè) 0FF 7 FHFF 80 HFFFFHFF 7 FHFF 80 HFFFFHEFFFHF 000 HFEFFHFF 00 H片外中斷矢量（ 外部 ）中斷矢量（ 片內(nèi) ）片外片內(nèi) ROM : 4 K保留存儲(chǔ)器映象寄存器0000 H005 FH0080 H片內(nèi) DRAM ：16 K3 FFFH4000 H數(shù)據(jù)空間FF 7 FHFF 80 HFFFFH片外EFFFHF 000 HFEFFHFF 00 H片內(nèi)ROM （ DROM = 1 ）外部 （ DROM = 0 ） 保留（ DROM = 1 ）外部 （ DROM = 0 ）0060 H007 FH暫存器 S P R AMMP / MC = 1（ 微處理器模式 ）MP / MC = 0（ 微型計(jì)算機(jī)模式 ）攀枝花學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） C54xx 有一個(gè)帶有 4bit 預(yù)定標(biāo)器的 l6bit 的定時(shí)電路。 (2)主機(jī)接口 主機(jī)接口 (HPI)是一個(gè) 8bit或 16bit 的并口，提供 C54xx 與主處理機(jī)的接口。根據(jù) /BIO 輸入的狀態(tài)來(lái)執(zhí)行一個(gè)轉(zhuǎn)移，對(duì)時(shí)間要求很嚴(yán)格的循環(huán)，而且不能被外部終端所打斷的時(shí)候，可以用 /BIO 腳代替中斷與外圍設(shè)備相連。 (1)通用 I/O 引腳 每一種 C54xx 芯片都有兩個(gè)通用 I/O 引腳 :/BI0 和 XF 。不同型號(hào)的 DSP，其映射寄存器的地址可能不一樣。每個(gè)機(jī)器周期可以對(duì)它進(jìn)行兩次存取， CPU 和外設(shè)，如緩沖串口 ((BSP)和主機(jī)接口 (HPI)可以 在一周期中同時(shí)對(duì)它進(jìn)行讀和寫(xiě)，所以存取速度得到了很大的提高。為攀枝花學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 了便于管理，片內(nèi) RAM 分成幾個(gè)部分，可以分別用來(lái)保存數(shù)據(jù)或程序，片內(nèi) RAM優(yōu)先用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)值，但也可以映射到程序空間來(lái)存儲(chǔ)程序代碼。片內(nèi) ROM 的引導(dǎo)程序是芯片出廠是固化好的，用戶一般不能直接使用。當(dāng) DSP 復(fù)位后，如果其 MP/ MC 弓 l 腳為高電平，系統(tǒng)將等待從 JTAG仿真口下載程序。在標(biāo)準(zhǔn)的 C54xx 的片內(nèi) ROM 中有一個(gè)引導(dǎo)程序 BOOTLOAD 程序和中斷向量表。所有的C54xx 芯片都包括隨機(jī)訪問(wèn)存儲(chǔ)器 (RAM)和只讀存儲(chǔ)器 (ROM)。指數(shù)編碼器和各種 CPU 寄存器 (CPU 寄存器是存儲(chǔ)器映射的，能快速恢復(fù)和保存 )。40bit 加法器 (ADD)。兩個(gè) 40bit的累加器 (ACC 和 ACCB)。 （ 8）最新的靜態(tài)設(shè)計(jì)技術(shù)使得芯片具有更低的功耗和更強(qiáng)的輻射能力。 （ 6）尤為值得一提的是 TMS320C5402 的軟件特點(diǎn)， 7種有效靈活的尋址方式，僅為 lOns 的指令 執(zhí)行周期，還有一些特殊的運(yùn)算指令更好地滿足了數(shù)字信號(hào)處理中特有的運(yùn)算需要。 （ 4）高度專業(yè)化指令集，更適用于快速算法的實(shí)現(xiàn)和高級(jí)語(yǔ)言編程的優(yōu)化。 （ 2）內(nèi)部多總線結(jié)構(gòu)保證在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)可以多次訪問(wèn)程序空間和數(shù)據(jù)空間。 TMS320C54xx 具有以下硬件優(yōu)點(diǎn) (1)圍繞 1組程序總線、 3組數(shù)據(jù)總線和 4組地址總線建立的改進(jìn)型哈佛結(jié)構(gòu)，解決了馮因，只要語(yǔ)音編碼算法的運(yùn)算量不超過(guò) !60 萬(wàn)條指令，就可以在 TMS320LC54980 上實(shí)時(shí)運(yùn)行。假設(shè) DSP 芯片的指令周期為p(ns)，一幀的時(shí)間為 ?? (ns)，則該 DNY 芯片在一幀內(nèi)所能提 供的最大運(yùn) p?? 條指令。例如，中低速語(yǔ)音編碼算法通常以 1Oms 或 20ms 為一幀，每隔 1 VMS 或 20ms 語(yǔ)音編碼算法循環(huán)一次。如果采樣頻率為 8kHz，即樣點(diǎn)之間的間隔為 125 s? ,DSP 芯片的 MAC 周期為 200ns，則 76MAC 周期需要 s? 的時(shí)間，顯然無(wú)法實(shí)時(shí)處理，需要選用速度更高的 DSP 芯片。在數(shù)字濾波器中，通常需要對(duì)每一個(gè)輸入樣點(diǎn)計(jì)算一次。 （ 1） .按樣點(diǎn)處理 所謂按樣點(diǎn)處理就是 DSP 算法對(duì)每一個(gè)輸入樣點(diǎn)循環(huán)一次。相反，運(yùn)算量大的 DSP 系統(tǒng)則必須選用處理能力強(qiáng)的 DSP芯片、如果 DSP 芯片的處理能力達(dá)不到系統(tǒng)要求，則必須用多個(gè) DSP 芯片并行處理。 DSP 應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)算量是確定選用處理能力為多大的 DSP 芯片的基礎(chǔ)。例如 TI 的 TMS320C2xx/C54x 系列屬于定點(diǎn) DSP芯片，低功耗和低成本是其主要的特點(diǎn)。 在上述諸多因素中，一般而言，定點(diǎn) DSP 芯片的價(jià)格較便宜，功耗較低，但運(yùn)算精度稍低。有些 DSP 系統(tǒng)可能最終要求的是工業(yè)級(jí)或軍用級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，在選擇時(shí)就需要注意到所選的芯片是否有工業(yè)級(jí)或軍用級(jí)的同類產(chǎn)品。 除了上述因素外，選擇 DSP 芯片還應(yīng)考慮到封裝的形式、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、供貨情況、生命周期等。如便攜式的 DSP設(shè)備、手持設(shè)備、野外應(yīng)用的 DSP 設(shè)備等都對(duì)功耗有特殊的要求。所以，在選擇 DSP 芯片的同時(shí)必須注意其開(kāi)發(fā)工具的支持情況，包括軟件和硬件的開(kāi)發(fā)工具。如果沒(méi)有開(kāi)發(fā)工具的支持，要想開(kāi)發(fā)一個(gè)復(fù)雜的 DSP 系統(tǒng)幾乎是不可能的。浮點(diǎn)芯片的字長(zhǎng)一般為 32 位，累加器為 40位。 4. DSP 芯片的運(yùn)算精度 一般的定點(diǎn) DSP 芯片的字長(zhǎng)為 16 位，如 TM320C54x 系列。 3. DSP 芯片的硬件資源 不同的 DSP 芯片所提供的硬件資源是不同的，如片內(nèi) RAM, ROM 的數(shù)量，外部可擴(kuò)展的程序和數(shù)據(jù)空間，總線接口， I/O 接口等。因此根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的應(yīng)用情況，需確定一個(gè)價(jià)格適中的 DSP 芯片。 2. DSP 芯片的價(jià)格 DSP 芯片的價(jià)格也是選擇 DSP 芯片所需考慮的一個(gè)重要因素。如 TMS320C31 在主頻為 40MHz 時(shí)的處理能力為 40MFLOS； (7) BOPS:即每秒執(zhí)行十億次操作。如 TMS320LC54980的處理能力為 80MIPS，即每秒可執(zhí)行八千萬(wàn)條指令； (5) MOPS:即每秒執(zhí)行百萬(wàn)次操作。大部 分 DSP 芯片可在一個(gè)指令周期內(nèi)完成一次乘法和加法操作，如 TMS320LC54980的 MAC時(shí)間就是 ； (3) FFT 執(zhí)行時(shí)間 :即運(yùn)行一個(gè) N點(diǎn) FFT 程序所需的時(shí)間。 DNil 芯片的運(yùn)算速度可以用以下幾種性能指標(biāo)來(lái)衡量 : (1)指令周期 :即執(zhí)行一條指令所需的時(shí)間，通常以 us(納秒 )為單位。一般來(lái)說(shuō)，選擇 DSP 芯片時(shí)應(yīng)考慮到如下諸多因素?？偟膩?lái)說(shuō)， DSP 芯片的選擇應(yīng)根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)需要而確定。 .16 位音頻接口，可以連接麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器 .與 PC 機(jī)之間為標(biāo)準(zhǔn)并行接口， TMS320C5402 可以通過(guò) HPI 接口與 PC 機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸 .豐富的 I/O 外設(shè) .擴(kuò)展接口用于擴(kuò)展存儲(chǔ)器和子板 DSP部分 DSP 系統(tǒng)的構(gòu)成 DSP 芯片的選擇依據(jù) 設(shè)計(jì) DSP應(yīng)用系統(tǒng)，選擇 DSP 芯片是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。該板提供低功耗的、標(biāo)準(zhǔn)的、獨(dú)立的 C54系列開(kāi)發(fā)平臺(tái)，允許用戶為 C54 XX系列 DSP 評(píng)估和開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序。 本次試驗(yàn)中設(shè)計(jì)的系統(tǒng)總體框架圖如下 : 圖 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框架圖 攀枝花學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 本次試驗(yàn)的硬件平臺(tái)是 數(shù)字信號(hào)仿真 DES320PPA。 根據(jù)上面做出的分析，并結(jié)合中小企業(yè)電網(wǎng)諧波檢測(cè)的需要，從性能價(jià)格比和實(shí)用的角度出發(fā)，比較現(xiàn)有的諧波測(cè)量?jī)x表，本方案主要有數(shù)據(jù)處理單元 (DSP)和數(shù)據(jù)采集單元 (AD)組成。但是由于單片機(jī)的計(jì)算 能力不強(qiáng)，比如在運(yùn)行一些數(shù)字信號(hào)處理的基本算法時(shí)就呈現(xiàn)出劣勢(shì)，比如說(shuō)在實(shí)現(xiàn) 64點(diǎn)以上的 FFT 算法時(shí)，會(huì)出現(xiàn)計(jì)算速度慢的特點(diǎn)，往往不能滿足實(shí)時(shí)性的要求。作為一個(gè)電力諧波測(cè)量裝置，一般應(yīng)具有這樣幾種功能 :能夠在任何時(shí)刻對(duì)電力信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣 :能夠快速準(zhǔn)確的分析各種包括電壓、電流在內(nèi)的電力基本參量 :能夠比較直觀的顯示分析結(jié)果。例如，若 1024210 ??N ，則 10 48 57 62 202 ??N ，而 1024log 2 ?NN ，減少了不止兩個(gè)數(shù)量級(jí) !所以， 效果是很好的。 綜上所述 :FFT算法利用 W 方陣的對(duì)稱性和 nF 的周期性特點(diǎn)，將長(zhǎng)序列的 DFT計(jì)算，分解為若干個(gè)短序列的 DFT 計(jì)算，然后巧妙的合并，得到整個(gè) DFT。則用二進(jìn)制形式書(shū)寫(xiě)它們的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可得 : ]110[]011[]010[]010[]100[]001[]000[]000[fFfFfFfF???? [100] [001][101] [101][110] [011][111] [111]FfFfFfFf???? () 若 ),( 012 nnn 為序列 x[n]中標(biāo)號(hào)的二進(jìn)制表示，則序列值 ),( 012 nnnf 存放在數(shù)列 ),( 012 nnnF 的位置上。 注意到，對(duì)于 8 點(diǎn) FFT，只需用三位二進(jìn)制代碼來(lái)標(biāo)注整個(gè)數(shù)據(jù)。也可以讓輸入序列按自然順序排列，則輸出序列就是按碼位倒序的順序排列的。 碼位倒序 圖 8點(diǎn)基 2FFT的 運(yùn)算 流圖 攀枝花學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 從圖中 可以看出 輸入序列的排列順序是置亂的，輸出序列是按自然順序排列的。 (4)產(chǎn)生最后的 N點(diǎn)復(fù)數(shù) FFT 結(jié)果并求出信號(hào)的功率 我 們可以通過(guò)信號(hào)分析的理論知識(shí)，分離 FFT 輸出為相關(guān)的四個(gè)序列 :RP, RM, IP和 IM，即偶實(shí)數(shù)、奇實(shí)數(shù)、偶虛數(shù)和奇虛數(shù)四部分， 即可產(chǎn)生最后 N點(diǎn)復(fù)數(shù)FFT 結(jié)果。從第 3級(jí)起開(kāi)始使用循環(huán)法，根據(jù) FFT 原位計(jì)算的特性，每次循環(huán)通過(guò)改變算子和旋轉(zhuǎn)因子的步長(zhǎng)，利用 DSP 匯編語(yǔ)言中簡(jiǎn)便的間接尋址指令規(guī)律找到算子和因子值，有效的實(shí)現(xiàn)蝶形運(yùn)算。的地址。因此要制 作好一個(gè)周期 N 點(diǎn)的正弦值和余弦值，接著用 Q15 格式將它們存儲(chǔ)在兩個(gè)分離的表中。當(dāng)使用位倒序?qū)ぶ钒?ARO 加到輔 助寄 存器中時(shí)，地址以位倒序的方式產(chǎn)生，即進(jìn)位是從左向右，而不是從右 左。位倒序?qū)ぶ反蟠蟮靥岣吡?FFT 算法的執(zhí)行速度和在程序中使用存儲(chǔ)器的效率。然后，復(fù)數(shù)序列經(jīng)過(guò)位倒序，存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)處理緩沖區(qū)中，標(biāo)記“ fft_data” 。奇地址是d [n]的實(shí)部，偶地址是 d [n]的虛部。 (1)輸入數(shù)據(jù)的組合和位倒序 把輸入序列作位倒序，為了在整個(gè)運(yùn)算最后的輸出中得到的序列是自然順序。 由于 A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)都是實(shí)數(shù)，而一般的 FFT程序中輸入數(shù)據(jù)都是些復(fù)數(shù)。計(jì)算2Nk? 到 1?N 時(shí)的 )(kF 可以利用 kNNkN WW ??? 2 的特性，得 : )()()2( kZWkYNkF kN??? （ ） 式 () ”和“式 () ” 兩 式 分 別 用 來(lái) 計(jì) 算 20 Nk?? 和 . 12 ??? NkN 時(shí)的 )(kF ，以同樣的方式可以進(jìn)一步抽取，就可以得到 N/4的 DFT，重復(fù)這個(gè)抽取過(guò)程，就可以使 N點(diǎn)的 DFT 用一組 2點(diǎn)的 DFT 來(lái)計(jì)算。分為蝶形運(yùn)算和碼位倒序兩部分。 FFT 算法可以分為時(shí)間抽取 FFT 和頻率抽取 FFT 兩大類。由于 DFT的計(jì)算量很大，所以在很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)其應(yīng)用受到了很大的限制。 利用快速 FFT算法進(jìn)行頻譜分析 傅立葉變換是一種將信號(hào)從時(shí)域變換到頻域的變換形式，是信號(hào)處理領(lǐng)域中的重要的分析工具。實(shí)際采樣值 nA 的算法如下 : 00 aA? )(1)(128 12811211mmnn aaQaAaaNaA??????????? （ ） 其中， 0a 為第一次正向過(guò)零點(diǎn)的第一個(gè)采樣值； na 為第二次正向過(guò)零點(diǎn)后的采樣值 :N為一周期中包含的整數(shù)點(diǎn)數(shù)； pnm ?? ， p 為 128 )128( nN ?? 的整數(shù)部分， Q 為 128 )128( nN ?? 的小數(shù)部分。 (3)實(shí)際 128 點(diǎn)采樣值 nA