【正文】 P 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(xiě)允許端 WE 與 DSP 芯片的讀 /寫(xiě)控制端 WR/ 相連，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀 /寫(xiě)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[ 。因此， 本課題設(shè)計(jì)中采用的 SRAM 存儲(chǔ)器擴(kuò)展芯片是IS61LV6416 芯片。當(dāng)數(shù)據(jù)地址產(chǎn)生器產(chǎn)生一個(gè)超出片內(nèi)存儲(chǔ)器范圍的地址時(shí)，器件會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)外部訪問(wèn)。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。 A025A124A223A322A421A520A619A718A88A97A106A115A124A133A142A151A1648A1717A1816A199BYTE47CE26OE28WE11RESET12VSS27VSS46VCC37DQ029DQ131DQ233DQ335DQ438DQ540DQ642DQ744DQ830DQ932DQ1034DQ1136DQ1239DQ1341DQ1443DQ15/A145RY/BY15NC110NC213NC314AM29LV400B FLASHFLASHA0A1A2A3A4A6A5A7A8A10A9A11A12A13A14D0D2D1D3D4D5D7D6D8D9D10D11D12D13D14D15C16GNDGND10KR15DSP_RSTDSP_R/WA1510KR16DSP_PSGNDDSP_MSTRB 圖 33 FLASH AM29LV400B 與 DSP 的連接 當(dāng) PS =0 時(shí)， CE =0、 MSTRB =0，選中 FLASH 存儲(chǔ)器，可進(jìn)行讀操作； 當(dāng) PS =1 時(shí)， CE =1， FLASH 存儲(chǔ)器掛起，地址線和數(shù)據(jù)線呈現(xiàn)高阻 ]10[ 。圖 33 為 TMS320VC5402 與 AM29LV400B的程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路。基于以上原因，并且 AM29LV400B 芯片支持單電源工作，可以直接與 的 DSP 芯片連接，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)地接口電路。因此，采用 FLASH 作為程序存儲(chǔ)器存儲(chǔ)程序和固定數(shù)據(jù)是一種比較好的選擇。 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。在硬件復(fù)位時(shí)， XPC 被初始設(shè)置為 0， TMS320VC5402芯片 的程序存儲(chǔ)器被設(shè)置為 128 頁(yè)，每一頁(yè)為 64K 字。 FLASH 的擴(kuò)展 大部分的 DSP 芯片程序存儲(chǔ)器空間都采用了分頁(yè)擴(kuò)展存儲(chǔ)器的方式，這樣允許訪問(wèn)多達(dá) 1M 的程序存儲(chǔ)器空間 。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。對(duì)于數(shù)據(jù)運(yùn)算量和存儲(chǔ)容量要求較高的系統(tǒng)，在應(yīng) 用 DSP 芯片作為核心器件時(shí)，由于芯片自身的內(nèi)存資源有限，往往需要存儲(chǔ)器的擴(kuò)展。 DSP 接收到 DOUT 信號(hào)后，經(jīng) BDR1口讀出需要轉(zhuǎn)換的串行數(shù)據(jù) 。 D/A轉(zhuǎn)換電路的工作是由 DSP芯片的多通道緩沖串口 BSP1 來(lái)控制， BSP1 通過(guò)串行輸出口 BDX1 發(fā)送控制字到 TLV5608 的 DIN 口，來(lái)決定其工作接收。 OUTA12OUTB13OUTC14OUTD15OUTE6OUTF7OUTG8OUTH9DGND1AGND10FS4SCLK3DOUT19DVDD20MODE17DIN2AVDD11TLV5608GNDPortGND796R17C20GNDDSP_BDX1DSP_BCLK1DSP_BFS1DSP_BDR1 圖 32 TMS320VC5402 與 D / A TLV5608 的接口電路 通 過(guò)軟件啟動(dòng) D/A 轉(zhuǎn)換， DVDD 和 AVDD 引腳接電源電壓?；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 2020? ，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 。圖 32 為 TMS320VC5402 與 TLV5608連接示意圖?；谝陨弦蛩?，由于 TI 公司生產(chǎn)的 TLV5608 芯片 ，其在 ~ 單電源工作條件下是低功耗、 10 位串行數(shù)據(jù)基于 DSP 的帶阻濾波器設(shè)計(jì) 10 D/A 轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部參考電源可編程設(shè) 定，設(shè)定時(shí)間在快速模式下為 1μs，在慢速模式下為 3μs，并且 SPI 接口與 C54x 系列 DSP 芯片兼容。 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 。TLV2544 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INT 信號(hào)通知 DSP 接收。該電路使用內(nèi)部基準(zhǔn)電壓 ， REFP 和 REFM 之間接入 C17 和 C18 兩個(gè)去耦電容。然后將經(jīng)過(guò) 防混疊濾波器的模擬信 號(hào)從 A1 送入 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。在模擬信號(hào)輸入 A/D 轉(zhuǎn)換器之前，要把此信號(hào)先經(jīng)過(guò)防混疊濾波器，防止輸入的模擬信號(hào)混疊。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[ 。在 I/O方式下，通過(guò)位操作可以實(shí)現(xiàn)任何串行操作，但操作過(guò)程始終占用 CPU 且編程較復(fù)雜。 TMS320VC5402 芯片 提供的高速、雙向、多通道帶緩沖串行端口 McBSP，可用來(lái)與串行 A/D 轉(zhuǎn)換器直接連接。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。在這種模式下， SC 的下降沿為周期的開(kāi)始，輸入數(shù)據(jù)在 SCLK 的上升沿移入，輸出數(shù)據(jù)在其下降沿改變。 TLV2544 設(shè)有內(nèi)置轉(zhuǎn)換時(shí)鐘 (OSC)和電壓基準(zhǔn)，可以采用外部 SCLK 作為轉(zhuǎn)換時(shí)鐘源以獲得更高的轉(zhuǎn)換速度，并有兩種不同的內(nèi)部基準(zhǔn)電 壓可供選擇。當(dāng)與 DSP 芯片連接時(shí)，可用一個(gè)幀同步信號(hào) FS 來(lái)控制一個(gè)串行數(shù)據(jù)幀的開(kāi)始。 而 TI 公司生產(chǎn)的 TLV2544 芯片 ，它是一種高性能、低功耗、高速 ()、 12 位四通道串行 CMOS 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，并且最高采樣速率為200KSPS，采用 ~ 單電源工作， 能夠進(jìn)行信號(hào)的實(shí)時(shí)抽樣處理， 其滿足系統(tǒng)的要求，所以在 DSP 與 A/D 轉(zhuǎn)換器的接口電路中選擇了 TI 公司的 TLV2544 芯片 。轉(zhuǎn)換器的價(jià)格也是選擇 A/D 的 一個(gè)重要因素。同時(shí)，轉(zhuǎn)基于 DSP 的帶阻濾波器設(shè)計(jì) 8 換時(shí)間也決定了它對(duì)信號(hào)的處理能力。 DSP 的指令周期為 ns 級(jí)，運(yùn)算速度極快，能進(jìn)行信號(hào)的實(shí)時(shí)處理。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。 ? 轉(zhuǎn)換精度。一般系統(tǒng)處理的信號(hào)是數(shù)字信號(hào) ，而輸入的信號(hào)大多是模擬信號(hào)，那么就要對(duì)輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行抽樣，來(lái)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。對(duì)于 A/D 轉(zhuǎn)換器的選擇，主要考慮以下幾方面的因素。這要用到 A/D 轉(zhuǎn)換器，它對(duì)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和技術(shù)指標(biāo)的保證起著重要作用。本節(jié)主要介紹 DSP與 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換器的接口電路。經(jīng)過(guò)處理后的數(shù) 字信號(hào)由 D/A 轉(zhuǎn)換器變換成模擬信號(hào)，之后再進(jìn)行平滑濾波，得到連續(xù)的模擬波形。 DSP 與 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換器的接口 在由 DSP 芯片組成的信號(hào)處理系統(tǒng)中， A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換器是非常重要的器件。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。但考慮到 TMS320VC5402 DSP 芯片的片上包含兩個(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，那么 ADC 芯片可采用 TLV2544，實(shí)現(xiàn)將需要的濾波信號(hào)從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換到數(shù)字信號(hào) ； DAC 芯片可采用 TLV5608，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) ； JTAG 接口供 DSP 芯片下載 程序進(jìn)行調(diào)試。數(shù)字濾波器系統(tǒng)的具體框圖如圖 23 所示。 所以在數(shù)字濾波器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，采用了 TI 公司的這款高性能、低功耗的定點(diǎn) DSP 芯片 : TMS320VC5402 DSP 芯片 。 并且 5000 系列的 DSP 芯片具有靈活的指令系統(tǒng)和操作性能，又采用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，計(jì)算和處理速度很高，系統(tǒng)單指令周期可達(dá)到 10ns。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? 。一般來(lái)說(shuō)， DSP 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程應(yīng)遵循一定的設(shè)計(jì)流程如圖 22 所示。 當(dāng)然 ， DSP 系統(tǒng)也存在一些缺點(diǎn)，例如對(duì)于一些簡(jiǎn)單的信號(hào)處理任務(wù)，若采用DSP 芯片則使成本增加；另外， DSP 系統(tǒng)中的高速時(shí)鐘通常在幾十兆赫，可能帶 來(lái)防混疊濾波 A/D 轉(zhuǎn)換 DSP 芯片 D/A 轉(zhuǎn)換 平滑 濾波 輸 入 輸 出 基于 DSP 的帶阻濾波器設(shè)計(jì) 5 高頻干擾和電磁泄漏等問(wèn)題；此外， DSP 技術(shù)發(fā)展得很快，但是開(kāi)發(fā)和調(diào)試工具還很不完善。 ? 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)。 ? 穩(wěn)定性好， DSP 系統(tǒng)以數(shù)字處理為基礎(chǔ)，受周圍環(huán)境如噪聲、溫度等的影響小，所以其可靠性高、穩(wěn)定性好。 ? 編程方便， DSP 系統(tǒng)中的可編程 DSP 芯片可以使設(shè)計(jì)人員在開(kāi)發(fā)過(guò)程中靈活方便的進(jìn)行修改和升級(jí)，并且還可以將 C 語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言結(jié)合使用。當(dāng)然，圖中的有些環(huán)節(jié)并不是必需的，如 A/D轉(zhuǎn)換，如果輸入的就是數(shù)字信號(hào)，那么就可以直接交給 DSP 芯片進(jìn)行處 理 ]7[ 。 基于 DSP 的帶阻濾波器設(shè)計(jì) 4 2 DSP 數(shù)字濾波器關(guān)鍵指標(biāo)分析與方案設(shè)計(jì) 一個(gè)典 型的 DSP 系統(tǒng)框圖如圖 21 所示。 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。 (2) 用時(shí)間抽取法實(shí)現(xiàn) FFT/IFFT 算法：通過(guò)此算法，對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻域分析、頻域處理。本次課題的主要任務(wù)，就是用MATLAB 中的窗函數(shù)設(shè)計(jì)法來(lái) 確定所要設(shè)計(jì)的帶阻濾波器的指標(biāo)和性能以及掌握DSP 芯片的開(kāi)發(fā)技術(shù)， 需 要完成如下工作。 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[ 。按照數(shù)字濾波器的特性，它可以被分為線性與非線性、時(shí)變與時(shí)不變、因果與非因果、無(wú)限長(zhǎng)單位脈沖響應(yīng) (IIR)與有限長(zhǎng)單位脈沖響應(yīng) (FIR)等等。 作為數(shù)字信息處理分支之一的數(shù)字濾波器，也受到了人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注，它是通信、語(yǔ)言、圖像、自動(dòng)控制、雷達(dá)、航空航天、生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理等領(lǐng)域中的一種基本處理部件，具有穩(wěn)定性好、精度高、靈活性大等突出優(yōu)點(diǎn) ]4[ 。 數(shù)字信號(hào)處理 (DSP)包括兩重含義：數(shù)字信號(hào)處理技術(shù) (Digital Signal Processing)和數(shù)字信號(hào)處理器 (Digital Signal Processor)。本課題的研究，也將為今后設(shè)計(jì)以 DSP芯片為核心部件的嵌入式系統(tǒng)提供技術(shù)基礎(chǔ)，這不僅具有重要的理論意義，同時(shí)還具有重要的實(shí)際意義 ]3[ 。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)。由于它具有豐富的硬件資源、改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)、高速數(shù)據(jù)處理能力和強(qiáng)大的指令系統(tǒng)，使得它在通信、航空、航天、雷達(dá)、工業(yè)控制、網(wǎng)絡(luò)及家用電器等各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用 ]2[ 。單片通用數(shù)字濾波器使用方便，但是由于字長(zhǎng)和階數(shù)的規(guī)格較少，不能完全滿足實(shí)際需要。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[ 。因此，在許多信息處理過(guò)程中，如對(duì)信號(hào)的過(guò)濾、檢測(cè)、預(yù)測(cè)等，都要廣泛地用到濾波器。并且數(shù)字濾波技術(shù)