【正文】 設(shè)計(jì)一個(gè) 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(kāi)DSP 仿真器。TMS 為測(cè)試模式選擇， TMS 用來(lái)設(shè)置 JTAG 接口處于某種特定的測(cè)試模式 。TDI 為測(cè)試數(shù)據(jù)輸入，數(shù)據(jù)通過(guò) TDI 引腳輸入 JTAG 接口 。通過(guò)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，可對(duì)具有 JTAG 接口的芯片的硬件電路進(jìn)行邊界掃描和故障檢測(cè)。 DVdd 應(yīng)不超過(guò) CVdd 電壓 2V。理想情況下， DSP 芯片上的兩個(gè)電源同時(shí)加電，但是在一些場(chǎng)合很難做到。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(huì)出現(xiàn)不同程度的波動(dòng)，為保證系統(tǒng)的電源完整性，在輸入 5V電源、 電源、 電源的輸出處都增加了大容量的儲(chǔ)能電容，在所有芯片的各個(gè)電源管腳處都增加了去禍電容。 AMSl1l7 為最大輸出電流可達(dá) 800mA 的LDO(Low Dropout Voltage Regulator)，包含 、 等固定電壓輸出幾種類型。根據(jù)設(shè)計(jì)的具體電路可一計(jì)算出 電源所消耗的電流 60mA， 電源所消耗的電流 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。 CVdd 為器件的所有內(nèi)部邏輯提供電流，包括CPU、時(shí)鐘電路和所有外設(shè)。一般的，與 CPU相比，外設(shè)消耗的電流比較小。 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/O 電源一般采用 電壓，而內(nèi)核電源電壓為 。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(shí)鐘。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(dòng)內(nèi)部振蕩器，晶體應(yīng)為基本 模式，且為并聯(lián)諧振。該芯片具有上電復(fù)位功能，電壓監(jiān)測(cè)功能和看門狗功能 [9]。其基本原理就是通過(guò)電路提供 一個(gè)高低電平發(fā)生變化的信號(hào)，如果在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)這個(gè)信號(hào)不發(fā)生變化，自動(dòng)復(fù)位電路就認(rèn)為系統(tǒng)運(yùn)行不正常并重新對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位。硬件上最有效的保護(hù)措施就是采用具有監(jiān)視 (Wathcdog)功能的自動(dòng)復(fù)位電路。由于 DSP 系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率較高，在運(yùn)行時(shí)極有可能發(fā)生干擾和被干擾的現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)系統(tǒng)可能會(huì)出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象。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。電源剛加上電時(shí)， TMS320VC5402 芯片處于復(fù)位狀態(tài)， /RS 為低使芯片復(fù)位。 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(chǔ)器傳輸指令， 32 位長(zhǎng)操作數(shù)指令，同時(shí)讀入 2 或 3 個(gè)操作數(shù)的指令，能并行存儲(chǔ)和并行加載的算術(shù)指令，條件存儲(chǔ)指令和從中斷快速返回。這塊區(qū)域包含的是存儲(chǔ)器映像寄存器，它包含了 DSP 中所有的寄存器，可以通過(guò)讀這塊存儲(chǔ)器來(lái)了解各個(gè)寄存器的值，或者通過(guò)寫(xiě)這塊寄存器來(lái)改變寄存器的值。根據(jù)需要，通過(guò)改變處理器狀態(tài)寄存器的三個(gè)位 MP/MC、 OVYL 和 DROM 來(lái)靈活地改變存儲(chǔ)器的配置。 RAM 一般映射在數(shù)據(jù)空間。 DSP5402 的片上外圍電路包括 :通用 I/O 引腳 (XF 和 BIO)，定時(shí)器，時(shí)鐘發(fā)生器，一個(gè)與外部處理器通信的 8 位的 HPI(Host Port Ierface)接口，兩個(gè)多通道緩沖串行口McBSP(Multichannel BSP) 。③比較、選擇和存儲(chǔ)單元 (CSSU)，用于加法 /比較選擇。CPU 的基本組成如下 :① 40 位算術(shù)邏輯運(yùn)算單元 (ALU)，包括一個(gè) 40 位桶形移位寄存器和 2 個(gè)獨(dú)立的 40 位累加器 。它采用先進(jìn)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 [10[7]]。 考慮到 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 TMS320VC5402 ADC SRAM FLASH 電源 JTAG 時(shí)鐘 McBSP1 McBSP2 圖 41 數(shù)字濾波器系統(tǒng)方案框圖 12 是 TLV1570，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)字濾波系統(tǒng)的具體方案框圖見(jiàn)圖 41[6][2]。 呂梁學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì) ） 11 第 4 章 數(shù)字濾波器硬件電路設(shè)計(jì) 基于 DSP 的數(shù)字濾波器總體硬件設(shè)計(jì)方案 本次設(shè)計(jì)采用 5000 系列的 DSP 通用型的芯片， 5000 系列的 DSP 具有更高的時(shí)鐘頻率、更低的價(jià)格和更加強(qiáng)大的運(yùn)算功能，在數(shù)字濾波器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中采用了 TI 公司的一款高性能、低功耗的定點(diǎn) DSP:TMS320VC5402。 Plot(f， pyy(1。 f(i)=f(i)*fs/N。 f=(0:(N/21))。 y=fft(yyl， N)。 figure(l)。 f(i)=f(i)*fs/N。 %做功率譜分析 f=(0:(N/21))。 %濾波 y=fft(y， N)。 %將參數(shù)按比例縮小 Al=al/(8*) 。 %濾波器的零極點(diǎn)表示 [bl， al]=CHEBY1(3， ， wnl)。 %截止頻率 Wnl=2*lp/fs。 z=y。 %采樣時(shí)間間隔 y==randn(l， 1024)。 %數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù) （ ） () 10 fs=8000。 %清寄存器值 clf。濾波器設(shè)計(jì)需要編寫(xiě)的 通用語(yǔ)言。 為了向 DSP 所需 要的匯編語(yǔ)言轉(zhuǎn)換，需要編寫(xiě)通用的語(yǔ)言。程序的可移植性很好，基本上不做修改就可以在各種型號(hào)的計(jì)算機(jī)和操作系統(tǒng)上運(yùn)行，等等優(yōu)點(diǎn)。MATLAB 具有許多的優(yōu)點(diǎn)比如 : 語(yǔ)言簡(jiǎn)潔緊湊，使用方便靈活，庫(kù)函數(shù)極其豐富 。功能工 具包用來(lái)擴(kuò)充MATLAB 的符號(hào)計(jì)算，可視化建模仿真，文字處理及實(shí)時(shí)控制等功能。 當(dāng)前流行的 工具包 (Toolbox)。除具備卓越的數(shù)值計(jì)算能力外，它還提供了專業(yè)水平的符號(hào)計(jì)算，文字處理，可視化建模仿真和實(shí)時(shí)控制等功能。 為了提高逼近的質(zhì)量，可以采用人為的擴(kuò)展過(guò)渡帶的方法，即在頻率相應(yīng)的過(guò)渡帶內(nèi)插入一個(gè)或多個(gè)比較連續(xù)的采樣點(diǎn)，使過(guò)渡帶比較連續(xù)，從而通帶和阻帶之間變化比較緩慢，使得設(shè)計(jì)得到的濾波器對(duì)理想濾波器的逼近誤差較小。若被逼近的頻率響應(yīng)比較平滑，則各采樣點(diǎn)之間的逼近誤差較小 。在保證主瓣寬度達(dá)到一定要求的條件下，適當(dāng)犧牲主瓣寬度來(lái)?yè)Q取旁瓣波動(dòng)的減少。當(dāng)選用主瓣寬度較窄時(shí)，雖然得到較陡的過(guò)渡帶，但通帶和阻帶的波動(dòng)明顯增加 :當(dāng)選用最小的旁瓣幅度時(shí)，雖能得到勻滑的幅度響應(yīng)和較小的阻帶波動(dòng)，但過(guò)渡帶加寬。 ③主瓣的寬度要窄，以獲得較陡的過(guò)渡帶。 表 31幾種常用窗函數(shù)對(duì)比 窗函數(shù)的選擇原則是 : ①具有較低的旁瓣幅度，尤其是第一旁瓣幅度 。 幾種常用的窗函數(shù) 工程中比較常用的窗函數(shù)有 [l][3]: 矩形窗函數(shù)、三角形 (Bartlett)窗函數(shù)、漢 寧 (Hanning)窗函數(shù)、海明 (Hamming)窗函數(shù)、布萊克曼 (Blackman)窗函數(shù)和凱塞 (Kaiser)窗函數(shù)。（ ） （ ） 呂梁學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì) ） 7 以求得要求的有限沖激響應(yīng)序列 h(n)。傅立葉系數(shù) )(nhd 實(shí)際上就是理想數(shù)字濾波器的沖激響應(yīng)。對(duì)于給定的濾波器技術(shù)指標(biāo)，選擇濾波器長(zhǎng)度和具有最窄主瓣寬度和盡可能 小的旁瓣衰減的某個(gè)窗函數(shù)。 利用窗函數(shù)法設(shè)計(jì) FIR 濾波器 (一 )窗函數(shù)法的基本思想 窗函數(shù)設(shè)計(jì)的基本思想是要選取某一種合適的理想頻率選擇性濾波器，然后將它的脈沖響應(yīng)截?cái)嘁缘玫揭粋€(gè)線性相位和因果的 FIR 濾波器。在設(shè)計(jì) FIR 濾波器中，一個(gè)最重要的計(jì)算就是加窗，采用矩形窗是最直接和 簡(jiǎn)便的方法，但采用矩形窗存在較大的 Gibbis 效應(yīng)，且矩形窗的第一旁瓣與主瓣相比僅衰減 13dB，因此實(shí)際設(shè)計(jì)中一般采用其他窗函數(shù)。圖 23 畫(huà)出了 N 為奇數(shù)時(shí) FIR 濾波器的級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)。若 N 為偶數(shù)，則 N1 為奇數(shù)，故系數(shù) ?k2中有一個(gè)為零。 將式中的系統(tǒng)函數(shù) H(z)分解成二街實(shí)系數(shù)因子的形式，即 : ???????? ???? ]2[12211010)()()(Nk kkkNnn zzznhzH ??? 當(dāng)需要控制濾波器的傳輸零點(diǎn)時(shí)，可將系統(tǒng)函數(shù) H（ z）分解成上式形式，這樣就可以用二階節(jié)級(jí)聯(lián)起來(lái)構(gòu)成。 FIR 數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu) 有限長(zhǎng)單位脈沖響應(yīng)濾波器的系統(tǒng)函數(shù)為 [1]： ????? 10)()( NnnznhzH （ ） 其差分方程為 : ????? 10)()()( Nkknxkhny （ ） 其基本結(jié)構(gòu)型式有以下幾種 : 由上式可以得出如下圖 21 所示的直接型結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)又可以稱為卷積型結(jié)構(gòu)。從數(shù)字濾波器的單位沖擊響應(yīng)來(lái)看，可以分為兩大類 :有限沖擊響應(yīng) (FIR)數(shù)字濾波器和無(wú)限沖擊響應(yīng) (IIR)數(shù)字濾波器。數(shù)字 濾波器具有穩(wěn)定性高、精度高、靈活性大等突出的優(yōu)點(diǎn)。 4 第 2 章 FIR 數(shù)字濾波器的理論研究 FIR 濾波器簡(jiǎn)介 數(shù)字濾波器是指完成信號(hào)濾波處理功能的，用有限精度算法實(shí)現(xiàn)的離散時(shí) 間線性非時(shí)變系統(tǒng)，其輸入是一組數(shù)字量，其輸出是經(jīng)過(guò)變換的另一組數(shù)字量。 ②研究 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)。 本論文研究的重點(diǎn)集中在利用 DSP 來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波的硬件電路。使用相關(guān)開(kāi)發(fā)工具和 VHDL 等硬件開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，通過(guò)軟件編程用硬件實(shí)現(xiàn)特定的數(shù)字濾波算法。在一些特殊的場(chǎng)合，要求的信號(hào)處理速度極高，而通用 DSP芯片很難實(shí)現(xiàn)，這種芯片將相應(yīng)的信號(hào)處理算法在芯片內(nèi)部用硬件實(shí)現(xiàn)，無(wú)須進(jìn)行編程。呂梁學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì) ） 3 它利用改進(jìn)的哈佛總線結(jié)構(gòu)，內(nèi)部有硬件乘法器、累加器，使用流水線結(jié)構(gòu)， 具有良好的并行特點(diǎn)，并有專門設(shè)計(jì)的適用于數(shù)字信號(hào)處理的指令系統(tǒng)等。 (4)用通用的可編程 DSP 芯片實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)的接口性能良好容易實(shí)現(xiàn)人機(jī)接口。這種方法不便于系統(tǒng)的獨(dú)立運(yùn)行。這種方法的缺點(diǎn)是速度太慢，不能 用于實(shí)時(shí)系統(tǒng)，主要用于 DSP 算法的模擬與仿真。 數(shù)字濾波器的實(shí)現(xiàn)方法 數(shù)字濾波器的實(shí)現(xiàn)方法一般有以下幾種 [5]: (1)在通用的計(jì)算機(jī) (如 PC)上用軟件 (如 C 語(yǔ)言 )實(shí)現(xiàn)。隨著電子工業(yè)的發(fā)展，對(duì)濾波器的性能要求越來(lái)越高，功能也越來(lái)越多，并且要求它們向集成方向發(fā)展。高精度無(wú)源濾波器從設(shè)計(jì)到制造都是難度非常高的技術(shù)。經(jīng)過(guò) 20 年的發(fā)展， DSP 器件在高速度，可編程，小型化，低功耗等 方面都有了長(zhǎng)足的發(fā)展，單片 DSP 芯片最快每秒可完成 16 億次 (160OMIPS)的運(yùn) 算，生產(chǎn) DSP 器件的公司也不斷壯大。最成功的 DSP 芯片當(dāng)數(shù)美國(guó)德州儀器公司 (Texas Instruments，簡(jiǎn)稱 TI)的一系列產(chǎn)品，其DSP 市場(chǎng)份額占全世界份額近的 50%。 (4)數(shù)字濾波器可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行處理，提高了系統(tǒng)運(yùn)行速度。 2 (2)對(duì)干擾信號(hào)的抑制能力有了明顯提高，這對(duì)系統(tǒng)的控制精度和穩(wěn)定性的 提高起到了促進(jìn)作用。用可編程 DSP 芯片實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波的又一優(yōu)勢(shì)是 :通 過(guò)修改濾波器的參數(shù)十分方便的改變?yōu)V波器的特性。 FIR 濾波器具有不含反饋環(huán)路、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單以及可以實(shí)現(xiàn)的嚴(yán)格線性相位等優(yōu)點(diǎn)，因而在對(duì)相位要求比較嚴(yán)格的條件下，采用 FIR 數(shù)字濾