【正文】 部模擬 /數(shù)字轉(zhuǎn)換以及事件（ EV）觸發(fā)的模數(shù)轉(zhuǎn)換不需要占用額外 CPU時(shí)間 （ 4）具有雙緩沖的結(jié)果寄存器，減少中斷到去的轉(zhuǎn)換結(jié)果所需要的時(shí)間。 （ 4）捕捉單元和正交編碼電路能夠同時(shí)檢測(cè)元件的直接接口 3. 模擬 /數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ A/D Converter） （ 1） 12 位模擬 /數(shù)字轉(zhuǎn)換器， 16 個(gè)模擬輸入通道。 （ 2）定時(shí)器 /比較器模塊減少了 CPU 完成事件定時(shí)、采樣循環(huán)以及 PWM 生成等任務(wù)的開(kāi)銷。 F2812 的內(nèi)部 Flash 存儲(chǔ)器大小為 128KB，提供分區(qū)（ sector）的 Flash 內(nèi)存，允許改寫每個(gè)分區(qū)，但不清除整個(gè) Flash 內(nèi)存；內(nèi)部還包括用來(lái)保護(hù)用戶程序的密碼保護(hù)程序代碼。 （ 18） 低功耗模式和節(jié)能模式 支持空閑模式、等待模式、掛起模式； 停止單個(gè)外圍的時(shí)鐘 圖 31 F2812 功能框圖 （ 19） 封裝方式 南京郵電大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 帶外部存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器借口的； 179 引腳的球形觸點(diǎn) BGA 封裝 帶外部存 儲(chǔ)器借口的 176 引腳低剖面四芯線扁平 LQEP 封裝 （ 20） 溫度選擇 A： 40℃ ~+85℃ S： 40℃ ~+125℃ F2812 功能模塊 下面主要介紹 F2812DSP 集成的主要功能模塊。 （ 15） 最多有 56 個(gè)獨(dú)立的可編程，多用途通用輸入 /輸出（ GPIO）引腳 （ 16） 高級(jí)的仿真特性 南京郵電大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 分析和設(shè)置斷點(diǎn)的功能； 實(shí)時(shí)的硬件調(diào)試。 （ 13） 串口外圍設(shè)備 串行外圍接口（ SPI）； 兩個(gè)串行通信接口（ SCIs），標(biāo)準(zhǔn)的 UART； 改進(jìn)的局域網(wǎng)絡(luò)（ eCAN） 多通道緩沖串行接口（ McBSP）和串行外圍接口模式。 （ 10） 128 位 的密鑰（ Security Key/Lock） 保護(hù) Flash/OTP 和 L0/L1 SARAM； 防止 ROM 中的程序被盜。 （ 7） 時(shí)鐘與系統(tǒng)控制 支持動(dòng)態(tài)的改變鎖相環(huán)的頻率； 片內(nèi)震蕩器； 看門狗定時(shí)器模塊。 （ 5） 4K*16 位的根只讀存儲(chǔ)器（ Boot ROM） 帶有軟件的 Boot 模式； 標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)學(xué)表。 F2812 硬件結(jié)構(gòu) TMS320F2812 高速的運(yùn)算能力、強(qiáng)大的實(shí)時(shí)處理能力和高度集成化的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，使得它在控制領(lǐng)域內(nèi)得到了人們的青睞， F28X 系列芯片的主要性能如下： （ 1） 高性能靜態(tài) CMOS（ Stctic CMOS0）技術(shù)： 150MHz（時(shí)鐘周期為 ） 低功耗（核心電壓為 ， I/O 口電壓為 ）； Flash 編程電壓為 。 TMS320F2812 的片上外設(shè)主要包括 2*8路 12 位 ADC（最快 80ns 轉(zhuǎn)換時(shí)間）、 2路 SCI、 1 路 SPI、 1 路 McBSP、 1 路額 CAN 等，并帶有兩個(gè)事件管理模塊（ EVA、EVB），分別包括 6路 PWM/CMP、 2路 QEP、 3路 CAP、 2路 16位定時(shí)器（或 TxPWM/TxCMP）。 南京郵電大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 第三章 . F2812 板及其開(kāi)發(fā)環(huán)境 CCS F2812 結(jié)構(gòu) TMS320F2812 是 TI公司的一款用于控制的高性能，多功能，高性價(jià)比的 32位定點(diǎn) DSP 芯片。 DSP 選擇， DSP 的發(fā)展歷程和應(yīng)用，對(duì) DSP 的哈佛結(jié)構(gòu)做了詳細(xì)敘述。目前， 3． 3V供電的低功耗高速 DSP芯片己大量使用。 ‘ 在某些 DSP應(yīng)用場(chǎng)合，功耗也是一個(gè)需要特別注意的問(wèn)題。如果有功能強(qiáng)大的開(kāi)發(fā)工具的支持，如 C語(yǔ)言支持，則開(kāi)發(fā)的時(shí)問(wèn)就會(huì)大大縮短。 在 DSP系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，開(kāi)發(fā)工具是必不可少的。 TMS320系列大部分定點(diǎn) DSP芯片的字長(zhǎng)為 16位，但有的公司的定點(diǎn)芯片為 24位，如 Motorola公司的 MC56001等。 不同的 DSP芯片所提供的硬件資源是不相同的，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。因此跟據(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。 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。 (7)BOPS：即每秒執(zhí)行十億次操作。 (6)MFLOPS． 即每秒執(zhí)行百萬(wàn)次浮點(diǎn) 操作。 (5)MOPS：即每秒執(zhí)行百萬(wàn)次操作。 (4)MIPS：即每秒執(zhí)行百萬(wàn)條指令。 (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。如南京郵電大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 TMS320VC5402100在主頻為 100MHz時(shí)的指令周期為 1Ons． (2)MAC時(shí)間：即一次乘法加上一次加法的時(shí)間。 DSP芯片的運(yùn)算速度可以用以下幾種性能指標(biāo)來(lái)衡量。不同的 DSP應(yīng)用系統(tǒng)由于應(yīng)用場(chǎng)合、應(yīng)用目的等不盡相同，對(duì) DSP芯片的選擇也是不同的。只有選定了 DSP芯片才能進(jìn)一步設(shè)計(jì)其外圍電路及系統(tǒng)的其他電路。其中 C24x系列中的通用定時(shí)器、脈寬調(diào)制 PWM電路、捕捉器、光電編碼器接口、 A／ D轉(zhuǎn)換器、串行通信接口、 CAN控制器、看門狗等片內(nèi)外設(shè)為將 DSP應(yīng)用于智能測(cè)控、電機(jī)控制、電力電子技術(shù)等領(lǐng)域提供了豐富的資源。 功耗： TMS320C2021采用 5V或 3． 3V高性能靜態(tài) CMOS技術(shù)，使控制器的功耗大大減小，從而提高了控制器的實(shí)時(shí)控制能力。目前該系列已有 10多種不同配置的芯片，它們都具有相同的 CPU結(jié)構(gòu)和程序控制流程，所以源代碼是相同的。利用閃速存儲(chǔ)器存儲(chǔ)程序，不僅能降低成本，減小體積，而且系統(tǒng)升級(jí)也比較方便。 片內(nèi)存儲(chǔ)器： TMS320C2021內(nèi)部配置有數(shù)量不同的 RAM和 ROM存儲(chǔ)器，有的芯片還配有閃速存 儲(chǔ)器 Flash。 運(yùn)算速度：?jiǎn)沃芷谥噶顖?zhí)行時(shí)間為 50ms、 35ns或 25ns，即運(yùn)算能力為 20MIPS、28． 5MIPS或 40MIPS。主要包括TMS320C20x、 TMS320C24x兩個(gè) 子系列。快速的指令周期使得 DSP芯片夠?qū)崟r(shí)實(shí)現(xiàn)許多 DSP應(yīng)用。在第二代處理器中，如 TMS320C25，增加了 2條更特殊的指令，即 RPT和 MACD指令，采用這 2條特殊指令，可以進(jìn)一步將每個(gè)抽頭的運(yùn)算時(shí)間從 2條降為 1條： RPTK 255 ；重復(fù)執(zhí)行下條指令 256次 MACD ： LT， DMOV， MPY及 APAC 快速的指令周期 南京郵電大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 哈佛結(jié)構(gòu) 、流水線操作、專用的硬件乘法器、特殊的 DSP指令再加上集成電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可使 DSP芯片的指令周期在 200ns以下。 TMS32021中的另一個(gè)特殊指令是 LTD，它在一個(gè)指令周期內(nèi)完成 LT、DMOV和 APAC三條指令。例如 DMOV就是一個(gè)特殊的 DSP指令，它完成數(shù)據(jù)移位功 能。如果采用特殊的 DSP指令或采用 TMS320C54x等新一代的 DSP芯片，可進(jìn)一步降低 FIR抽頭的計(jì)算時(shí)間。因此，若采用 256抽頭的 FIR濾波器，這四條指令必須重復(fù)執(zhí)行 256次，且 256次乘法必須在一個(gè)抽樣間隔內(nèi)完成。在 TMS320系列中，由于具有專用的硬件乘法器，乘法可在一個(gè)指令周期內(nèi)完成。在通用的微處理器中，乘法指令是由一系列加法來(lái)實(shí)現(xiàn)的，故需許多個(gè)指令周期來(lái)完成。對(duì)每個(gè)濾波器抽頭，必須做一次乘法和一次加法。一般來(lái)說(shuō)，流水線對(duì)用戶是透明的。例如．在第 N個(gè)指令取指時(shí)，前一個(gè)指令即第 N1個(gè)指令正在譯碼。 在三級(jí)流水線操作中，取指、譯碼和執(zhí)行操作可以獨(dú)立地處理，這可使指令執(zhí)行能完全重疊。第 — 代采用南京郵電大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 TMS320處理器采用 2級(jí)流水線，第二代采用 3級(jí)流水線，第三代采用 4級(jí)流水線，而TMS320C54則采用 6級(jí)流水線。從而增強(qiáng)了處理器的處理能力。如TMS320C30具有 64個(gè)字的 Cache。 在哈佛結(jié)構(gòu)中，由于程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器在兩個(gè)分開(kāi)的空間中，因此取指和執(zhí)行能完全重疊運(yùn)行。諾曼結(jié)構(gòu)則是將指令、數(shù)據(jù)、地址存儲(chǔ)在同一存儲(chǔ)器中，統(tǒng)一編址，依靠指令計(jì)數(shù)器提供的地址來(lái)區(qū)分是指令、數(shù)據(jù)還是地址。與兩個(gè)存儲(chǔ)器相對(duì)應(yīng)的是系統(tǒng)中設(shè)置了程序總線和數(shù)據(jù)總線兩條總線，從而使數(shù)據(jù)的吞吐率提高了一倍。 哈佛結(jié)構(gòu) 哈佛結(jié)構(gòu)是不同于傳統(tǒng)的馮由于 TMS320系列 DSP芯片是軟件可編程器件，因此具有通用微處理器具有的方便靈活的特點(diǎn)。 TMS320系列 DSP芯片 的基本結(jié)構(gòu)包括： (1)哈佛結(jié)構(gòu)； (2)流水線操作； (3)專用的硬件乘法器； (4)特殊的 DSP指令； (5)快速的指令周期。 DSP 芯片的基本結(jié)構(gòu) 為了快速地實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算， DSP芯片一般都采用特殊的軟硬件結(jié)構(gòu)。此外， DSP技術(shù)更新的速度快，對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)要求高，開(kāi)發(fā)和調(diào)試工具還有待完善。例如，對(duì)于簡(jiǎn)單的信號(hào)處理任務(wù)，如與模擬交換線的電話 接口，若采用 DSP則使成本增加。 DSP系統(tǒng)中的數(shù)字部件有高度的規(guī)范性，便于大規(guī)模集成。 16位數(shù)字系統(tǒng)可以達(dá)到 10級(jí)的精度； 可重復(fù)性好。 DSP應(yīng)用系統(tǒng)中的可編程 DSP芯片可使設(shè)計(jì)人員在開(kāi)發(fā)過(guò)程中靈活方便地對(duì)軟件進(jìn)行修改和升級(jí)； 穩(wěn)定性好。 數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)是以數(shù)字信號(hào)處理為基礎(chǔ)，因此具有數(shù)字處理的全部?jī)?yōu)點(diǎn)： 接口方便。如 DSP芯片輸出信號(hào)可直接通入某通信系統(tǒng)而不必經(jīng)過(guò) D/A和平滑濾波；如語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)在輸出端并不是連續(xù)的波形，兩是識(shí)別結(jié)果，如數(shù)字、文字等。最后，經(jīng)過(guò)處理后的數(shù)字樣值再經(jīng)數(shù)模 D/A(Digital to Analog )交換轉(zhuǎn)換為模擬樣值，之后再進(jìn)行內(nèi)插和平滑濾波就可得到連續(xù)的模擬波形。在交換系統(tǒng)中．處理器的作用是進(jìn)行路由選擇，它并不對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行修改。 DSP芯片的輸入是 A/D變換后得到的以抽樣形式表 示的數(shù)字信號(hào)， DSP芯片對(duì)輸入的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行某種形式的處理，如進(jìn)行一系列的乘累加操作 (MAC)。圖中的輸入信號(hào)可以有各種各樣的形式，例如，它可以是麥克風(fēng)輸出的語(yǔ)音信號(hào)或是電話線來(lái)的已調(diào)數(shù)據(jù)信號(hào)，也可以是編碼后在數(shù)字鏈路上傳輸或存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中的攝像機(jī)圖像信號(hào) 輸入信號(hào)首先進(jìn)行帶限濾波和抽樣，然后進(jìn)行模數(shù) A／ D(Analog to Digital)變換將信號(hào)變換成數(shù)字比特流。 在上述幾種方法中，第 1種方法的缺點(diǎn)是速度較慢，一般可用于 DSP算法的模擬與仿真；第 2種和第 5種方法專用性強(qiáng)，應(yīng)用受到很大的限制，第 2種方法也不便于系統(tǒng)的獨(dú)立運(yùn)行；第 3種方法只適用于實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的 DSP算法：只有第 4種方法才使數(shù)字信號(hào)處理的應(yīng)用打開(kāi)了新的局面。 數(shù)字信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)方法一般有以下幾種： 在通用的計(jì)算機(jī) (如 PC機(jī) )上用軟件 (如 C語(yǔ)言 )實(shí)現(xiàn)； 在通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中加上專用的加速處理機(jī)實(shí)現(xiàn)； 用通用的單片機(jī) (如 MCS5 96系列等 )實(shí)現(xiàn)，這種方法可用于一些不太復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理，如數(shù)字控制等； 用通用的可編程 DSP芯片實(shí)現(xiàn)．與單片機(jī)相比， DSP芯片具有更加適合于數(shù)字信號(hào)處理的軟件和硬件資源，可用于復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理算法； 用 專用的 DSP芯片實(shí)現(xiàn)。例如，在數(shù)學(xué)領(lǐng)域，微積分、概率統(tǒng)計(jì)、隨機(jī)過(guò)程、數(shù)值分析等都是數(shù)字信號(hào)處理的基本工具，與網(wǎng)絡(luò)理論、信號(hào)與系統(tǒng)、控制論、通信理論、故障診斷等也密切相關(guān)。而數(shù)字信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)則是理論和應(yīng)用之間的橋梁。數(shù)字信號(hào)處理在理論上的發(fā)展推動(dòng)了數(shù)字信號(hào)處理應(yīng)用的發(fā)展。 數(shù)字信號(hào)處理是利用計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ锰幚碓O(shè)備，以數(shù)字形式對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集、變換、濾波、估值、增強(qiáng)、壓縮、識(shí)別等處理，以得到符合人們需要的信號(hào)形式。 南京郵電大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 第二章 DSP 原理 DSP 簡(jiǎn)介 數(shù)字信號(hào)處理 (Digital Signal Processing，簡(jiǎn)稱 DSP)是一個(gè)涉及許多學(xué)科而又廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域的新興學(xué)科。 第三章；對(duì)論文中使用的 F2812板及其開(kāi)發(fā)環(huán)境 CCS作詳細(xì)說(shuō)明?？梢詫?shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)采集過(guò)程的高效管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行 FFT等運(yùn)算，可以滿足數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的各種要求。 TMS320F2812采用兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，具備強(qiáng)大的中斷處理能力，同時(shí)，它具備兩個(gè)事務(wù)管理模塊，能實(shí)時(shí)管理 16個(gè)輸入通道的 A／ D轉(zhuǎn)換器， 4個(gè) 16通道定時(shí)器以及 6個(gè)捕獲單元。 TMS320F2812的指令執(zhí)行速度高達(dá) 150MIPS，作為控制器應(yīng)用它具備良好的實(shí)時(shí)控制能力：它的供電電壓為 3． 3V，與單片機(jī)相比，具有更低的控制器功耗；它的指令系統(tǒng)提供了豐富的“乘累加”，“循環(huán)尋址”等指令，這使得實(shí)時(shí)信號(hào)處理中的濾波，頻譜分析，可以方便快速地實(shí)現(xiàn)。 TI公司的各種型號(hào) DSP專為實(shí)時(shí)信號(hào)而設(shè)計(jì)，在其各種型號(hào)的 DSP中， TMS320F28x系列 DSP將實(shí)時(shí)信號(hào)處理能力和控制器外設(shè)功能集于一身，為本數(shù)據(jù)采