dsp數(shù)字信號處理課程設(shè)計報告 AD轉(zhuǎn)換接口設(shè)計

1、DSP 技術(shù)與應(yīng)用技術(shù)與應(yīng)用課程設(shè)計報告課程設(shè)計報告選題名稱選題名稱: A/D 轉(zhuǎn)換接口設(shè)計 系（院）系（院）: 計算機工程學(xué)院 專專 業(yè)業(yè): 計算機科學(xué)與技術(shù)（嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計）班班 級級: 計算機 1073 姓姓 名名: 學(xué)學(xué) 號號: 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師: 學(xué)年學(xué)期學(xué)年學(xué)期: 2009 2010 學(xué)年 第 2 學(xué)期2010年 6 月 12 日摘要：數(shù)字信號處理器（digital signal processor, DSP）是針對數(shù)字信號處理的需求而設(shè)計的一種可編程的處理器，是現(xiàn)代電子技術(shù)、計算機技術(shù)和信號處理技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。隨著信息處理技術(shù)的飛速發(fā)展，DSP 在電子信息、通信、軟件無線電

2、、自動控制、儀器儀表、信息家電等高科技領(lǐng)域獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。自從 20 世紀 80 年代誕生以來，DSP 就被廣泛應(yīng)用于社會各個領(lǐng)域。DSP 不僅快速實現(xiàn)了各種數(shù)字信號處理算法，而且拓寬了數(shù)字信號處理的應(yīng)用范圍。隨著 DSP 的功能越來越強大，其應(yīng)用范圍也將越來越廣泛。此次 DSP 課程設(shè)計，我們一組做的是 A/D 轉(zhuǎn)換接口的設(shè)計。在DSP 的外部設(shè)備中，A/D（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）是一個十分重要的器件，A/D 先將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，DSP 接收 A/D 輸出的數(shù)字信號進行信號處理。關(guān)鍵詞：DSP；A/D 轉(zhuǎn)換接口；TMS320C5416目目錄錄1 課題綜述11.1 DSP 芯片的介紹11

3、.2 DSP 芯片的發(fā)展11.3 DSP 芯片的特點21.4 PROTEL 99SE 概述32 系統(tǒng)分析42.1 電路原理圖42.2 PCB 板 43 系統(tǒng)設(shè)計43.1 電源設(shè)計43.2 DSP 與 TLV1571 的硬件連接 53.3 其他引腳和測試信號54 代碼編寫64.1 A/D 主程序64.2 中斷程序94.3 CMD 程序 125 程序運行結(jié)果13總 結(jié)14參考文獻15 DSP 技術(shù)與應(yīng)用課程設(shè)計報告01 課題綜述課題綜述1.1 DSP 芯片的介紹芯片的介紹DSP 芯片，也稱數(shù)字信號處理器，是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的微處理器。DSP 芯片的內(nèi)部采用程序和數(shù)據(jù)分開的哈佛結(jié)構(gòu)，具有專門的硬件乘

4、法器，廣泛采用流水線操作，提供特殊的 DSP 指令，可以用來快速地實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。根據(jù)數(shù)字信號處理的要求，DSP 芯片一般具有如下的一些主要特點：在一個指令周期內(nèi)可完成一次乘法和一次加法。程序和數(shù)據(jù)空間分開，可以同時訪問指令和數(shù)據(jù)。 片內(nèi)具有快速 RAM，通?？赏ㄟ^獨立的數(shù)據(jù)總線在兩塊中同時訪問。 具有低開銷或無開銷循環(huán)及跳轉(zhuǎn)的硬件支持。 快速的中斷處理和硬件 I/O 支持。 具有在單周期內(nèi)操作的多個硬件地址產(chǎn)生器。 可以并行執(zhí)行多個操作。 支持流水線操作，使取指、譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊執(zhí)行。1.2 DSP 芯片的發(fā)展芯片的發(fā)展世界上第一個單片 DSP 芯片是 1978 年 AMI

5、 公司宣布的 S2811，1979 年美國Iintel 公司發(fā)布的商用可編程期間 2920 是 DSP 芯片的一個主要里程碑。這兩種芯片內(nèi)部都沒有現(xiàn)代 DSP 芯片所必須的單周期芯片。 1980 年。日本 NEC 公司推出的PD7720 是第一個具有乘法器的商用 DSP 芯片。第一個采用 CMOS 工藝生產(chǎn)浮點DSP 芯片的是日本的 Hitachi 公司，它于 1982 年推出了浮點 DSP 芯片。1983 年，日本的 Fujitsu 公司推出的 MB8764，其指令周期為 120ns ，且具有雙內(nèi)部總線，從而處理的吞吐量發(fā)生了一個大的飛躍。而第一個高性能的浮點 DSP 芯片應(yīng)是 AT&

6、;T 公司于 1984 年推出的 DSP32。在這么多的 DSP 芯片種類中，最成功的是美國德克薩斯儀器公司（Texas Instruments，簡稱 TI）的一系列產(chǎn)品。TI 公司災(zāi) 982 年成功推出啟迪一代 DSP 芯片TMS32010 及其系列產(chǎn)品 TMS32011、TMS32C10/C14/C15/C16/C17 等，之后相繼推出了第二代 DSP 芯片 TMS32020、TMS320C25/C26/C28，第三代 DSP 芯片TMS32C30/C31/C32，第四代 DSP 芯片 TMS32C40/C44，第五代 DSP 芯片DSP 技術(shù)與應(yīng)用課程設(shè)計報告1TMS32C50/C51/

7、C52/C53 以及集多個 DSP 于一體的高性能 DSP 芯片 TMS32C80/C82等。 自 1980 年以來，DSP 芯片得到了突飛猛進的發(fā)展，DSP 芯片的應(yīng)用越來越廣泛。從運算速度來看，MAC（一次乘法和一次加法）時間已經(jīng)從 80 年代初的400ns（如 TMS32010）降低到 40ns（如 TMS32C40） ，處理能力提高了 10 多倍。DSP芯片內(nèi)部關(guān)鍵的乘法器部件從 1980 年的占模區(qū)的 40 左右下降到 5 以下，片內(nèi) RAM增加一個數(shù)量級以上。從制造工藝來看，1980 年采用 4 的 N 溝道 MOS 工藝，而現(xiàn)在則普遍采用亞微米 CMOS 工藝。DSP 芯片的引腳

8、數(shù)量從 1980 年的最多 64 個增加到現(xiàn)在的 200 個以上，引腳數(shù)量的增加，意味著結(jié)構(gòu)靈活性的增加。此外，DSP 芯片的發(fā)展，是 DSP 系統(tǒng)的成本、體積、重量和功耗都有很大程度的下降。1.3 DSP 芯片的特點芯片的特點DSP 具有如下一些特點。（1）改進的哈佛結(jié)構(gòu)早期的微處理器內(nèi)部大多采用馮諾依曼(Von Neumann)結(jié)構(gòu)，其片內(nèi)程序空間和數(shù)據(jù)空間是混合在一起的，取指令和取操作是一條總線分時進行的。當(dāng)高速運算時，不但不能同時取指令和取操作數(shù)，而且還會造成傳輸通道上的瓶頸現(xiàn)象。而 DSP 內(nèi)部采用的是程序空間和數(shù)據(jù)空間分開的哈佛結(jié)構(gòu)，允許同時取指令（來自程序存儲器）和取操作數(shù)，而且

9、還允許在程序空間和數(shù)據(jù)空間之間互相傳送數(shù)據(jù)，即改進的哈佛結(jié)構(gòu)。（2）多總線結(jié)構(gòu)許多 DSP 芯片內(nèi)部都采用多總線結(jié)構(gòu)，這樣可以保證在一個機器周期內(nèi)多次訪問程序空間和數(shù)據(jù)空間。（3）流水線操作許多 DSP 芯片內(nèi)部都采用多總線結(jié)構(gòu)，這樣可以保證在一個機器周期內(nèi)可以多次訪問程序空間和數(shù)據(jù)空間。（4）多處理單元DSP 內(nèi)部一般都包括多個處理單元，如算術(shù)邏輯單元（ALU） ，輔助寄存器運算單元（ARAU）,累加器（ACC） ，硬件乘法器（MUL）等。它們可以在一個指令周期內(nèi)同時進行運算。（5）特殊的 DSP 指令DSP 技術(shù)與應(yīng)用課程設(shè)計報告2為了更好地滿足數(shù)字信號處理應(yīng)用的需求，在 DSP 的指令系

10、統(tǒng)中，設(shè)計了一些特殊的 DSP 指令。（6）指令周期短早期的 DSP 指令周期約為 400ns，采用 4m 的 NMOS 制造工藝，其運算速度為5MIPS。隨著集成電路工藝的發(fā)展，DSP 廣泛采用了亞微米靜態(tài) CMOS 制造工藝，其運行速度越來越快。（7）運算精度高早期 DSP 的字長是 8 位，后來逐步提高到 16 位、24 位、32 位，為防止運算過程中產(chǎn)生溢出，有的 DSP 的累加器字長是 40 位。（8）硬件配置強新一代的 DSP 接口功能越來越強，片內(nèi)具有串行通信口，并行 8 位主機接口，并行 16 位主機接口，DMA 控制器，A/D 轉(zhuǎn)換器，軟件控制的等待狀態(tài)發(fā)生器，帶鎖相環(huán)的時鐘

11、發(fā)生器，片上定時器，分區(qū)轉(zhuǎn)換控制邏輯，符合 IEEE1149.1 標(biāo)準的 JTAG 測試仿真接口，更易于完成系統(tǒng)設(shè)計。1.4 Protel 99SE 概述概述Protel 99SE 主要由原理圖設(shè)計系統(tǒng)、印制電路板設(shè)計系統(tǒng)兩大部分組成。（1）原理圖設(shè)計系統(tǒng)這是一個易于使用的具有大量元件庫的原理圖編輯器，主要用于原理圖的設(shè)計。它可以為印制電路板設(shè)計提供網(wǎng)絡(luò)表。該編輯器除了具有強大的原理圖編輯功能以外，其分層組織設(shè)計功能、設(shè)計同步器、豐富的電氣設(shè)計檢驗功能及強大而完善的打印輸出功能，使用戶可以輕松完成所需的設(shè)計任務(wù)。（2）印制電路板設(shè)計系統(tǒng)它是一個功能強大的印制電路板設(shè)計編輯器，具有非常專業(yè)的交互

12、式布線及元件布局的特點，用于印制電路板（PCB）的設(shè)計并最終產(chǎn)生 PCB 文件，直接關(guān)系到印制電路板的生產(chǎn)。Protel99SE 的印制電路板設(shè)計系統(tǒng)可以進行多達 32 層信號層、16 層內(nèi)部電源/接地層的布線設(shè)計，交互式的元件布置工具極大地減少了印制板設(shè)計的時間。同時它還包含一個具有專業(yè)水準的 PCB 信號完整性分析工具、功能強大的打印管理系統(tǒng)、一個先進的 PCB 三維視圖預(yù)覽工具。此外，Protel99SE 還包含一個功能強大的基于 SPICE 3f5 的模/數(shù)混合信號仿真器，使設(shè)計者可以方便地在設(shè)計中對一組混合信號進行仿真分析。DSP 技術(shù)與應(yīng)用課程設(shè)計報告3同時，它還提供了一個高效、通

13、用的可編程邏輯器件設(shè)計工具。2 系統(tǒng)分析系統(tǒng)分析2.1 電路原理圖電路原理圖圖 2-1 A/D 轉(zhuǎn)換接口原理圖2.2 PCB 板板 圖 2-2 A/D 轉(zhuǎn)換接口 PCB 板3 系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計3.1 電源設(shè)計電源設(shè)計在 TI 公司的 DSP 系列中，C2xx 系列DSP 技術(shù)與應(yīng)用課程設(shè)計報告4采用單一 5V 電壓供電。C54xx 系列 DSP 一般采用 3.3V 和 1.8V 電壓供電，其中 I/O采用 3.3V 電壓，芯片采用 1.8V，內(nèi)核采用低電壓供電可以降低整個芯片的工作功耗。實際常用直流電壓一般為 5V 或者更高，所以必須采用電壓轉(zhuǎn)換芯片。將高電平轉(zhuǎn)換成 3.3V 和 1.8V，供

14、 DSP 使用。TI 公司提供專門的電壓轉(zhuǎn)換芯片，供各個不同型號的DSP 使用。本次課程設(shè)計使用的是 TPS7348（4.85V） 。圖 3-1 TPS70348 的基本連接方法3.2 DSP 與與 TLV1571 的硬件連接的硬件連接TLV1571 與 C5409 的連接如圖 3-2 所示。使用 DSP 的地址總線的 A0 引腳控制TLV1571 的片選信號，使用 DSP 的 XF 引腳控制 TLV1571 的讀信號。DSP 和TLV1571 的數(shù)據(jù)總線和中斷信號直接相連。圖 3-2 TMS320C5409 與 TLV1571 的連接3.3 其他引腳和測試信號其他引腳和測試信號TMS320C

15、5409 最小系統(tǒng)的連接如圖 3-3DSP 技術(shù)與應(yīng)用課程設(shè)計報告5 圖 3-3-1 仿真器的連接 圖 3-3-2 仿真口的連接 圖 3-3-3 分頻器的連接 圖 3-3-4 工作方式選擇引腳4 代碼編寫代碼編寫4.1 A/D 主程序主程序* AD/DA 實驗* 將 AD 采樣的數(shù)據(jù)直接輸出到 DA，用示波器檢查輸入信號和輸出信號是否一致*.mmregs.def CodeEntry.def Eint1_ISR.dataData_DP:DSP 技術(shù)與應(yīng)用課程設(shè)計報告6.textCodeEntry:STACK_SIZE.set 20HSTACK.usect STACK,STACK_SIZESTM

16、#STACK+STACK_SIZE,SPLD#Data_DP,DP;主程序中必須定義 DATA_DPV_IPTR .set0080h;指向 0080H，默認是 FF80LDMPMST,AAND#7FH,A;保留低 7 位，清掉高位OR#V_IPTR,A ;將新值傳到高 9 位STLM A,PMST;修改 PMST 寄存器;Initialize the AD1571K_STARTSEL.set 17;D7 0:HARDWARE START 1:SOFTWARE STARTK_PROGEOC.set 06;D6 0:INT1:EOCK_CLKSEL .set 05;D5 0:Internal Cl

17、ock 1:External ClockK_SWPWDN .set 04;D4 0:Normal1:Power DownK_MODESEL .set 03;D3 0:Single Channel1:Sweep ModeK_CR0 .set (K_STARTSEL|K_PROGEOC|K_CLKSEL|K_SWPWDN|K_MODESEL)5K_OSCSPD .set 06;D6 0:INT.OSC.SLOW1:INT. OSC. FASTK_OUTCODE .set 03;D3 0:Binary1:2s ComplementK_READREG .set 02;D2 0:Enable Self

18、Test1:Register Read backK_STEST.set 0;0CONVERSION resultREADREG = 0DSP 技術(shù)與應(yīng)用課程設(shè)計報告7;1SELF TEST 1 result;2SELF TEST 2 result;3SELF TEST 3 result;0Contents of CR0READREG = 1;1Contents of CR1K_CR1.set (100H|K_OSCSPD|K_OUTCODE|K_READREG|K_STEST) PARAM PAGE 0/*代碼段*/.vectors : VECT PAGE 0/*中斷向量表*/STACK :

19、DARAM PAGE 1/*堆棧*/.bss: DARAM PAGE 1/*未命名段*/.data: DARAM PAGE 1/*數(shù)據(jù)段*/5 程序運行結(jié)果程序運行結(jié)果程序運行結(jié)果如圖 5-1 所示。圖 5-1 程序運行結(jié)果圖DSP 技術(shù)與應(yīng)用課程設(shè)計報告13總結(jié)在短短的幾十年里，隨著信息技術(shù)革命的深入和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號處理技術(shù)已逐步發(fā)展成為一門主流技術(shù)，在數(shù)字式程控交換機、數(shù)字式移動電話、多媒體計算機、計算機網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字電視等領(lǐng)域取得了極其廣泛的應(yīng)用。課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生運用綜合運用所學(xué)知識，發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實際問題，鍛煉實際能力的重要環(huán)節(jié)，是對我們實際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程。我們一組做的題目是 A/D 轉(zhuǎn)換接口的設(shè)計，對于我們這些實踐中的新手來說，這是一次考驗。怎樣才能找到課堂所學(xué)與實踐運用的最佳結(jié)合點。這都是我們要考慮和努力的。在此次課程設(shè)計中，通過老師的精心指導(dǎo)和在網(wǎng)上找的資料，主要掌握了A/D 轉(zhuǎn)換接口的設(shè)計和運用 Protel 99SE 軟件繪制原理圖。在整個團隊中，我主要負責(zé)原理圖的繪制，想要制出既正確又美觀的原理圖并不是一件簡單的事，其中尤其要注意引腳的連接和元器件的分裝問題。在這方面，我同組的同學(xué)給了我很多幫助，使我熟悉了利用 Protel 繪制原理圖。通過此次課程設(shè)計，我發(fā)現(xiàn)我對元器件的分裝掌握的還不是很熟悉。這次課程設(shè)計使我懂得實踐的