dsp数字信号处理课程设计报告AD转换接口设计.docx

1、dsp数字信号处理课程设计报告AD转换接口设计DSP技术与应用课程设计报告选题名称: A/D转换接口设计 系（院）: 计算机工程学院 专 业: 计算机科学与技术（嵌入式系统软件设计）班 级: 计算机1073 姓 名: 学 号: 指导教师: 学年学期: 2009 2010 学年 第 2 学期 2010 年 6 月 12 日摘要：数字信号处理器（digital signal processor, DSP）是针对数字信号处理的需求而设计的一种可编程的处理器，是现代电子技术、计算机技术和信号处理技术相结合的产物。随着信息处理技术的飞速发展，DSP在电子信息、通信、软件无线电、自动控制、仪器仪表、信息家

2、电等高科技领域获得了越来越广泛的应用。自从20世纪80年代诞生以来，DSP就被广泛应用于社会各个领域。DSP不仅快速实现了各种数字信号处理算法，而且拓宽了数字信号处理的应用范围。随着DSP的功能越来越强大，其应用范围也将越来越广泛。此次DSP课程设计，我们一组做的是A/D转换接口的设计。在DSP的外部设备中，A/D（模数转换器）是一个十分重要的器件，A/D先将模拟信号转换成数字信号，DSP接收A/D输出的数字信号进行信号处理。关键词：DSP；A/D转换接口；TMS320C5416 1 课题综述1.1 DSP芯片的介绍DSP芯片，也称数字信号处理器，是一种具有特殊结构的微处理器。DSP芯片的内部

3、采用程序和数据分开的哈佛结构，具有专门的硬件乘法器，广泛采用流水线操作，提供特殊的DSP 指令，可以用来快速地实现各种数字信号处理算法。根据数字信号处理的要求，DSP芯片一般具有如下的一些主要特点：在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法。程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据。 片内具有快速RAM，通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问。 具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持。 快速的中断处理和硬件I/O支持。 具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器。 可以并行执行多个操作。 支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。1.2 DSP芯片的发展世界上第一个单片DSP芯片是1

4、978年AMI公司宣布的S2811，1979年美国Iintel公司发布的商用可编程期间2920是DSP芯片的一个主要里程碑。这两种芯片内部都没有现代DSP芯片所必须的单周期芯片。 1980年。日本NEC公司推出的PD7720是第一个具有乘法器的商用DSP 芯片。第一个采用CMOS工艺生产浮点DSP芯片的是日本的Hitachi 公司，它于1982年推出了浮点DSP芯片。1983年，日本的Fujitsu公司推出的MB8764，其指令周期为120ns ，且具有双内部总线，从而处理的吞吐量发生了一个大的飞跃。而第一个高性能的浮点DSP芯片应是AT&T公司于1984年推出的DSP32。在这么多的DSP芯

5、片种类中，最成功的是美国德克萨斯仪器公司（Texas Instruments，简称TI）的一系列产品。TI公司灾982年成功推出启迪一代DSP芯片TMS32010及其系列产品TMS32011、TMS32C10/C14/C15/C16/C17等，之后相继推出了第二代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TMS32C50/C51/C52/C53以及集多个DSP于一体的高性能DSP芯片TMS32C80/C82等。 自1980年以来，DSP芯片得到了突飞猛进的发展，DS

6、P芯片的应用越来越广泛。从运算速度来看，MAC（一次乘法和一次加法）时间已经从80年代初的400ns（如TMS32010）降低到40ns（如TMS32C40），处理能力提高了10多倍。DSP芯片内部关键的乘法器部件从1980年的占模区的40左右下降到5以下，片内RAM增加一个数量级以上。从制造工艺来看，1980年采用4的N沟道MOS工艺，而现在则普遍采用亚微米CMOS工艺。DSP芯片的引脚数量从1980年的最多64个增加到现在的200个以上，引脚数量的增加，意味着结构灵活性的增加。此外，DSP芯片的发展，是DSP系统的成本、体积、重量和功耗都有很大程度的下降。1.3 DSP芯片的特点DSP具有

7、如下一些特点。（1）改进的哈佛结构早期的微处理器内部大多采用冯诺依曼(Von Neumann)结构，其片内程序空间和数据空间是混合在一起的，取指令和取操作是一条总线分时进行的。当高速运算时，不但不能同时取指令和取操作数，而且还会造成传输通道上的瓶颈现象。而DSP内部采用的是程序空间和数据空间分开的哈佛结构，允许同时取指令（来自程序存储器）和取操作数，而且还允许在程序空间和数据空间之间互相传送数据，即改进的哈佛结构。（2）多总线结构许多DSP芯片内部都采用多总线结构，这样可以保证在一个机器周期内多次访问程序空间和数据空间。（3）流水线操作许多DSP芯片内部都采用多总线结构，这样可以保证在一个机器

8、周期内可以多次访问程序空间和数据空间。（4）多处理单元DSP内部一般都包括多个处理单元，如算术逻辑单元（ALU），辅助寄存器运算单元（ARAU）,累加器（ACC），硬件乘法器（MUL）等。它们可以在一个指令周期内同时进行运算。（5）特殊的DSP指令为了更好地满足数字信号处理应用的需求，在DSP的指令系统中，设计了一些特殊的DSP指令。（6）指令周期短早期的DSP指令周期约为400ns，采用4m的NMOS制造工艺，其运算速度为5MIPS。随着集成电路工艺的发展，DSP广泛采用了亚微米静态CMOS制造工艺，其运行速度越来越快。（7）运算精度高早期DSP的字长是8位，后来逐步提高到16位、24位、3

9、2位，为防止运算过程中产生溢出，有的DSP的累加器字长是40位。（8）硬件配置强新一代的DSP接口功能越来越强，片内具有串行通信口，并行8位主机接口，并行16位主机接口，DMA控制器，A/D转换器，软件控制的等待状态发生器，带锁相环的时钟发生器，片上定时器，分区转换控制逻辑，符合IEEE1149.1标准的JTAG测试仿真接口，更易于完成系统设计。1.4 Protel 99SE概述Protel 99SE主要由原理图设计系统、印制电路板设计系统两大部分组成。（1）原理图设计系统这是一个易于使用的具有大量元件库的原理图编辑器，主要用于原理图的设计。它可以为印制电路板设计提供网络表。该编辑器除了具有强

10、大的原理图编辑功能以外，其分层组织设计功能、设计同步器、丰富的电气设计检验功能及强大而完善的打印输出功能，使用户可以轻松完成所需的设计任务。（2）印制电路板设计系统它是一个功能强大的印制电路板设计编辑器，具有非常专业的交互式布线及元件布局的特点，用于印制电路板（PCB）的设计并最终产生PCB文件，直接关系到印制电路板的生产。Protel99SE的印制电路板设计系统可以进行多达32层信号层、16层内部电源/接地层的布线设计，交互式的元件布置工具极大地减少了印制板设计的时间。同时它还包含一个具有专业水准的PCB信号完整性分析工具、功能强大的打印管理系统、一个先进的PCB三维视图预览工具。此外，Pr

11、otel99SE还包含一个功能强大的基于SPICE 3f5的模/数混合信号仿真器，使设计者可以方便地在设计中对一组混合信号进行仿真分析。同时，它还提供了一个高效、通用的可编程逻辑器件设计工具。2 系统分析2.1 电路原理图图2-1 A/D转换接口原理图2.2 PCB板 图2-2 A/D转换接口PCB板3 系统设计3.1电源设计在TI公司的DSP系列中，C2xx系列采用单一5V电压供电。C54xx系列DSP一般采用3.3V和1.8V电压供电，其中I/O采用3.3V电压，芯片采用1.8V，内核采用低电压供电可以降低整个芯片的工作功耗。实际常用直流电压一般为5V或者更高，所以必须采用电压转换芯片。将

12、高电平转换成3.3V和1.8V，供DSP使用。TI公司提供专门的电压转换芯片，供各个不同型号的DSP使用。本次课程设计使用的是TPS7348（4.85V）。图3-1 TPS70348的基本连接方法3.2 DSP与TLV1571的硬件连接TLV1571与C5409的连接如图3-2所示。使用DSP的地址总线的A0引脚控制TLV1571的片选信号，使用DSP的XF引脚控制TLV1571的读信号。DSP和TLV1571的数据总线和中断信号直接相连。图3-2 TMS320C5409与TLV1571的连接3.3其他引脚和测试信号TMS320C5409最小系统的连接如图3-3 图3-3-1仿真器的连接 图3

13、-3-2仿真口的连接 图3-3-3分频器的连接 图3-3-4工作方式选择引脚4 代码编写4.1 A/D主程序* AD/DA实验* 将AD采样的数据直接输出到DA，用示波器检查输入信号和输出信号是否一致*.mmregs .def CodeEntry .def Eint1_ISR .dataData_DP: .textCodeEntry: STACK_SIZE .set 20HSTACK .usect STACK, STACK_SIZE STM #STACK+STACK_SIZE,SP LD #Data_DP,DP ;主程序中必须定义DATA_DPV_IPTR .set 0080h ;指向0080

14、H，默认是FF80 LDM PMST,A AND #7FH,A ;保留低7位，清掉高位 OR #V_IPTR,A ;将新值传到高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:INT 1:EOCK_CLKSEL .set 05 ;D5 0:Internal Clock 1:External ClockK_SWPWDN .set 04 ;D4 0:Normal 1:Power DownK_MO

15、DESEL .set 03 ;D3 0:Single Channel 1:Sweep ModeK_CR0 .set (K_STARTSEL|K_PROGEOC|K_CLKSEL|K_SWPWDN|K_MODESEL)5K_OSCSPD .set 06 ;D6 0: 1:INT. OSC. FASTK_OUTCODE .set 03 ;D3 0:Binary 1:2s ComplementK_READREG .set 02 ;D2 0:Enable Self Test 1:Register Read backK_STEST .set 0 ;0 CONVERSION result READREG

16、= 0 ;1 SELF TEST 1 result ;2 SELF TEST 2 result ;3 SELF TEST 3 result ;0 Contents of CR0 READREG = 1 ;1 Contents of CR1 K_CR1 .set (100H|K_OSCSPD|K_OUTCODE|K_READREG|K_STEST) PARAM PAGE 0 /*代码段*/ .vectors : VECT PAGE 0 /*中断向量表*/ STACK : DARAM PAGE 1 /*堆栈*/ .bss : DARAM PAGE 1 /*未命名段*/ .data : DARAM

17、PAGE 1 /*数据段*/5程序运行结果程序运行结果如图5-1所示。图5-1程序运行结果图总 结在短短的几十年里，随着信息技术革命的深入和计算机技术的飞速发展，数字信号处理技术已逐步发展成为一门主流技术，在数字式程控交换机、数字式移动电话、多媒体计算机、计算机网络、数字电视等领域取得了极其广泛的应用。课程设计是培养学生运用综合运用所学知识，发现、提出、分析和解决实际问题，锻炼实际能力的重要环节，是对我们实际工作能力的具体训练和考察过程。我们一组做的题目是A/D转换接口的设计，对于我们这些实践中的新手来说，这是一次考验。怎样才能找到课堂所学与实践运用的最佳结合点。这都是我们要考虑和努力的。在此

18、次课程设计中，通过老师的精心指导和在网上找的资料，主要掌握了A/D转换接口的设计和运用Protel 99SE软件绘制原理图。在整个团队中，我主要负责原理图的绘制，想要制出既正确又美观的原理图并不是一件简单的事，其中尤其要注意引脚的连接和元器件的分装问题。在这方面，我同组的同学给了我很多帮助，使我熟悉了利用Protel绘制原理图。通过此次课程设计，我发现我对元器件的分装掌握的还不是很熟悉。这次课程设计使我懂得实践的重要性，只有理论知识远远不够，只有把所学的理论知识与实践相结合才能算是掌握了所学的知识。随着就业形势的日趋严峻，大学生的动手能力、实际能力和综合素质越来越受到学校和用人单位的重视。并且

19、此次课程设计锻炼了我们的团队合作的能力。这次课程设计在同学的热心帮助和老师的辛勤指导下终于顺利完成了，在此我表示衷心的感谢，参考文献1 赵勇，甘泉.DSP应用系统设计.北京：电子工业出版社，2002 2 任建国.DSP开发技术实例与技巧.北京：国防工业出版社，2007 3 汪安民，陈明欣，朱明.TMS320C54xx DSP实用技术.北京：清华大学出版社，20074 乔瑞萍，崔涛，张芳娟.TMS320C54x DSP原理及应用.西安：西安电子科技大学出版社，2005指导教师评语学号25姓名徐涛班级计算机1073选题名称A/D转换接口设计序号评价内容权重（%）得分1考勤记录、学习态度、工作作风与表现。52自学情况：上网检索机时数、文献阅读情况（笔记）。103论文选题是否先进，是否具有前沿性或前瞻性。54成果验收：是否完成设计任务；能否运行、可操作性如何等。205报告的格式规范程度、是否图文并茂、语言规范及流畅程度；主题是否鲜明、重心是否突出、论述是否充分、结论是否正确；是否提出了自己的独到见解。306文献引用是否合理、充分、真实。57答辩情况： 自我陈述、回答问题的正确性、用语准确性、逻辑思维、是否具有独到见解等。25合计指导教师（签章）： 年 月 日