（電路與系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)論文）基于DSP的任意波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)[電路與系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)優(yōu)秀論文].pdf

摘要 摘要 隨著人們對(duì)各種復(fù)雜信號(hào)或特殊信號(hào)的需求，隨著不斷發(fā)展的模擬和數(shù)字信 號(hào)處理技術(shù)及其大規(guī)模集成電路工藝技術(shù)的發(fā)展而蘊(yùn)育出來(lái)的一種新型的信號(hào)發(fā) 生器一一任意波形發(fā)生器。而通常情況通過(guò)下述兩種方法來(lái)產(chǎn)生所需要的波形。一 種方法是使用算法直接產(chǎn)生，這種方法能直接精確地計(jì)算出每個(gè)角度的波形值， 所占的存儲(chǔ)空間小。另外一種為查表法，使用這種方法需要較多的存儲(chǔ)空間，但 是實(shí)時(shí)性較好。本文我們來(lái)討論第二種?；赿 d s 技術(shù)的任意波形發(fā)生器不僅能 實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定度、高精度、高分辨率的要求，還具有體積小、價(jià)格便宜的特點(diǎn)，是 一種很有發(fā)展前途的信號(hào)源。 本論文在分析了現(xiàn)有波形發(fā)生器設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，合理地使用了d d s 技術(shù)， 以t i 公司的t 1 “$ 3 2 0 c 5 4 0 2 數(shù)字信號(hào)處理芯片為核心，結(jié)合應(yīng)用背景設(shè)計(jì)了一種結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)便性能優(yōu)良的任意波形發(fā)生器。論文中主要對(duì)d s p 芯片控制的任意波形發(fā)生 器的軟硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行了相應(yīng)的研究，著重分為幾個(gè)部分對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹。 論文介紹了采用v c + + 生成各種波形發(fā)生數(shù)據(jù)的原理及方法，整個(gè)系統(tǒng)以d s p 作為核心控制器，數(shù)模轉(zhuǎn)換部分采用1 6 位高速的a d 7 8 4 6 ，然后經(jīng)過(guò)低通濾波器濾 波即獲得所需波形，后面的可編程增益運(yùn)放p g a 2 0 5 和p 6 a 1 0 3 則可以對(duì)波形的幅 度進(jìn)行控制。其特點(diǎn)是界面友好，操作方便，產(chǎn)生的波形失真度小，頻帶寬，頻 率分辨率高。 關(guān)鍵詞：任意波形，t m s 3 2 0 c 5 4 0 2 ，a d 7 8 4 6 ，低通濾波器 a b s t r a c t w i t ht h ed e s i r eo fc o m p i i c a t e da n ds p e c i a ls i g n a l ，w i t ht h ed e w e l o p m e n t o fa n a l o ga n dd i g i t a ls i g n a lp r o c e s s t i n g ，a r b i t r a r yw a v e f o r mg e n e r a t o rh a s o c c u r r e d g e n e r a l l ys p e a k i n g ，i tc a ng e n e r a t ew a v e f o r mt h r o u g ht w ow a y s o n ei su s i n ga r i t h m e t i c ，a n o t h e ri sl o o k i n gu pt h ew a v e f o r m - 1 i s t t h ef i r s t m e t h o dc a nc a l c u l a t et h ew a v e f o r mv a l u ea c c u r a t e l y ，t h es e c o n dm e t h o dn e e d m u c hm e m o r ys p a c e ，b u t i ti s h i g hd e f i n i t i o n ，h i g hs t a b i l i t y a n d l o w c o s t ，s m a l lv o l u m e i ti sap r o m i s s i n gs i g n a lg e n e r a t o r t h i sp a p e ra n a l y s e st h ed e s i g nm a t h o d so ft h ew a v e f o r mg e n e r a t o rw h i c h o c c u ri nt h em a r k e t ，u s e sd i r e c td i g i t a ls y n t h e s i st e c h n o l o g yr e a s o n a b l y i n t r o d u c ead e s i g nm e t h o do fa r b i t r a r yw a v e f o r mg e n e r a t o rw i t hd d s t e c h n o l o g ya n d f r a m e w o r ko ft h es o f t w a r ea n dh a r d w a r e t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ed e s i g ns o f t w a r ea n dh a r d w a r e i n t r o d u c et h e t h e o r yo fm a k i n gv a r i o u sw a v ed a t a t h ew h o l es y s t e mi sc o n t r o l l e db y d s p ，d ac o n v e r t e ri st h eh i g hs p e e da d 7 8 4 6 ，t h e np a s st h el p f ，w ec a ng e t t h ew a v ew en e e d t h el a t t e ra r ep g a 2 0 5a n d p g a l 0 3 t h e y a r ea l l p r o g r a m m a b l e g a i na m p l i f i e r s t h e yc a nc o n t r o lt h ew a v e f o r ma m p l i t u d e t h e c h a r a c t e r i s t i c so ft h i sd e s i g na r ef r i e n d l yi n t e r f a c e ，c o n v e n i e n t o p e r a t i o n ，s m a l ld i s t o r t i o n ，w i d ef r e q u e r n c yb a n d ，h i g hf r e q u e n c y d i f f e r e n c e k e yw o r d ：a r b i i r a r yw a v e f o r m t m s 3 2 0 c 5 4 0 2a d 7 8 4 6l p f 獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工 作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除了文中特另i 力以標(biāo)注和致謝的地 方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果，也不包含 為獲得電子科技大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)而使用過(guò)的材料。 與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明 確的說(shuō)明并表示謝意。 簽名： 均緝?nèi)掌冢簀 叼7 年6 月j 王日 關(guān)于論文使用授權(quán)的說(shuō)明 本學(xué)位論文作者完全了解電子科技大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文 的規(guī)定，有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁 盤(pán)，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)電子科技大學(xué)可以將學(xué)位論文 的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或 掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。 ( 保密的學(xué)位論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定) 簽名：坼導(dǎo)師簽名：二阻 日期：。1 年6 月】p 日 第一章緒論 1 1 引言 第一章緒論 信號(hào)發(fā)生器是一種常用的信號(hào)源，廣泛應(yīng)用于電子電路、自動(dòng)控制和科學(xué)試 驗(yàn)等領(lǐng)域。它是一種為電子測(cè)量和計(jì)量工作提供符合嚴(yán)格技術(shù)要求的電信號(hào)設(shè)備。 因此，信號(hào)發(fā)生器和示波器、電壓表、頻率計(jì)等儀器一樣是最普通、最基本的， 也是應(yīng)用最廣泛的電子儀器之一：幾乎所有的電參量的測(cè)量都需要用到信號(hào)發(fā)生 器。 在7 0 年代前，信號(hào)發(fā)生器主要有兩大類(lèi)：正弦波發(fā)生器和脈沖波發(fā)生器。正 弦波發(fā)生器只提供正弦波信號(hào)。通常使用的技術(shù)是一一自由振蕩器，工作頻率即。 為輸出頻率，頻率范圍有限，一般從幾至約1 m i - i z 。脈沖波發(fā)生器可產(chǎn)生高質(zhì) 量的方波和脈沖串，其頻率范圍一般低至1 h z ，高至1g h z ，它被用在數(shù)字系統(tǒng)中 模擬或取代數(shù)字信號(hào)，如時(shí)鐘，數(shù)據(jù)等。介于兩者之間的還有函數(shù)發(fā)生器，它提 供正弦，余弦，方波，三角波，斜波等幾種常用的特殊波形。產(chǎn)生有別于上述波 形時(shí)，必須采用較復(fù)雜的電路或機(jī)電結(jié)合的方法，甚至采用模擬計(jì)算機(jī)構(gòu)成專(zhuān)用 設(shè)備。 在7 0 年代后，微處理器的出現(xiàn)，利用信號(hào)處理器，a d 和d a 以及軟件使 函數(shù)產(chǎn)生器的功能擴(kuò)大，能夠產(chǎn)生更復(fù)雜的波形，衰減振蕩波，隨機(jī)脈沖波，指 數(shù)形脈沖等。當(dāng)時(shí)的信號(hào)處理器是專(zhuān)門(mén)用于信號(hào)處理的微處理器，但時(shí)鐘頻率只 有i 2 m h z ，a d 和d a 一般在8 位左右，內(nèi)部存儲(chǔ)器約2 k ，因此能夠產(chǎn)生的正 弦波的等效頻寬不會(huì)超過(guò)1 m h z ，要獲得比較平滑和失真度低的波形，重復(fù)頻率不 能超過(guò)1 0 k h z ，當(dāng)時(shí)用模擬方式產(chǎn)生特殊波形，重復(fù)頻率可以達(dá)到1 1 0 m i - i z ， 波形完整性好，用數(shù)字電路的函數(shù)發(fā)生器尚處于開(kāi)發(fā)階段，正式產(chǎn)品還不多。 8 0 年代情況有很大變化，隨著現(xiàn)代信息事業(yè)的發(fā)展，測(cè)試對(duì)象不斷豐富，現(xiàn) 代通信系統(tǒng)和電子系統(tǒng)對(duì)測(cè)試系統(tǒng)提出了越來(lái)越高的要求，進(jìn)而對(duì)信號(hào)發(fā)生器也 提出了更高的要求，需要模擬工作現(xiàn)場(chǎng)的情況來(lái)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試。而工作現(xiàn)場(chǎng)的 信號(hào)往往是多種多樣的，傳統(tǒng)的模擬信號(hào)發(fā)生器顯然是不能滿足客觀的需要的， 這時(shí)就需要一種能產(chǎn)生用戶(hù)定義的波形的儀器【l 】。 電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 經(jīng)過(guò)這些年的發(fā)展，近年來(lái)一種新的電子測(cè)量?jī)x器一一任意波形發(fā)生器出現(xiàn) 了，它可視為函數(shù)發(fā)生器的換代產(chǎn)品。任意波形發(fā)生器的功能遠(yuǎn)比函數(shù)發(fā)生器強(qiáng)， 在前面討論的難于產(chǎn)生的或不能產(chǎn)生的波形，都可以使用任意波形發(fā)生器。自然 它也可以用來(lái)產(chǎn)生前面討論的波形( 方波，三角波，脈沖波) ，但實(shí)際中還利用發(fā)生 器來(lái)模擬更復(fù)雜的信號(hào)，甚至信號(hào)中的缺陷( 如方波中的過(guò)沖和數(shù)字信號(hào)中的尖脈 沖) 都可通過(guò)控制來(lái)模擬，再者，任意波形發(fā)生器還可產(chǎn)生瞬變信號(hào)如阻尼正弦波 等，它對(duì)存在的各種波形都可以模擬，只要可用數(shù)字形式存儲(chǔ)，并送進(jìn)波形存儲(chǔ) 器的波形都可以把他們模擬出來(lái)。 早期的信號(hào)源主要是基于模擬電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，而任意波形發(fā)生器是以數(shù)字電路 和計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的產(chǎn)品，因此可使它成為測(cè)試系統(tǒng)通用的高性能，多功能的 激勵(lì)源，因而將有很廣闊的發(fā)展前景。 1 2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 國(guó)外任意波形發(fā)生器的研制及生產(chǎn)技術(shù)已較為成熟，已有多種產(chǎn)品投放市場(chǎng)， 目前任意波形發(fā)生器有三種產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式： 獨(dú)立儀器結(jié)構(gòu)形式 獨(dú)立儀器的結(jié)構(gòu)形式是把任意波形發(fā)生器設(shè)計(jì)成單臺(tái)儀器的形式，其優(yōu)點(diǎn)是精度 高，可單獨(dú)工作。 p c 總線插卡式 p c 總線插卡式是將任意波形發(fā)生卡直接插在p c 機(jī)的總線擴(kuò)展槽或擴(kuò)展機(jī)箱中， 利用p c 機(jī)來(lái)控制任意波形發(fā)生器的工作狀態(tài)，其優(yōu)點(diǎn)是可以充分利用p c 機(jī)的軟 硬件資源，在波形數(shù)據(jù)處理，波形參數(shù)的修改，計(jì)算等有明顯優(yōu)勢(shì)。 v x i 模塊式 v x i 模塊式是一種新型的模塊化儀器，它必須插在v x i 總線機(jī)箱上才能使用，而 v x i 總線機(jī)箱又通過(guò)g p i b 或r s - 2 3 2 c 等接口與計(jì)算機(jī)相連，v 卡式儀器對(duì)組 成自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)( a t e ) 特別有用，各個(gè)公司的v x i 卡式儀器模塊均可自由組合使 用。 a g i l e n t 和t e k t r o n i x 兩大公司在此領(lǐng)域進(jìn)行了卓有成效的研究和開(kāi)發(fā)，其代表 產(chǎn)品無(wú)論在技術(shù)先進(jìn)性還是市場(chǎng)占有率方面都在全世界享有卓越聲譽(yù)。這兩個(gè)公 2 第一章緒論 司任意波形發(fā)生器的產(chǎn)品型號(hào)和性能特點(diǎn)分別如下表【1 1 所示 表1 i 國(guó)外任意波形發(fā)生器主要產(chǎn)品 生產(chǎn)廠家型號(hào)性能特點(diǎn) a g i l e n t 公獨(dú)立 h p 3 3 1 2 0 a最高采樣速率：4 0 m s p s 司儀器 輸出標(biāo)準(zhǔn)波形：正弦波、方波、三角波、鋸齒波、 噪聲、直流電壓、負(fù)鋸齒波、指數(shù)函 數(shù)波 任意波形：8 - - 1 6 0 0 0 個(gè)點(diǎn) 幅度分辨率：1 2 位 調(diào)制：a m n l f s k b u r s t h p 3 3 2 5 0 a最高采樣速率：2 0 0 m s p s 輸出標(biāo)準(zhǔn)波形：正弦波、方波、三角波、鋸齒波、 噪聲、直流電壓、負(fù)鋸齒波、指數(shù)函 數(shù)波 任意波形：1 - - 6 4 0 0 0 個(gè)點(diǎn) 幅度分辨率：1 2 位 調(diào)制：a m f m f s k b u r s t v x ie 1 4 4 5 a 尺寸：c 模塊 類(lèi)型：消息基 最高采樣速率：4 0 m s p s 輸出標(biāo)準(zhǔn)波形：正弦波、方波、三角波、鋸齒波、 噪聲、直流電壓、負(fù)鋸齒波、指數(shù)函 數(shù)波 任意波形：2 5 6 k 個(gè)點(diǎn) 幅度分辨率：1 3 位 調(diào)制：a m f i i f s k b u r s t 3 電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 t e k t r o n i x獨(dú)立醐g 6 1 0 最高采樣速率；2 6 g s p s 公司儀器 任意波形：8 m 個(gè)點(diǎn) 幅度分辨率：8 位 調(diào)制：a m f m f s k b u r s t a w g 2 0 2 1最高采樣速率：2 5 0 m s p s 輸出標(biāo)準(zhǔn)波形：正弦波、方波、三角波、鋸齒波 任意波形：2 5 6 k 個(gè)點(diǎn) 幅度分辨率：8 位 調(diào)制：a m f i f s k b u r s t v x i v ) “7 9 2 尺寸：c 模塊 類(lèi)型：消息基 最高采樣速率：2 5 0 i s p s 輸出標(biāo)準(zhǔn)波形：正弦波、方波、三角波、斜波、 脈沖波、任意波、直流 最大頻率范圍：5 1 2 5 m 任意波形存儲(chǔ)深度：2 5 6 k 個(gè)點(diǎn) 幅度分辨率：1 2 位 麟7 9 0 a尺寸：c 類(lèi)型：消息基 最高采樣速率：2 5 m s p s 輸出波形：正弦波、方波、三角波、鋸齒波、直 流電壓 幅度分辨率：1 2 位 我國(guó)的任意波形發(fā)生器近幾年也發(fā)展迅速，取得可喜的成果。但是總體水平 還是跟國(guó)外有差距，國(guó)內(nèi)主要是一些p c 儀器插卡，獨(dú)立儀器和v x i 系統(tǒng)的模塊 很少，另外種類(lèi)和性能也有一定的差距，因此加強(qiáng)此類(lèi)的研究尤其重要。 4 第一章緒論 1 3 課題來(lái)源和主要工作 信號(hào)源是一種非常常用的實(shí)驗(yàn)儀器，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，信號(hào)源的應(yīng)用領(lǐng) 域越來(lái)越廣，諸如電子自動(dòng)化檢測(cè)、視頻信號(hào)、雷達(dá)、醫(yī)學(xué)等等。生活中的許多 實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備也會(huì)用到一些特殊的信號(hào)，它們的工作頻率不是很高，但是波形 精度要求很高，像低轉(zhuǎn)速角軸探測(cè)器等就是這種。用戶(hù)給出的大多是波形的幅度 數(shù)據(jù)或者直接給出實(shí)驗(yàn)波形，而非公式表示，如雷電等。 本課題就是針對(duì)角軸探測(cè)器這樣的一些高精度、低速系統(tǒng)的設(shè)備設(shè)計(jì)的一種 任意波形發(fā)生器。 課題的主要工作是研究數(shù)字信號(hào)處理器在任意波形發(fā)生器中應(yīng)用的可行性。 設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)便實(shí)用v 性能優(yōu)良的任意波形發(fā)生器，該任意波形發(fā)生器能產(chǎn)生正弦 波，方波，三角波等常用的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，還能根據(jù)用戶(hù)的需要生成任意波形，整個(gè) 系統(tǒng)采用d s p 控制。 作者主要工作： ( 1 ) 根據(jù)課題要求，參閱有關(guān)波形發(fā)生器的相關(guān)資料和文獻(xiàn)，了解技術(shù)的有關(guān)知 識(shí)和疑難點(diǎn)，作出系統(tǒng)的整體規(guī)劃和設(shè)計(jì)。 ( 2 ) 對(duì)系統(tǒng)各功能電路進(jìn)行深入地分析和理解，對(duì)系統(tǒng)中的難點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)討論和 設(shè)計(jì)，并采用模塊化的思想詳細(xì)劃分各個(gè)模塊的功能。 ( 3 ) 查找系統(tǒng)中所涉及的各電子元器件的資料，進(jìn)行分析、比較和選擇，并完成 電路的硬件設(shè)計(jì)和p c b 布板，對(duì)系統(tǒng)的軟件部分進(jìn)行編程，并進(jìn)行c c s 軟件仿真。 ( 4 ) 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)測(cè)，并對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)和展望，提出一些改進(jìn)的方法和思路。 論文還研究了在任意波形發(fā)生器設(shè)計(jì)時(shí)如何根據(jù)系統(tǒng)指標(biāo)合理地確定設(shè)計(jì)方 案，在系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)時(shí)具體要注意的問(wèn)題以及如何結(jié)合先進(jìn)的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化 方法來(lái)進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)，還有相應(yīng)的軟件編制的問(wèn)題等等，對(duì)于目前三種典型的 任意波形發(fā)生器的結(jié)構(gòu)一一p c 總線插卡式、獨(dú)立儀器、v x i 模塊都有重要的參考 價(jià)值。 5 電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 1d d s 特點(diǎn) 第二章任意波形發(fā)生器的理論分析 數(shù)字合成( d i r e c td i g i t a ls y n t h e s i z e r 簡(jiǎn)稱(chēng)d d s ) 技術(shù) 1 】【2 】【3 】【4 】是一種新型的頻率 合成技術(shù)，它從相位出發(fā)直接合成所需的波形。這種技術(shù)首先由j t i e r n e y , c m r a d e r 和b g o l d 于1 9 7 1 年提出，但限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)和工藝水平，d d s 技術(shù)僅 僅限于理論研究，而沒(méi)有應(yīng)用到實(shí)際中去。近2 0 年來(lái)，隨著v l s i ( v e r yl a r g es c a l e i n t e g r a t i o n ) ，f p g a ( f i e l dp r o g r a m m a b l eg a t e sa r r a y ) 以及高速d s p 的發(fā)展， 這種結(jié)構(gòu)獨(dú)特的頻率合成技術(shù)得到了飛速發(fā)展。它以廣泛應(yīng)用于通訊、導(dǎo)航、雷 達(dá)、電子對(duì)抗以及現(xiàn)代儀器儀表等電子系統(tǒng)中。d d s 技術(shù)同傳統(tǒng)的頻率合成技術(shù)相 比，有以下幾個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)嘲： 極快的頻率切換速度 d d s 是一個(gè)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，無(wú)任何反饋環(huán)節(jié)，頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間主要由l p f 附加的時(shí)延決 定。 極高的頻率分辨率 由a f = f j 2 知，只要增加相位寄存器的位數(shù)r p0 - i 獲得任意小的頻率分辨率。大多 數(shù)d d s 的分辨率在h z 、m i - i z 甚至u i - l z 。 較低的相位噪聲和低漂移 d d s 系統(tǒng)中合成信號(hào)的頻率穩(wěn)定度直接由參考源的頻率穩(wěn)定度決定，合成信號(hào)的 相位噪聲與參考源的相位噪聲相同。 連續(xù)的相位變化 因?yàn)閐 d s 是個(gè)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，故當(dāng)一個(gè)轉(zhuǎn)換頻率的指令加在d d s 的數(shù)據(jù)輸入端時(shí)， 它會(huì)迅速合成所需的頻率信號(hào)，在輸出信號(hào)上沒(méi)有疊加任何電流脈沖，輸出變化 是一個(gè)平穩(wěn)的過(guò)渡過(guò)程，而且相位連續(xù)變化。 輸出頻帶范圍廣 d d s 的最低輸出頻率是所有的時(shí)鐘頻率的最小分辨率或相位累加器的分辨率。奈 奎斯特采樣定理保證了在該時(shí)鐘頻率一半下的所有頻率，d a c 都可以再現(xiàn)信號(hào)。 6 第二章任意波形發(fā)生器的理論分析 2 2d d s 的原理【1 職】剛 直接數(shù)字法是采用直接數(shù)字合成( d i r e c td i g i t a ls y n t h e s i s ) 的方法實(shí)現(xiàn) 信號(hào)產(chǎn)生。該技術(shù)具有頻率轉(zhuǎn)換速度快、頻率分辨率高、易于控制的突出特點(diǎn)。 直接數(shù)字合成技術(shù)近年來(lái)發(fā)展得很快，而要產(chǎn)生任意波形就必須采用直接數(shù)字合 成技術(shù)。隨著d d s 技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了各種各樣的直接數(shù)字合成的結(jié)構(gòu)，但基本 上可分成兩種： ， a 基于地址計(jì)數(shù)器的數(shù)字頻率合成法 b 基于相位累加器的數(shù)字頻率合成法 1 基于地址計(jì)數(shù)器的直接數(shù)字合成法 ( 1 ) 結(jié)構(gòu)框圖 圖2 1 基于地址計(jì)數(shù)器的直接數(shù)字合成結(jié)構(gòu)框圖 這是一種最簡(jiǎn)單的直接數(shù)字合成方式，這種直接數(shù)字頻率合成器的結(jié)構(gòu)包括地址 計(jì)數(shù)器，存儲(chǔ)器和d a 轉(zhuǎn)換器。 ( 2 ) 工作原理 將波形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器中，而后用可程控的時(shí)鐘信號(hào)為存儲(chǔ)器提供掃描地 址，與每個(gè)地址相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)則代表波形在等間隔取樣點(diǎn)上的幅度值。數(shù)據(jù)被送 至d a c ，從而產(chǎn)生一個(gè)正比于其數(shù)字編碼的電壓值，每個(gè)電壓值保持一個(gè)時(shí)鐘周 期，直至新的數(shù)據(jù)送至d a c ，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換后得到所需的模擬電壓波形。在存儲(chǔ)器 里的數(shù)據(jù)產(chǎn)生的波形是對(duì)“取樣波形”的階梯近似。假定地址計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘頻率 為z ，波形一周期內(nèi)有n 個(gè)采樣值，那么合成的波形頻率為： 丘= 正n( 2 一1 ) 如果改變地址計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘頻率或r o m 的地址步進(jìn)大小，合成波形的頻率都會(huì)隨 著改變。而要改變波形，只要在只讀存儲(chǔ)器中寫(xiě)入不同的數(shù)據(jù)。 2 基于相位累加器的直接數(shù)字合成法 7 電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 ( 1 ) 結(jié)構(gòu)框圖 l 頻 6 5 u s ，假設(shè)t = t u s 。這樣的話，采樣點(diǎn)數(shù)改 變，可以改變輸出波形的頻率。 如果采樣點(diǎn)數(shù)為1 0 0 個(gè)，則波形頻率f = 1 ( 7 u s * 1 0 0 ) = 1 4 k h z ；如果采樣點(diǎn)數(shù)為 4 0 0 個(gè)，則頻率為0 3 5 k 左右；如果采樣點(diǎn)數(shù)為5 0 個(gè)，則頻率為2 8 k ：同樣，采 樣1 0 個(gè)點(diǎn)，可以達(dá)到1 4 k ；采樣點(diǎn)數(shù)越少，頻率就越高，不過(guò)波形的精度也就相 對(duì)越低。 曼 至 5 i x 2 9 3 f 碰涮【】e n c yr e s p o n s e i 曲 形、j f ol2 345 i p 盯f r e q u e n c y ( 妞z ) 圖3 1 0i v _ k x 2 9 3 的頻率響應(yīng)圖 電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 m a x 2 9 3 開(kāi)關(guān)電容濾波器可以通過(guò)e l k 端來(lái)控制濾波器的拐角頻率。時(shí)鐘與拐 角頻率比為1 0 0 ：l 。這個(gè)端子由d s p 的x f 端子來(lái)控制，通過(guò)編程可以實(shí)現(xiàn)周期 為8 u s 的周期信號(hào)來(lái)控制m a x 2 9 3 。這樣的話，周期信號(hào)的頻率就是1 2 5 k h z ，它 作為濾波器的e l k 的話，就是說(shuō)濾波器的拐角頻率就是1 2 5 k h z 。 如果每個(gè)數(shù)據(jù)量轉(zhuǎn)換后的維持時(shí)間為1 0 u s ，則輸出波形頻率l k h z 。同理，如 果每個(gè)數(shù)據(jù)量轉(zhuǎn)換后的維持時(shí)間大于1 0 u s ，則輸出波形頻率小于l k h z 。 對(duì)于l k h z 的相對(duì)平滑、變化不是很急劇的波形信號(hào)來(lái)說(shuō)，上述考慮還是挺合 適的。而對(duì)于那些波形變化很劇烈的信號(hào)來(lái)說(shuō)，則需要作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，因?yàn)樗?求的濾波頻率相對(duì)高些。 方案也是多種，可以在d a 的選通端子和m a x 2 9 3 的e l k 之前分別加入分頻 器或者計(jì)數(shù)器，這樣就可以對(duì)濾波器的拐角頻率進(jìn)行二次控制，一方面通過(guò)編程 x f 端子來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)鐘信號(hào)的周期控制，另外一方面則是通過(guò)分頻器或者計(jì)數(shù)器來(lái) 對(duì)周期信號(hào)的頻率進(jìn)行分頻，得到m a x 2 9 3 所需要的周期時(shí)鐘信號(hào)。 下面舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題： 如果需要的濾波器拐角頻率是5 k h z ，則m a x 2 9 3 的時(shí)鐘端子頻率應(yīng)該為 5 0 0 k h z ，可以設(shè)定x f 的端子信號(hào)周期為l u s ，則頻率為1 v l h z ，所以分頻器b 應(yīng) 該是2 分頻。對(duì)于d a 來(lái)說(shuō)，則考慮到1 0 0 k 的采樣速率，需要分頻器a 是l o 分 頻。同理可知道，如果設(shè)定x f 端子的信號(hào)周期是2 u s 的話，則分頻器b 不需要， 而分頻器a 需要5 分頻來(lái)與d a 搭配?？傊梢酝ㄟ^(guò)適當(dāng)調(diào)整分頻器a 和分頻器 b 來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)濾波器的具體控制，達(dá)到需要的濾波頻率。 圖3 1 l 濾波器m a x 2 9 3 部分框圖 第三章任意波形發(fā)生器的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 3 4 幅度增益部分 可編程增益放大器采用的是美國(guó)b b 公司的具有低增益誤差的p g a 2 0 5 ，它可 采用4 5 1 8 v 的電源工作，通過(guò)與c m o s 與r r l 兼容的輸入端來(lái)設(shè)定增益，并 能提供快速的穩(wěn)定時(shí)間。 a d 7 8 4 6 在1 6 b i t 分辨率條件下為士i l s b ，在此d a c 后端的p g a 達(dá)到穩(wěn)定狀 態(tài)的建立時(shí)間必須足夠快，以便與具有相同分辨率d a c 的轉(zhuǎn)換速度相匹配。此外， 所選擇的p g a 還必須具有盡可能低的噪聲，因?yàn)樗鼪Q定系統(tǒng)的信噪比( s n r ) 。為 了解決這些問(wèn)題，本設(shè)計(jì)中的放大器采用p g a 2 0 5 運(yùn)算放大器，它具有滿足設(shè)計(jì) 要求的速度、精度和快速建立時(shí)間。 后端運(yùn)放電路是由可編程增益運(yùn)放p g a 2 0 5 和p g a l 0 3 串聯(lián)組成。這樣的話， 運(yùn)放電路可提供從g = i 到g = 8 0 0 的可編程增益放大。增益輸入端具體輸入值見(jiàn)如 下的可編程增益真值表【1 7 1 ： v + 鏟 礦鏟 10000 2o100 4 100o 81 1 oo 1 0o o0 1 2 001o1 4 0 1001 1o1 1 o010 2 0 00110 4 0 01010 8 0 01110 g 2 圖3 一1 2 可編程增益放大的連接和真值表 數(shù)字輸入端可直接與通用的c m o s 和r r l 邏輯元件直接接口，邏輯輸入端以 接地端為基準(zhǔn)。如果數(shù)字輸入端不帶鎖存器，邏輯輸入的改變將立即選擇新的增 益。邏輯輸入的開(kāi)關(guān)時(shí)間大約是o 5 i t s 。 2 9 電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 增益改變的響應(yīng)時(shí)間等于開(kāi)關(guān)時(shí)間加上放大器穩(wěn)定到與新選擇的增益相對(duì)應(yīng) 的新輸入電壓所需要的時(shí)間。對(duì)于o 0 1 的精度，當(dāng)g = i 時(shí)，穩(wěn)定時(shí)間為2 5 1 a s ， 當(dāng)g = 1 6 時(shí)，穩(wěn)定時(shí)間為5 p s 。下面給出電路設(shè)計(jì)中的器件連接示意圖3 一1 3 ： 3 3 5 存儲(chǔ)器部分 圖3 一1 3p g a 2 0 5 與p g a l 0 3 的連接圖 1 程序存儲(chǔ)器介紹【3 2 】 設(shè)計(jì)中采用了外擴(kuò)存儲(chǔ)器a t 4 9 l v l 0 2 4 a 。它是單電源供電的f l a s h m e t n o r y ， 6 4 k 字的存儲(chǔ)空間。采用a t m d 非易失性的先進(jìn)c m o s 工藝技術(shù)。在工業(yè)溫度范 圍之內(nèi)，它能提供4 5 n s 快速讀取時(shí)間，1 5 s 的快速擦除周期，而功耗只有7 2 r o w 。 它能1 0 0 0 0 次擦寫(xiě)，1 0 x1 4 m m v s o p 封裝。功能框圖和引腳介紹圖如下： d a t ai n p u t s ) u t p u t s 第三章任意波形發(fā)生器的系統(tǒng)設(shè)計(jì) p i nn a m ef u n c t i o n a 0 一a 1 5 a d d r e s s e s c e c h i pe n a b l e 西e o u t p u te n a b l e w e 轆m t ee 怕h e l 。0 v 0 1 5嘶i n p u t s o u t p u t s n cn oc o n n e c t p i nc o n f i g u r a t i o n s a t 4 9 b v l v l 0 2 4 a v s o pt o p v i e w 圖3 1 5 a t 4 9 l v l 0 2 4 a 的引腳和封裝圖 2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的介紹【3 3 】 本設(shè)計(jì)中采用了外擴(kuò)存儲(chǔ)器i s 6 1 l v 6 4 1 6 。i s 6 1 l v 6 4 1 6 是高速、“k 字、靜態(tài) r a m 。它采用i c s i 高性能c m o s 技術(shù)，可以達(dá)到快至8 n s 的高速讀取時(shí)間和低功 耗。單一的3 3 v 電源供電，4 4 p i n t s o p - 2 封裝。 功耗：工作時(shí)典型值是2 5 0 r o w ( o p e r a t i o n ) 維持時(shí)典型值是2 5 0 u w ( s t a n d b y ) 下圖給出它的功能框圖和引腳介紹： 圖3 一1 6i s 6 1 l v 6 4 1 6 功能框圖和引腳說(shuō)明圖 3 1 艚枷枷胞橢“瞄吣罹讎一哪m娜眥刖秈嘲睇 器黧 電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 3 4 本章小結(jié) 本章首先給出任意波形發(fā)生器的技術(shù)指標(biāo)，然后根據(jù)指標(biāo)給出了整個(gè)系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)思路，系統(tǒng)的分析了整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的大概框架結(jié)構(gòu)。其次對(duì)核心部分的系統(tǒng) 硬件依次作出了清晰的說(shuō)明介紹，包括m a x 3 2 2 4 、d a 轉(zhuǎn)換器a d 7 8 4 6 、開(kāi)關(guān)電 容濾波器m a x 2 9 3 、幅度增益放大器p g a 2 0 5 和p g a l 0 3 、外擴(kuò)f l a s h 和數(shù)據(jù)r a m 的器件介紹以及他們?cè)陔娐分械膽?yīng)用和連接。其重點(diǎn)內(nèi)容是濾波器的設(shè)計(jì)部分和 d a 轉(zhuǎn)換芯片的應(yīng)用部分。 第四章d s p 芯片在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 第四章d s p 芯片在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 4 1d s p 芯片的介紹【5 】【1 8 】【1 9 】【2 0 】【2 1 】【2 2 】【2 3 2 4 1 4 1 1d s p 芯片發(fā)展簡(jiǎn)測(cè)2 5 】 自1 9 8 2 年美國(guó)t i 公司推出第一個(gè)d s p 芯片t m s 3 2 0 1 0 以來(lái)，d s p 芯片有了 很大的發(fā)展。d s p 芯片不僅在運(yùn)算速度上有了很大的提高，而且在通用性和靈活 性方面作了極大地改進(jìn)。此外，d s p 芯片的成本、體積、重量和功耗也都有了很 人程度的下降。隨著d s p 芯片應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，d s p 芯片已形成低、中、高 三個(gè)檔次：低端產(chǎn)品執(zhí)行速度一般為2 0 5 0 m i p s ，能維持適量存儲(chǔ)和功耗，提供 了較好的性能價(jià)格比，適用于儀器儀表和精密控制等；中端產(chǎn)品執(zhí)行速度一般為 1 0 0 1 5 0 m i p s ，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，具有較高的處理速度和低的功耗，適用于無(wú)線電 信設(shè)備和高速解調(diào)器等；高端產(chǎn)品執(zhí)行速度一般為1 0 0 0m i p s 以上，處理速度很 高，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)多樣化，適用于圖像技術(shù)和智能通信基站等。對(duì)于種類(lèi)繁多的d s p 芯片，一般可按其工作的數(shù)據(jù)格式將其分為兩大類(lèi)：定點(diǎn)d s p 芯片和浮點(diǎn)d s p 芯 片。定點(diǎn)d s p 品種最多，處理速度為2 0 2 4 0 0 m i p s ；浮點(diǎn)d s p 基本由t i 公司和 a d 公司壟斷，處理速度為4 0 m 1 g f l ( ) p s 。 4 1 2d s p 的選擇 設(shè)計(jì)d s p 系統(tǒng)時(shí)，首先要根據(jù)應(yīng)用的需要選擇合適的d s p 處理器。選擇d s p 處理器主要考慮如下幾個(gè)主要因素： 1 數(shù)據(jù)類(lèi)型 d s p 按照所支持的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型不同分為定點(diǎn)d s p 和浮點(diǎn)d s p 兩大類(lèi)。定點(diǎn) d s p 進(jìn)行算術(shù)處理時(shí)，使用的是小數(shù)點(diǎn)位置固定的有符號(hào)數(shù)或無(wú)符號(hào)數(shù)。浮點(diǎn)d s p 進(jìn)行算術(shù)操作時(shí)，使用的是帶有指數(shù)的小數(shù)，小數(shù)點(diǎn)的位置隨著具體數(shù)據(jù)的不同 進(jìn)行浮動(dòng)。 ， 定點(diǎn)d s p 在硬件結(jié)構(gòu)上比浮點(diǎn)d s p 簡(jiǎn)單，具有價(jià)格低，速度快的特點(diǎn)，因而 用得最多；而浮點(diǎn)d s p 的優(yōu)點(diǎn)是精度高，不需要進(jìn)行定標(biāo)和考慮有限字長(zhǎng)效應(yīng)， 但其成本，功耗相對(duì)較高，速度較慢，適于對(duì)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)范圍和精度要求高的特殊 3 3 電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 應(yīng)用。 2 功耗 在簡(jiǎn)易設(shè)備的應(yīng)用中，d s p 的功耗是選擇d s p 芯片的重要指標(biāo)。大多數(shù)的d s p 都具有功耗管理的能力。如在系統(tǒng)空閑時(shí)部分關(guān)閉系統(tǒng)時(shí)鐘，關(guān)閉不需要的外設(shè) 等。一些d s p 處理器甚至提供了通過(guò)軟件控制的方式改變處理器的時(shí)鐘頻率的能 力。d s p 廠商還針對(duì)便攜式應(yīng)用提供了工作于3 3 v 、2 5 v 甚至1 8 v 電壓下的d s p 芯片。這些d s p 的功耗比工作于5 v 下的d s p 的功耗要小得多【2 5 】。 此外，考慮到d s p 數(shù)字信號(hào)處理芯片的價(jià)格和所需要的功能，本設(shè)計(jì)中采用 了1 1 公司的t m s 3 2 0 c 5 4 0 2 ，它是t i ( 德州儀器1 公司推出的高性能、低功耗的1 6 位定點(diǎn)d s p ，是t i 公司的第七代產(chǎn)品。 課題采用d s p 芯片來(lái)作為整個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)核心控制，還從另外兩個(gè)方面考慮： 一方面是考慮d s p 的控制能力很強(qiáng)，在本課題中就得到了證實(shí)，對(duì)電路中的主要 模塊都進(jìn)行編程控制，對(duì)系統(tǒng)的正常工作非常重要。另外一方面考慮到還可以充 分利用d s p 高速數(shù)據(jù)處理能力，對(duì)一些可以用算法實(shí)現(xiàn)或可用公式描述的波形信 號(hào)進(jìn)行產(chǎn)生、處理等。這樣系統(tǒng)的功能將大大擴(kuò)展，很有意義。 4 1 3t m s 3 2 0 c 5 4 0 2d s p 的體系結(jié)構(gòu)及其主要特劇1 8 】【1 9 】【2 0 【2 2 【2 3 】 卅 當(dāng)前設(shè)計(jì)中應(yīng)用得比較廣泛的是t i 的t m s 3 2 0 系列d s p s ，t m s 3 2 0 c 5 4 0 2 是 t i 于1 9 9 9 年1 0 月推出的性?xún)r(jià)比極高的定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器。其主要特點(diǎn)如下； ( 1 ) 1 4 4p i nb g a ，操作速率達(dá)i o o m i p s ( 2 ) 哈佛結(jié)構(gòu)取代傳統(tǒng)的馮諾伊曼( v o nn e u m a n n ) 結(jié)構(gòu) 由于v o nn e u m a n n 結(jié)構(gòu)使用單一公用的數(shù)據(jù)和指令總線，因此在高速運(yùn)算時(shí)， 往往在傳輸通道上會(huì)出現(xiàn)瓶頸效應(yīng)。d s p 芯片內(nèi)部一般采用哈佛( h a r v a r d ) 結(jié)構(gòu)， 三條1 6 位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器總線和一條程序存儲(chǔ)器總線。這種分離的程序總線和數(shù)據(jù)總 線，可允許在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)同時(shí)獲取指令字( 來(lái)自程序存儲(chǔ)器) 和操作數(shù)( 來(lái)自數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)器1 ，從而提高了執(zhí)行速度。 ( 3 ) 流水線技術(shù) d s p 芯片的哈佛結(jié)構(gòu)為流水線技術(shù)提供了方便。由于采用流水線技術(shù)，d s p 芯片可以單周期完成乘法累加運(yùn)算，大大提高了運(yùn)算速度。而d s p 芯片的指令基 第四章d s p 芯片在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 本上都是單周期指令，因此單周期指令執(zhí)行時(shí)間可以作為衡量d s p 芯片性能的一 個(gè)主要指標(biāo)。 ( 4 ) 硬件乘法器 數(shù)字信號(hào)處理中最重要的一個(gè)基本運(yùn)算是乘法累加運(yùn)算，也是最主要和最耗 時(shí)的運(yùn)算，因此單周期的硬件乘法器是d s p 芯片實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)算的保證。 t m s 3 2 0 c 5 4 0 2 具有一個(gè)1 7 1 7 乘法器，允許1 6 位帶不帶符號(hào)的乘法，提高了運(yùn) 算速度。 ( 5 ) 多種外設(shè)和接口 為了加強(qiáng)d s p 芯片的通用性，d s p 芯片上增加了許多外設(shè)。可能包括的外設(shè) 有；多路d m a 通道、外部主機(jī)接口、外部存儲(chǔ)器接口、芯片間高速鏈接口、外部 中斷、通信串口、定時(shí)器、可編程鎖相環(huán)、a d 轉(zhuǎn)換器、y r a g 接口等。 ( 6 ) j t a g 接口 由于d s p 芯片結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化、工作速度的提高、外部引腳的增多、封裝面積 減小而導(dǎo)致的引腳排列密集等原因，傳統(tǒng)的并行仿真方式已不適合于d s p 芯片的 發(fā)展和應(yīng)用開(kāi)發(fā)。1 9 9 1 年公布的j t a g 接口標(biāo)準(zhǔn)滿足了i c 制造商和用戶(hù)的要求， 1 9 9 3 年j t a g 接口標(biāo)準(zhǔn)修訂為5 線接口。在片j t a g 接口為d s p 芯片的測(cè)試和仿 真提供了很大的便利。 ( 7 ) 程序的加載引導(dǎo) 加載引導(dǎo)是指器件在上電復(fù)位后執(zhí)行一段引導(dǎo)程序，用于從端口( 異步串口、 i i o 口、主機(jī)接口) 或外部e p r o m f l a s h 存儲(chǔ)器中加載程序至高速r a m 中運(yùn)行。 一般用e p r o m f l a s h 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)程序，但是其訪問(wèn)速度較慢，而一些已有的高 速e p r o m f l a s h 存儲(chǔ)器價(jià)格昂貴且容量有限；同時(shí)高速大容量靜態(tài)r a m 價(jià)格 又在不斷下降，因此這種加載方式是一個(gè)有效的性?xún)r(jià)比解決方法。 t m s 3 2 0 c 5 4 0 2 有1 4 4 個(gè)引腳，其中2 0 根地址引腳，1 6 根數(shù)據(jù)引腳、兩個(gè)多 通道緩沖串行口、增強(qiáng)型8 位并行主機(jī)接口、兩個(gè)1 6 位定時(shí)器、6 個(gè)通道的直接 存儲(chǔ)控制器、4 k 1 6 位的片內(nèi)r o m , 1 6 k x1 6 位的片內(nèi)雙訪問(wèn)r a m 等等。 t m s 3 2 0 c 5 4 2 有兩個(gè)串行口一個(gè)是緩沖串行口b s p ( b u f f e r e ds e r i a lp o r t s ) ，另 一個(gè)是分時(shí)多任務(wù)的串行口t d m ( t i m e - d i v i s i o n m u l t i p l e x e ds e r i a l p o r t ) b s p 對(duì)應(yīng) 發(fā)送及接收的都是同步信號(hào)，格式化的同步信號(hào)以及雙數(shù)據(jù)緩沖緩沖器可分別在 不同傳輸率下同時(shí)完成。 3 5 電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 下面給出t m s 3 2 0 c 5 4 0 2 數(shù)字處理芯片的內(nèi)部方框圖： 圖4 一lt m s 3 2 0 c 5 4 0 2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)方框圖 t m s 3 2 0 c 5 4 2 含有一個(gè)1 6 位可預(yù)定設(shè)置周期的定時(shí)器其計(jì)時(shí)可中斷控制有一 個(gè)計(jì)時(shí)輸出t o u t = p 8 2 引腳可作為計(jì)時(shí)控制輸出或時(shí)序輸出等。 4 2 存儲(chǔ)器擴(kuò)展 c 5 4 0 2 系列d s p 存儲(chǔ)器分為三個(gè)獨(dú)立選擇的空間程序、數(shù)據(jù)和i o ，其中程 序存儲(chǔ)器存放待執(zhí)行的指令和執(zhí)行中所用的系數(shù)( 常數(shù)) ，可使用片內(nèi)或片外的 r a m ，r o m 或f l a s h 等來(lái)構(gòu)成；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器存放指令執(zhí)行中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，可使 用片內(nèi)或片外的r a m 和r o m 來(lái)構(gòu)成。i o 存儲(chǔ)器存放與映象外圍接口相關(guān)的數(shù) 據(jù)，也可以作為附加的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間使用。c 5 4 0 2 通過(guò)包含在處理器工作方式的狀 態(tài)寄存器( p m s t ) 中的3 個(gè)狀態(tài)位，選擇片內(nèi)存儲(chǔ)器作為程序空間或數(shù)據(jù)空間。這 3 個(gè)狀態(tài)位是： 3 6 第四章d s p 芯片在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 3 個(gè)狀態(tài)位是： ( 1 ) m p m c 位。m p m c - 卸，則片內(nèi)r o m 安排到程序空間； 。 m p m c = i ，則片內(nèi)r o m 不安排到程序空間。 ( 2 ) o v l y 位。o v l y = i ，則片內(nèi)r a m 安排到程序和數(shù)據(jù)空間； o v l y = 0 ，則片內(nèi)r a m 只安排到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。 ( 3 ) d r o m 位。d r o m = i ，則部分片內(nèi)r o m 安排到數(shù)據(jù)空間； d r o m = 0 ，則片內(nèi)r d m 不安排到數(shù)據(jù)空間。 程序設(shè)計(jì)者可根據(jù)不同的需求，相應(yīng)的配置這3 個(gè)位，使系統(tǒng)的存儲(chǔ)空間滿 足應(yīng)用要求。c 5 4 0 2 總共提供了1 9 2 kw o r d 的地址范圍，并可通過(guò)增強(qiáng)外設(shè)接口 擴(kuò)充。芯片上有1 6 k 的d a r a m 和4 k 的p dr o m 。所有的存儲(chǔ)空間又分為多個(gè) 8 k 大小的塊，支持分頁(yè)尋址處理，這使得在對(duì)其中的一個(gè)塊操作時(shí)，可同時(shí)對(duì)一 另個(gè)塊進(jìn)行操作，增加了處理速度。而對(duì)本設(shè)計(jì)而言，由于波形本身的數(shù)據(jù)量不 確定，可能會(huì)采樣更多的數(shù)據(jù)點(diǎn)，另外為了將來(lái)的系統(tǒng)升級(jí)考慮，僅僅依靠片上 的資源可能不夠，因此需要外擴(kuò)存儲(chǔ)器。 4 2 1 程序存儲(chǔ)器 c 5 4 0 2 片內(nèi)4 k 字r o m 通過(guò)設(shè)置m p m c 引腳可以設(shè)定是否將片內(nèi)r o m 映 射到程序空間。程序存儲(chǔ)器空間主要用于存放要執(zhí)行的操作指令和執(zhí)行中所用的 系數(shù)表，其主要內(nèi)容如表4 1 所示： 表4 1 片內(nèi)r o m 程序存儲(chǔ)器映射 地址范圍內(nèi)容 f 8 0 0 h f f e f h( 1 ) 自舉加載程序( 2 ) 2 5 6 字u 律擴(kuò)展表( 3 ) 2 5 6 字a 律擴(kuò)展表( 4 ) 2 5 6 字s i n 函數(shù)表 f f o o h f f 7 f h 測(cè)試保留 。 f f 8 0 h - f f f f h中斷向量表 ， 當(dāng)m p m c = 0 ，這4 k 字的r o m 被映射到程序空間的地址范圍為f 0 0 0 t t f f f f h ，其中高2 k 字r o m 中的內(nèi)容是由n 公司定義，如上圖所示。當(dāng)處理器復(fù) 位時(shí)，復(fù)位、中斷、以及陷阱向量將被映射到程序空間的f f s o h 。復(fù)位后，這些 3 7 電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 向量可以被重新映射到程序存儲(chǔ)空間的任何一頁(yè)的開(kāi)頭。 4 2 2 外擴(kuò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器存放執(zhí)行指令所用的數(shù)據(jù)。通過(guò)一片i s 6 1 l v 6 4 1 6 l 進(jìn)行外部數(shù)據(jù) 空間擴(kuò)展，將擴(kuò)展空間分為2 頁(yè)，每頁(yè)3 2 k 字，一共6 4 k 字，映射到內(nèi)存空闖的 o x 8 0 0 0 ) ( f f f f h 。d s p 的數(shù)據(jù)空間選通信號(hào)( d s p p s ) 作為外擴(kuò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 的片選信號(hào)，將存儲(chǔ)器的a 1 5 端和d s p 的a 1 6 端相連，用以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)空間的分頁(yè) 擴(kuò)展。其電路如下圖所示： 4 2 3 外擴(kuò)f l a s h a 1 4 a 0 t m $ 3 2 0外擴(kuò) c 5 4 0 2 。d 1 s n 0 、 數(shù)據(jù) 存儲(chǔ) 器 a 1 6 a 1 5 讀寫(xiě)控制。 圖4 3 外擴(kuò)數(shù)據(jù)r a m 在t m s 3 2 0 c 5 4 0 2d s p 系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)中，由于d s p 片內(nèi)只有r o m 和r a m 存儲(chǔ) 器，如要將用戶(hù)代碼寫(xiě)入r o m 中，必須要由d s p 芯片廠家來(lái)完成；但這樣做用 戶(hù)就不能再更改代碼，很不實(shí)用。由于r a m 在d s p 掉電后不能再保存數(shù)據(jù)，因 此，常常利用e p r o m f l a s h 等一些外部存儲(chǔ)器來(lái)存放用戶(hù)代碼。在d s p 上電工 作后，利用d s p 提供的b o o t 機(jī)制，再將程序下載到d s pr a m 中運(yùn)行。如果使用 e p r o m 外部存儲(chǔ)器存放用戶(hù)代碼，需要用代碼轉(zhuǎn)換工具將用戶(hù)代碼轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制 目標(biāo)文件，然后用編程器將其燒寫(xiě)進(jìn)e p r o m ；而如果使用f l a s h 存儲(chǔ)器存放用戶(hù) 代碼，則可直接使用d s p 仿真器和c c s ( c o d ec o m p o s e rs t u d i o ) 仿真環(huán)境進(jìn)行在線 編程，使用靈活方便，不再需要其它編程設(shè)備。我們就采用f l a s h 存儲(chǔ)器來(lái)實(shí)現(xiàn)多 份用戶(hù)代碼的有選擇加載。 本設(shè)計(jì)中，通過(guò)一片a t 4 9 l v l 0 2 4 a 進(jìn)行f l a s h 擴(kuò)展，用來(lái)存放用戶(hù)代碼。 a t 4 9 l v l 0 2 4 af l a s h 存儲(chǔ)器的容量為6 4 k 字，分為2 頁(yè)，每頁(yè)3 2 k 字。映射到內(nèi) 3 8 第四章d s p 芯片在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 存空間的o x 8 0 0 0 h - o x f f f f h 。d s p 的程序空間選通信號(hào)( d s p _ p s ) 作為外擴(kuò) f l a s h 存儲(chǔ)器的片選信號(hào)，將存儲(chǔ)器的a 1 5 端和d s p 的a 1 7 端相連，用以實(shí)現(xiàn) 程序空間的分頁(yè)擴(kuò)展。其電路如下圖4 4 所示。 。a 1 4 - a 0 、 t m $ 3 2 0 外擴(kuò) c 5 4 0 2 。d 1 1 0 n 0 、 f l a s h