DSP課后思考題.doc

精品第一章1. 什么是可編程DSP芯片？它有什么特點？答：可編程DSP芯片即通用數(shù)字信號處理器，其有完整的指令系統(tǒng)，可通過編程來實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理功能，易于軟件更新與系統(tǒng)升級。主要特點有：(1)快速的指令周期，支持在一個指令周期內可完成一次乘法和一次加法運算；(2)采用改進的哈佛總線結構，可以同時完成獲取指令和數(shù)據讀取操作；(3)片內具有快速RAM，可通過獨立的總線對多個存儲器塊并行訪問；(4)硬件支持低開銷或無開銷的循環(huán)及跳轉指令，使得FFT、卷積等運算速度大大提高；(5)快速的中斷處理和硬件I/O支持，保證了實時響應能力；(6)專用尋址單元，具有在單周期內操作的多個硬件地址產生器；(7)采用流水線操作，使取指、譯碼、取操作數(shù)和執(zhí)行指令等操作可以重疊執(zhí)行；(8)片內集成了豐富的外設模塊，簡化了系統(tǒng)硬件設計。2. 什么是定點DSP芯片和浮點DSP芯片？各有什么特點？答：定點DSP芯片：數(shù)據以定點格式工作的DSP芯片，DSP里面運算的數(shù)據的小數(shù)點位置是固定的。主頻高、速度快、成本低、功耗小，計算復雜度不高。浮點DSP芯片：數(shù)據以浮點格式工作的DSP芯片，DSP里面運算的數(shù)據的小數(shù)點位置是浮動的。處理速度比定點DSP低，成本和功耗比定點DSP高，其動態(tài)范圍和處理精度遠高于定點DSP芯片，運算復雜度高，精度要求高。3. 簡述TMS320C2000、TMS320C5000、TMS320C6000的特點和應用領域。答：(1) TMS320C2000 系列面向控制應用領域進行了優(yōu)化，基于32位處理器內核，主頻300MHz，具有強大運算和控制功能，片內集成了豐富的控制外設模塊，便于構成高效能的工業(yè)測控系統(tǒng)，片內集成了Flash存儲器，簡化了用戶硬件電路；集成了異步串行通信接口，易于通過標準通信接口實現(xiàn)與計算機或其他微處理器間的遠距離通信。主要用于大存儲設備管理、高效能的實時控制等場合，如電機驅動控制、大容量開關電源、醫(yī)療儀器等。(2) TMS320C5000 系列針對消費數(shù)字產品進行了優(yōu)化，兼顧了低功耗、低成本和高效能，功耗低至0.05mW/MIPS?；?6位定點DSP，主頻300MHz，適用于3G手機及基站、無線調制解調器等對功耗要求苛刻的個人和便攜式產品。(3) TMS320C6000 系列針對高性能的復雜應用系統(tǒng)進行了優(yōu)化，其中C64x指令執(zhí)行速度4800MIPS，C67x，主頻350MHz，C6000系列片內可集成最多8個CPU，適用于機器視覺、高性能計算、視頻處理和高端成像設備。4. 試比較TMS320F281x與你熟悉的一種MCU在運算能力和片內集成外設方面的差異。8051單片機。答：運算能力：8051單片機擁有8位數(shù)據總線，16位地址總線的CPU，采用哈佛結構，08KB片內程序存儲器，兩個16位定時/計數(shù)器。而TMS320F281x時鐘頻率高達150MHz，集成32位C28x內核和高性能外設，其優(yōu)化的內核允許正在高達10KHz的采樣頻率下執(zhí)行多種復雜的控制算法，TI還提供了定點和浮點微處理器。片內集成：8051單片機片內集成存儲器、CPU、I/O端口、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)。而TMS320F281x片內集成了大容量的Flash存儲器與RAM功能強大的事件管理器、12位高速A/D轉換器及外部擴展接口、通用數(shù)字I/O、McBSP、SCI、SPI、CAN等接口，F(xiàn)2823x還進一步提供了DMA、I2C接口及高分辨率的PEM通道。5. 簡述TMS320F281x系列DSP芯片的特點，F(xiàn)2812和F2810的主要區(qū)別有哪些？答：a) 高性能CPU(1)32位定點CPU，支持16x16位和32x32位的乘和累加操作；(2)時鐘頻率高達150MHz；(3)增強型哈佛總線結構，4MB的程序/數(shù)據尋址空間；(4)快速的中斷響應和處理；(5)低功耗設計；(6)支持空閑、后備和掛起三種低功耗工作模式；(7)支持JTAG仿真接口。b) 片內存儲器(1)128Kx16位Flash存儲器，方便固化用戶應用軟件及代碼升級；(2)1Kx16位的一次可編程存儲器（OTP）；(3)18Kx16位單周期訪問隨機存儲器（SARAM），分為M0，M1，L0，L1和H0五個RAM塊；(4)4Kx16位的引導ROM，提供多種上電引導模式；(5)128位密匙可用于保護Flash/OTP/L0/L1尋址空間，防止用戶代碼被非法訪問。c) 外部擴展接口(1)1Mx16位的尋址空間，分為5塊區(qū)域，便于開發(fā)復雜的應用系統(tǒng)；(2)支持可編程的等待狀態(tài)和讀寫選通時序，便于靈活配置DSP與擴展芯片間的時序；(3)提供3個獨立的片選信號，簡化了系統(tǒng)硬件設計。d) 兩個事件管理模塊(1)8通道16位PWM輸出；(2)靈活的死區(qū)產生和配置單元；(3)外部可屏蔽的功率/驅動保護中斷；(4)正交脈沖編碼電路（QEP）；(5)三個捕捉單元，可精確捕捉外部引腳電平發(fā)生跳變的時刻。e) 串行接口外設(1)一個高速同步串行外設接口（SPI）；(2)兩個串行通信接口（SCIA和SCIB）；(3)一個兼容CAN2.0B標準的增強型控制局域網接口（eCAN）；(4)一個多通道緩沖串口（McBSP）。f) A/D轉換模塊(1)12位分辨率的A/D轉換器；(2)2個8通道輸入多路開關；(3)2個采樣保持器；(4)借助排序器，可編程實現(xiàn)多個通道的自動轉換；(5)A/D轉換速率可達12.5MSPS，輸入電壓范圍為0-3V。g) 其他外設模塊(1)鎖相環(huán)控制的CPU時鐘倍頻系數(shù)；(2)看門狗定時模塊；(3)3個外部中斷源；(4)外設中斷擴展模塊；(5)3個32位的CPU通用定時器；(6)56個可編程的通用I/O引腳。h) 軟硬件開發(fā)工具(1)ANSI C/C+編譯器/匯編器/鏈接器；(2)兼容TMS320F24x/20x處理器的源代碼；(3)通用的集成開發(fā)環(huán)境；(4)提供DSP BIOS支持；(5)具有并口、USB、PCI/ISA等接口的硬件仿真器；(6)提供初學者開發(fā)套件、評估模板以及廣泛的第三方支持。2810/2812主要區(qū)別：(1)片內Flash容量不同，2810為64K，2812為128K；(2)2812有外部擴展接口，2810無；(3)2810芯片封裝128引腳LQFP，2812芯片封裝176引腳LQFP/PBGA。6. TMS320F281x系列DSP芯片有哪些外部接口？答：(1)XINTF，1Mx16位的尋址空間，分為5塊區(qū)域，便于開發(fā)復雜的應用系統(tǒng)；(2)串行外設接口（SPI）；(3)串行通信接口（SCI）；(4)兼容CAN2.0B標準的增強型控制局域網接口（eCAN）；(5)多通道緩沖串口（McBSP）；(6)事件管理模塊（EV）(7)A/D轉換模塊7. 簡述TMS320F280x、TMS320F281x、TMS320F2833xDSP芯片各有什么特點。答：TMS320F280x(1)時鐘頻率100MHz(2)有引導ROM、一次性可編程ROM(3)無外部擴展接口(4)有看門狗定時器(5)有16通道ADC轉換器(6)有SPI、SCI、eCAN模塊(7)芯片封裝100引腳(8)內核電壓1.8V，I/O電壓3.3VTMS320F281x(1)時鐘頻率150MHz(2)有引導ROM、一次性可編程ROM(3)僅2812有外部擴展接口(4)有看門狗定時器(5)有16通道ADC轉換器(6)有SPI、SCI、eCAN模塊，多通道緩沖串口(7)芯片封裝128或176引腳(8)內核電壓1.8/1.9V，I/O電壓3.3V(9)有事件管理器TMS320F2833x(1)時鐘頻率150MHz(2)增大了Flash和SRAM存儲器的容量(3)提供DMA控制器(4)有看門狗定時器(5)有16通道ADC轉換器(6)有SPI、SCI、eCAN模塊，多通道緩沖串口(7)芯片封裝128或176引腳(8)內核電壓1.9V，I/O電壓3.3V(9)有事件管理器8. 簡述DSP控制系統(tǒng)的典型構成和特點。DSP控制系統(tǒng)包括數(shù)字控制器、被控對象、執(zhí)行機構和反饋元件4個部分。特點：(1)在開發(fā)階段易于進行各種控制策略的試驗，便于對控制性能進行評價和改進，易于實現(xiàn)復雜的控制策略；(2)可承擔設定值給定、數(shù)字濾波等額外任務；(3)傳感器和其他參數(shù)標定更為容易；(4)可在線監(jiān)測控制系統(tǒng)的運行工況，實現(xiàn)數(shù)據的顯示、記錄及遠距離傳輸，便于在意外情況下分析故障原因；(5)系統(tǒng)的改進一般只涉及軟件更改，便于更新升級；(6)實現(xiàn)的算法基本不受溫度、時間等外界環(huán)境因素的影響，長時間工作穩(wěn)定性、一致性好；(7)借助于網絡易于實現(xiàn)復雜的控制系統(tǒng)結構。第二章1.簡述在高速DSP芯片內部配置PPL的優(yōu)點、答：PLL電路利用高穩(wěn)定度的鎖相環(huán)鎖定時鐘振蕩頻率，可提供穩(wěn)定、高質量的時鐘信號。同時，可通過PLL的4位倍頻系數(shù)設置位來改變時鐘頻率，以便用戶靈活設定需要的處理器速度。借助于PLL模塊，允許用戶選取較低的外部時鐘頻率，經過鎖相環(huán)倍頻后為CPU提供較高的時鐘頻率。這種設計可有效地降低高速時鐘信號電平切換時導致的高頻噪聲，保證時鐘信號的波形質量，并簡化硬件設計與電路板的布線。2.若CPU的時鐘頻率為150MHz，試計算高速外設時鐘和低速外設時鐘的頻率設定范圍。答：高速時鐘=SYSCLKOUT/（HSPCLK2）；低速時鐘= SYSCLKOUT/（LSPCLK2）。所以高速時鐘范圍是：10.71MHz到150MHz；低速時鐘頻率范圍是：10.71MHz到150MHz。3.簡述看門狗模塊的工作原理。假定時鐘OSCCLK的頻率為30MHz，試根據時鐘分頻系數(shù)取值，計算看門狗定時器的計數(shù)溢出周期。答：工作原理：看門狗模塊監(jiān)視系統(tǒng)軟件和硬件的運行，它可以按照用戶設定的時間間隔產生中斷或復位系統(tǒng)，如果軟件進入非正常循環(huán)或運行到非法的程序空間，使得系統(tǒng)無法正常工作，那么看門狗定時器的計數(shù)器上溢，可以產生一個中斷或復位信號，使系統(tǒng)進入用戶預先設定的狀態(tài)。計數(shù)溢出周期：由WDCLK=OSCCLK/512/2（WDPS-1）得，WDCLK=30/512MHz到30/512/26，所以8位看門狗計數(shù)器最大值為256，溢出周期為256/(30/512)到256/(30/512/26)MHz，即4.4ms到279.6ms。4. 試將CPU定時器與你熟悉的一種單片機片內定時器或定時器接口芯片（如8254）進行比較，簡述二者的差異。答：8051的片內定時器最大為16位（也可配置成8位），它只能加計數(shù)，并在0xffff之后加1上溢，產生中斷。所以，當需要獲得一個定時周期值時，是先給它裝載一個初值（=溢出值0xffff需要的定時周期值），溢出后要重裝這個初值。C28x內核的CPU定時器則是 32位，減計數(shù)，下溢中斷，需要的周期值有對應的周期寄存器，中斷后自動重裝。C28x的32位定時器，極大地提高了定時器的定時精度和定時長度。5.假設CPU的時鐘頻率為150MHz，試根據周期寄存器和分頻寄存器的取值范圍，計算CPU定時器可以實現(xiàn)的定時最大周期值。答：已知計數(shù)器共32位，分頻寄存器共16位，所以216*232/150MHz=1876499.8s=21.7天，即最大定時周期為21.7天。6.試分析改變PLLCR寄存器的值時，對定時器的中斷周期有什么影響。答：首先，改變PLLCR寄存器的值能改變DIV的值，進而改變CLKIN的值，即當PLLCR為0000時，CLKIN=OSCCLK/2，當PLLCR為00011010時，CLKIN=（OSCCLKDIV）/2，當PLLCR為10111111時，CLKIN狀態(tài)維持原狀。因為CLKIN與SYSCLKOUT同頻率，所以改變PLLCR能改變SYSCLKOUT的值。SYSCLKOUT變化將使得定時器產生中斷的時間不同，即計時周期發(fā)生變化。所以改變PLLCR寄存器中的值會影響定時器的中斷周期的大小，且當PLLCR數(shù)值增大時，SYSCLKOUT增大，定時器中斷周期減小。7.F281x芯片的很多引腳是復用的，結合芯片封裝尺寸、引腳利用效率、功能配置等方面，討論這些復用引腳有哪些優(yōu)缺點。答：F281x集成了眾多的外設，每個外設或多或少都會有與片外的輸入輸出聯(lián)系，即需要配置引腳。在每個應用中，實際使用的外設又會有不同，將不用的外設的引腳用于基本的簡單輸入輸出引腳功能，即 GPIO功能，就比較合理。這樣，有些引腳就需要復用。F281x的引腳復用規(guī)則是：將一種外設的功能與簡單的輸入輸出功能復用在一起。 這樣提高了引腳的利用效率，進而減小了芯片的封裝尺寸，這是優(yōu)點。缺點就是使用中需要配置引腳。8.簡述CPU中斷和外設級中斷的相應流程，二者的主要區(qū)別體現(xiàn)在什么方面？答：CPU級中斷：(1)CPU收到來自PIE的中斷，IFR置位；(2)CPU清零IFR和IER中的相應位，置位INTM禁止全局中斷(3)刷新流水線并保存返回的地址，自動現(xiàn)場保護(4)要執(zhí)行的中斷服務程序地址直接取自PIE中斷向量表(5)取出中斷向量后自動將中斷標志位清零外設級中斷：(1)外設中斷事件發(fā)生，IF置1(2)若IE已置1，則外設向PIE控制器產生一個中斷請求(3)中斷服務程序中由用戶軟件清零IF，準備接受下一次中斷主要區(qū)別：CPU級中斷是取出中斷向量后自動將中斷標志位清零，外設級中斷是中斷服務程序中由用戶軟件清零IF。9.參考2.4.5節(jié)的例程，假設改為由CPU定時器1產生中斷，試編寫中斷初始化和中斷服務程序。答：程序如下所示：Void main(void)InitSysCtrl(); DINT; IER=0x0000; IFR=0x0000; InitPieCtrl(); InitPieVectTable(); InitPeripherals(); #if(0) EALLOW; PieVectTable.TINT=&ISRTimer0; EDIS; ConfigCpuTimer(&CpuTimer0,150,1000000); CpuTimer0Regs.TCR.bit.TSS=0; PieCtrl.PIEIER1.bit.INTx7=1; IER|= M_INT1; EINT; #else EALLOW; PieVectTable.XINT13=&ISRTimer1; EDIS; ConfigCpuTimer(&CpuTimer1,100,100000); CpuTimer1Regs.TCR.bit.TSS=0; IER|= M_INT13; #endif 第三章1.如何通過軟件判斷內部RAM單元或者外部RAM芯片是否正常工作？對于Flash或EPROM等存儲芯片應該如何診斷？答：通過寫入與讀出值的比對來診斷內部PAM單元或外部RAM單元是否正常工作。判斷RAM單元的工作是否正常，不論內部RAM單元或外部RAM單元，一般先寫入一個值，再讀出來與寫入值校驗。比如對同一個地址寫入00xFF，然后讀出數(shù)據，看兩者是否相同，再從地址0開始寫入有規(guī)律的數(shù)據，如全0或全1，還有0與1間隔如0x55,0xAA,然后讀出看與原數(shù)據是否相同。獨立芯片的Flash和EPROM，需要在專門的編程器上來操作。有擦除、空檢查、寫入、校驗等操作。2.外部擴展接口（XINTF）適合擴展哪些外設芯片？答：XINTF適合擴展并行的外設芯片，如ADC、DAC、RAM、USB、FIFO等接口。3.F2812提供了3個供外設使用的片選信號，如果擴展的外設芯片超過3個如何產生這些外設芯片的片選信號？答：提供的三個片選信號代表了很大的尋址空間，所以當外設芯片超過3個時，可以用高位的地址線來譯碼出更多的次片選信號，通過次片選信號來跟外設匹配。同時還可以通過XREADY信號來與外設的訪問速度和時序匹配。4.對于例3.2，分析空間2的一個讀周期包含的XTIMCLK時鐘周期數(shù)；如果CPU時鐘頻率為150MHz，則完成一個完整的讀周期需要多長的時間？答：根據例程可知，XRDLEAD位值為3，XRDACTIVE位值為7，XRDTRAIL位值為3，同時X2TIMING位值為1，說明XTIMCLK=SYSCLKOUT/2，因為SYSCLKOUT為150MHz，所以一個完整的讀周期需要時間為：（3+7+3+1）/150MHz=0.213s。5.對于圖3.10，設要求通道A、B、C、D的輸出電壓分別為-4V、0V、2V、4V，試編程實現(xiàn)四路ADC的輸出同步刷新。答：程序如下：Uint16 *ADD_DAC_A = (Uint16 *) 0x80000；Uint16 *ADD_DAC_B = (Uint16 *) 0x80001；Uint16 *ADD_DAC_C = (Uint16 *) 0x80002；Uint16 *ADD_DAC_D = (Uint16 *) 0x80003；main(void) InitSysCtrl();DINT;IER = 0x0000;IFR = 0x0000;EALLOW；GpioMuxRegs.GPAMUX.bit.GPIOA1=0;GpioMuxRegs.GPAMUX.bit.GPIOA2=0;GpioMuxRegs.GPADIR.bit.GPIOA1=1;GpioMuxRegs.GPADIR.bit.GPIOA2=1;EDIS; GpioDataRegs.GPADAT.bit.GPIOA1=0；Delay();GpioDataRegs.GPADAT.bit.GPIOA1=1；GpioDataRegs.GPADAT.bit.GPIOA2=1；*ADD_DAC_A =(-4-(-5)*214/10；*ADD_DAC_B =5*214/10；*ADD_DAC_C =(2-(-5)*214/10；*ADD_DAC_D =(4-(-5)*214/10；GpioDataRegs.GPADAT.bit.GPIOA2=0；Delay();GpioDataRegs.GPADAT.bit.GPIOA2=1；for(;)第七章1.與2.2節(jié)介紹的CPU定時器相比，事件管理器的通用定時器有何特點？答：事件管理器的EVA和EVB各有2個通用定時器。 其特點為：16位；包含計數(shù)器、比較寄存器(雙緩沖)、周期寄存器；可連續(xù)增計數(shù)、連續(xù)增/減計數(shù)、定向增/減計數(shù)；可產生對稱和非對稱PWM波；中斷事件有下溢、上溢、比較匹配和周期匹配。 CPU定時器：32位，連續(xù)減計數(shù)，只在減計數(shù)到0時使中斷標志置位。2.對于例7.2，當高速外設時鐘設為75MHz時，試計算定時器1的定時周期。答：由T1CON.all=0x1742可知其模式為連續(xù)增計數(shù)模式，分頻系數(shù)為128,；根據周期寄存器值0x0200可知，周期為2*16*16+1，所以定時周期為（2*16*16+1）*128/75MHz=875.5s。3.設置PWM輸出引腳的輸出方式為高有效和低有效時，對占空比的設定有什么區(qū)別？答：PWM輸出引腳的波形是比較寄存器中的值與計數(shù)寄存器中值相比較的結果，使用高電平有效輸出，引腳的占空比與比較寄存器中的值成反比關系，即設置的值越大，輸出占空比越小，使用低電平有效輸出，引腳的占空比與比較寄存器中的值成正比關系。對于同一個設定值，高有效和低有效的占空比之和恰好為1。4.與線性功率放大器相比，PWM功率放大器有何優(yōu)點？適用于哪些場合？答：優(yōu)點：通過調節(jié)占空比，利用負載的濾波作用，其功率損耗比較低、放大器的輸出是一串寬度可調的矩形脈沖；適用場合：數(shù)字音頻、各種LED模塊、直流伺服系統(tǒng)、揚聲器等。5.與通用定時器產生的PWM波形相比，應用全比較單元和PWM電路產生的6路PWM輸出有何特點?答：通過通用定時器產生的PWM波形是一路獨立的PWM波，是通過簡單比較產生的。全比較單元和PWM電路產生的6路PWM波形是三對互補輸出的PWM波形。一路PWM適合啟用DAC轉換器和PWM功率放大器，而6路PWM波形適合目前常用的運動控制功率放大電路的拓撲結構，且可以插入死區(qū)。6.假設例7.3中的告訴外設時鐘頻率為75MHz，試分析各路PWM信號的頻率和占空比。答：由T1CON可知，輸出為無分頻系數(shù)、連續(xù)增計數(shù)模式，由T1PR可知，周期為FFFF，比較值為3C00，由T1PIN可知，T1PWM為低電平有效。綜上分析可得占空比為：（15360/65535+1）=23.4%，頻率為：75MHz/65536=1.144KHz；同理T2PWM占空比為：960/（4096+1）=76.6%，頻率為：75MHz/4097=18.31KH