dsp數(shù)字信號處理課程設計報告 AD轉換接口設計

1、DSP 技術與應用技術與應用課程設計報告課程設計報告選題名稱選題名稱: A/D 轉換接口設計 系（院）系（院）: 計算機工程學院 專專 業(yè)業(yè): 計算機科學與技術（嵌入式系統(tǒng)軟件設計）班班 級級: 計算機 1073 姓姓 名名: 學學 號號: 指導教師指導教師: 學年學期學年學期: 2009 2010 學年 第 2 學期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計的一種可編程的處理器，是現(xiàn)代電子技術、計算機技術和信號處理技術相結合的產物。隨著信息處理技術的飛速發(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域獲得了越來越廣泛的應用。自從 20 世紀 80 年代誕生以來，DSP 就被廣泛應用于社會各個領域。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)字信號處理的應用范圍。隨著 DSP 的功能越來越強大，其應用范圍也將越來越廣泛。此次 DSP 課程設計，我們一組做的是 A/D 轉換接口的設計。在DSP 的外部設備中，A/D（模數(shù)轉換器）是一個十分重要的器件，A/D 先將模擬信號轉換成數(shù)字信號，DSP 接收 A/D 輸出的數(shù)字信號進行信號處理。關鍵詞：DSP；A/D 轉換接口；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)設計43.1 電源設計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 程序運行結果13總 結14參考文獻15 DSP 技術與應用課程設計報告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，是一種具有特殊結構的微處理器。DSP 芯片的內部采用程序和數(shù)據(jù)分開的哈佛結構，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。 具有在單周期內操作的多個硬件地址產生器。 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）的一系列產品。TI 公司災 982 年成功推出啟迪一代 DSP 芯片TMS32010 及其系列產品 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 技術與應用課程設計報告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芯片內部關鍵的乘法器部件從 1980 年的占模區(qū)的 40 左右下降到 5 以下，片內 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，意味著結構靈活性的增加。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）改進的哈佛結構早期的微處理器內部大多采用馮諾依曼(Von Neumann)結構，其片內程序空間和數(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 內部采用的是程序空間和數(shù)據(jù)空間分開的哈佛結構，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)，即改進的哈佛結構。（2）多總線結構許多 DSP 芯片內部都采用多總線結構，這樣可以保證在一個機器周期內多次訪問程序空間和數(shù)據(jù)空間。（3）流水線操作許多 DSP 芯片內部都采用多總線結構，這樣可以保證在一個機器周期內可以多次訪問程序空間和數(shù)據(jù)空間。（4）多處理單元DSP 內部一般都包括多個處理單元，如算術邏輯單元（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同時進行運算。（5）特殊的 DSP 指令DSP 技術與應用課程設計報告2為了更好地滿足數(shù)字信號處理應用的需求，在 DSP 的指令系

10、統(tǒng)中，設計了一些特殊的 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)轉換控制邏輯，符合 IEEE1149.1 標準的 JTAG 測試仿真接口，更易于完成系統(tǒng)設計。1.4 Protel 99SE 概述概述Protel 99SE 主要由原理圖設計系統(tǒng)、印制電路板設計系統(tǒng)兩大部分組成。（1）原理圖設計系統(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計。它可以為印制電路板設計提供網絡表。該編輯器除了具有強大的原理圖編輯功能以外，其分層組織設計功能、設計同步器、豐富的電氣設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計任務。（2）印制電路板設計系統(tǒng)它是一個功能強大的印制電路板設計編輯器，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）的設計并最終產生 PCB 文件，直接關系到印制電路板的生產。Protel99SE 的印制電路板設計系統(tǒng)可以進行多達 32 層信號層、16 層內部電源/接地層的布線設計，交互式的元件布置工具極大地減少了印制板設計的時間。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，使設計者可以方便地在設計中對一組混合信號進行仿真分析。DSP 技術與應用課程設計報告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 轉換接口原理圖2.2 PCB 板板 圖 2-2 A/D 轉換接口 PCB 板3 系統(tǒng)設計系統(tǒng)設計3.1 電源設計電源設計在 TI 公司的 DSP 系列中，C2xx 系列DSP 技術與應用課程設計報告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換芯片。將高電平轉換成 3.3V 和 1.8V，供

14、 DSP 使用。TI 公司提供專門的電壓轉換芯片，供各個不同型號的DSP 使用。本次課程設計使用的是 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 技術與應用課程設計報告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 技術與應用課程設計報告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 技術與應用課程設計報告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 程序運行結果程序運行結果程序運行結果如圖 5-1 所示。圖 5-1 程序運行結果圖DSP 技術與應用課程設計報告13總結在短短的幾十年里，隨著信息技術革命的深入和計算機技術的飛速發(fā)展，數(shù)字信號處理技術已逐步發(fā)展成為一門主流技術，在數(shù)字式程控交換機、數(shù)字式移動電話、多媒體計算機、計算機網絡、數(shù)字電視等領域取得了極其廣泛的應用。課程設計是培養(yǎng)學生運用綜合運用所學知識，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練和考察過程。我們一組做的題目是 A/D 轉換接口的設計，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與實踐運用的最佳結合點。這都是我們要考慮和努力的。在此次課程設計中，通過老師的精心指導和在網上找的資料，主要掌握了A/D 轉換接口的設計和運用 Protel 99SE 軟件繪制原理圖。在整個團隊中，我主要負責原理圖的繪制，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。這次課程設計使我懂得實踐的