第五章評估板及實驗原理

1、西安電子科技大學電子工程學院1第五章 實驗系統(tǒng)組成及實驗原理v實驗系統(tǒng)組成及實驗原理主要分為兩部分講：TS201 EZ-KITTS201 EZ-KIT實驗板介紹實驗板介紹各個實驗的原理簡介各個實驗的原理簡介西安電子科技大學電子工程學院25.1 TS201 EZ-KIT5.1 TS201 EZ-KIT板介紹板介紹5.1.1 EZ-KIT5.1.1 EZ-KIT概述概述5.1.2 TS201 EZ-KIT 5.1.2 TS201 EZ-KIT 板資源板資源5.1.3 EZ-KIT 5.1.3 EZ-KIT 使用簡介使用簡介西安電子科技大學電子工程學院3西安電子科技大學電子工程學院4TS201 EZ

2、-KIT評估板概述概述 TS201 EZ-KIT評估板的使用環(huán)境是VisualDSP+，用戶使用個人計算機通過串行口或者JTAG仿真器訪問 TS201 EZ-KIT評估板。其特點如下： 具有兩片TS201 DSP處理器，核時鐘頻率達到500MHz，并且兩個DSP哪個是主/從處理器以及各個DSP的核時鐘模式是用戶可以設(shè)置的； 具有一片24位的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD1871(工作在96KHZ)； 具有一片24位的數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片AD1854 (工作在96KHZ) ； FLASH MEMORY(512K 主Flash Memory)西安電子科技大學電子工程學院5TS201 EZ-KIT評估板概述概述( (續(xù)）

3、續(xù)） SDRAM 32MB(4M x 64Bit)； 2x2個標志FLAG的功能按鍵(每個處理器2個FLAG按鍵)； 2個功能按鍵作為中斷IRQ0輸入(每個處理器1個IRQ0按鍵； 4個FLAG輸出的發(fā)光二極管LED； USB仿真器接口； 14引腳的仿真JTAG接口 LVDS鏈路接口：RJ-45接口 擴展連接接口西安電子科技大學電子工程學院6西安電子科技大學電子工程學院7TS201 EZ-KITTS201 EZ-KIT板板西安電子科技大學電子工程學院8TS201 EZ-KITTS201 EZ-KIT原理框圖原理框圖西安電子科技大學電子工程學院9TS201 EZ-KIT TS201 EZ-KIT

4、 板硬件資源板硬件資源1I/O 標志位 板上有一個復位按鍵和6個功能按鍵，8個發(fā)光二極管LED。其連接關(guān)系如下： FLAG0_A SW9 FLAG1_A SW8 FLAG0_B SW6 FLAG1_B SW7 FLAG2_A LED4 FLAG3_A LED6FLAG2_B LED5 FLAG3_B LED3 Power LED LED1 Reset LED LED2 and LED8USB Monitor LED LED9 2中斷輸入 EZ-KIT板提供2個外部中斷輸入，其連接關(guān)系如下： IRQ0_A SW4IRQ0_B SW5西安電子科技大學電子工程學院103.開關(guān)跳線設(shè)置板上有幾個開關(guān)，

5、其功能如下：1）音頻應用選擇開關(guān)SW1跳線設(shè)置，功能如下:位1位2位3位4功能描述OFFOFFONON不應用ONONOFFOFF音頻（麥克風）輸入西安電子科技大學電子工程學院112 2）處理器加載方式選擇開關(guān)SW2位1設(shè)置SW2的位1決定了處理器怎樣加載，其功能如下：位1加載模式OFFEPROM加載ON外部加載或者鏈路口加載西安電子科技大學電子工程學院123 3）SYSCON/SDRCON方式選擇開關(guān)SW2位2設(shè)置SW2的位2決定了處理器怎樣控制對寄存器 SYSCON和SDRCON的寫，其功能如下：位2SYSCON和SDRCON的模式OFFSYSCON和SDRCON只寫一次ONSYSCON和S

6、DRCON可以隨時寫西安電子科技大學電子工程學院134)4)中斷使能模式選擇開關(guān)SW2位3和位5設(shè)置SW2的位3和位5決定了DSPA和DSPB中斷使能的模式選 擇，其功能如下：位3處理器A的中斷使能模式OFF中斷禁止，低電平觸發(fā)模式ON中斷使能，邊沿觸發(fā)模式位5處理器B的中斷使能模式OFF中斷禁止，低電平觸發(fā)模式ON中斷使能，邊沿觸發(fā)模式西安電子科技大學電子工程學院145 5）鏈路口數(shù)據(jù)寬度選擇開關(guān)SW2位4和位6設(shè)置SW2的位4和位6決定了處理器A和B鏈路口數(shù)據(jù)寬度，其功能如下：位4處理器A的鏈路口數(shù)據(jù)寬度OFF1BIT 鏈路口數(shù)據(jù)寬度ON4BIT 鏈路口數(shù)據(jù)寬度位6處理器B的鏈路口數(shù)據(jù)寬度

7、OFF1BIT 鏈路口數(shù)據(jù)寬度ON4BIT 鏈路口數(shù)據(jù)寬度西安電子科技大學電子工程學院156 6）FLAGS和IRQS連接源選擇開關(guān)SW10設(shè)置SW10決定了處理器A和B FLAGS和IRQS連接源，其功能如下：DSPADSPBDSPADSPB使用來源位1 位2 (FLAG0) (FLAG1)位3 位4 (FLAG0) (FLAG1)位5（IRQ0）位6（IRQ0）OFF OFFOFF OFFOFFOFF從外部得到ON ONON ONONON從實驗板按鍵得到西安電子科技大學電子工程學院164.配置電阻設(shè)置v 1）處理器ID設(shè)置 EZKIT實驗板上有兩塊TS201處理器，用戶可以自己設(shè)置TS20

8、1處理器A還是處理器B為主處理器。實驗板上處理器級聯(lián)ID為08，實驗板上必須有一個處理器ID設(shè)置為ID0。ID0處理器用來允許初始化片外SDRAM存儲器，本實驗板上采用處理器A為主處理器ID0,處理器B為從處理器ID1.西安電子科技大學電子工程學院17處理器DSPA的ID號設(shè)置西安電子科技大學電子工程學院18處理器DSPB的ID號設(shè)置西安電子科技大學電子工程學院192)時鐘模式配置電阻設(shè)定v TS201 EZKIT實驗板采用外部20MHZ晶振提供時鐘頻率，經(jīng)過片外時鐘CLK倍頻電路和片內(nèi)SCLK鎖相環(huán)電路(PLL)后，TS201處理器核頻率CCLK為500 MHZ.v 片外時鐘CLK倍頻電路的

9、倍頻數(shù)用戶可以自由配置，在該實驗板上通過配置電阻設(shè)置倍頻數(shù)為5倍.v 片內(nèi)SCLK鎖相環(huán)電路(PLL)倍數(shù)用戶也可以自由配置，在該實驗板上通過配置電阻設(shè)置倍數(shù)為5倍.v TS201處理器核頻率為CCLK :500 MHZ=20MHZ*5*5西安電子科技大學電子工程學院20片外時鐘CLK倍頻電路的倍頻數(shù)的設(shè)置西安電子科技大學電子工程學院21片內(nèi)SCLK鎖相環(huán)電路(PLL)倍數(shù)的設(shè)定西安電子科技大學電子工程學院22EZEZKITKIT板的存儲器板的存儲器v TS201 處理器有24MBits的內(nèi)部存儲器用來存儲程序和數(shù)據(jù)，TS201 EZ-KIT 板含有512Kx8bit 的外部閃存FLASH存儲

10、器和4Mx64bit的片外SDRAM存儲器 。 FLASH存儲器被連接到處理器的BMS和MS0引腳，既可以作為加載存儲器空間也可以作為外部存儲器BANK0的空間。 訪問SDRAM存儲器時， SYSCON和SDRCON 必須設(shè)置為如下 SYSCON=0 x00189067 SDRCON=0 x00005983 。 SDRCON的設(shè)置為：SDRAM使能，CAS延遲2周期；流水線深度為0，每頁256字；刷新速率為3700周期。西安電子科技大學電子工程學院23EZEZKITKIT板的存儲器映射板的存儲器映射西安電子科技大學電子工程學院24EZEZKITKIT板的閃存板的閃存FLASHFLASH映射映射

11、西安電子科技大學電子工程學院25西安電子科技大學電子工程學院26EZ-KIT EZ-KIT 使用簡介使用簡介 結(jié)合配套的軟件，用戶可以利用功能受到限制的VisuaDSP，調(diào)試一些簡單的程序。用戶既可以通過板上的USB口和PC機連接，又可以通過板上的JTAG仿真器接口和PC機相連，用PC機調(diào)試DSP。 按鍵會使DSP或板上其它組件執(zhí)行一定操作，改變DSP寄存器各Flag位（輸入或輸出）的值，并通過相應Flag輸出管腳驅(qū)動發(fā)光二極管。西安電子科技大學電子工程學院27vTS201 EZKIT電路板的安裝和啟動要求是：在開電源前，連接好PC和EZKIT（這里是通過USB口），保證地線可靠連接；打開電源

12、，給EZKIT加電；未從PC下載相應的EZKIT程序前，DSP執(zhí)行ROM中的程序；從PC下載、運行相應的EZKIT程序；v 可修改程序，生成代碼后，再從PC下載、運行相應的EZKIT程序。西安電子科技大學電子工程學院28使用使用 VisualDSPVisualDSP+ Debugger+ Debugger1.1.啟動啟動VisualDSPVisualDSP+ Debugger+ Debugger2.2.選擇會話選擇會話進入調(diào)試環(huán)境后，選進入調(diào)試環(huán)境后，選SessionSessionNew SessionNew Session，在提示的，在提示的Debug Debug Target Target

13、 對話框中確定調(diào)試目標為對話框中確定調(diào)試目標為TigerSHARC Emulators/EZ-KIT LitesTigerSHARC Emulators/EZ-KIT Lites ，然后在然后在PlatformPlatform和和Session nameSession name窗口選擇相應的處理器窗口選擇相應的處理器TS201,TS201,點擊點擊OKOK西安電子科技大學電子工程學院29EZ-KITEZ-KIT板的板的CodecCodec的數(shù)據(jù)傳送關(guān)系的數(shù)據(jù)傳送關(guān)系西安電子科技大學電子工程學院30Emulator的種類v可以使用的硬件仿真器 MTN-ICE ISA插卡 SUMMIT-ICE P

14、CI插卡 APEX-ICE USB接口 Trek-ICE 網(wǎng)絡接口西安電子科技大學電子工程學院31JTAG接口信號1.GND 地線2.EMU 輸出3.Key 索引引腳4.CLKIN 輸出， 時鐘5.BTMS 不接6.TMS 輸入7.BTCK 接VCC/TCK8.TCK 輸入，時鐘9.BTRST 接地/TRST10. TRST 輸入11. BTDI 不接12. TDI 輸入13. GND14. TDO 輸出西安電子科技大學電子工程學院32系統(tǒng)連接舉例ADI推薦方式西安電子科技大學電子工程學院335.2實驗原理簡介實驗原理簡介實驗分成兩種類型:1. 使用SIMULATOR仿真數(shù)字信號處理算法（浮點

15、實驗一、二 ）。2. 使用TS201 EZ-KIT板完成的數(shù)字信號處理（浮點實驗三、四）。西安電子科技大學電子工程學院341.VISUAL DSP+的使用入門的使用入門2.用用SIMULATOR模擬實現(xiàn)數(shù)字信號處理模擬實現(xiàn)數(shù)字信號處理 以及以及DMA傳傳輸輸3.利用利用TS201 EZ-KIT板實現(xiàn)定時中斷、外部中斷等操板實現(xiàn)定時中斷、外部中斷等操作控制實驗板上的作控制實驗板上的LED 4.利用利用TS201 EZ-KIT板實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)并進行數(shù)字信號板實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)并進行數(shù)字信號處理處理 西安電子科技大學電子工程學院35軟件開發(fā)流程庫文件庫文件.h工程文件工程文件.dpj連接描述文件連接描述文件

16、.ldf編譯編譯鏈接鏈接可執(zhí)行代碼可執(zhí)行代碼.dxesimulatorEZ-ICE目標板目標板在線仿真在線仿真軟模擬軟模擬產(chǎn)生產(chǎn)生EPROM代碼代碼C程序程序.C匯編程序匯編程序.asm西安電子科技大學電子工程學院36軟件開發(fā)流程與VisualDSP+Compiler VisualDSP+ 的IDDE（Integrated Development and Debugging Environment）使以上過程可以在統(tǒng)一的環(huán)境下完成。linkersplitterAssembler.c.asm.dojBuilddebug.dxe.ldrSimulatorEZ-KITEmulatorProject

17、OptionsDebug Session西安電子科技大學電子工程學院37DSP處理器與數(shù)字信號處理DAGALU、Shifter、MAC哈佛總線結(jié)構(gòu)哈佛總線結(jié)構(gòu)DMA高速數(shù)據(jù)傳輸高速數(shù)據(jù)傳輸高密度高密度計算計算卷積、相關(guān)、卷積、相關(guān)、DFT、FFT、FIR濾波濾波西安電子科技大學電子工程學院38西安電子科技大學電子工程學院39西安電子科技大學電子工程學院40實驗二：用實驗二：用SIMULATOR模擬實現(xiàn)模擬實現(xiàn)IIR濾波濾波 以及以及 DMA傳輸傳輸西安電子科技大學電子工程學院41 2.2.內(nèi)存與內(nèi)存與SDRAMSDRAM間的二維間的二維DMADMA通信通信 西安電子科技大學電子工程學院42利用

18、利用TS201 EZ-KIT板實現(xiàn)定時中板實現(xiàn)定時中 斷、外部中斷斷、外部中斷西安電子科技大學電子工程學院43：。 西安電子科技大學電子工程學院44實驗四：實驗四：利用利用TS201 EZ-KIT板實現(xiàn)信號板實現(xiàn)信號 采樣并且進行相應的數(shù)據(jù)處理采樣并且進行相應的數(shù)據(jù)處理西安電子科技大學電子工程學院45：西安電子科技大學電子工程學院46實驗原理 FIR1. FIR濾波器的結(jié)構(gòu)和特點濾波器的結(jié)構(gòu)和特點 nNnznhzH10FIR濾波器與濾波器與IIR濾波器相比較具有以下優(yōu)點：濾波器相比較具有以下優(yōu)點：1. FIR濾波器可以設(shè)計成嚴格的線性相位。濾波器可以設(shè)計成嚴格的線性相位。2. FIR濾波器采用

19、非遞歸結(jié)構(gòu)設(shè)計，系統(tǒng)總是穩(wěn)定的。濾波器采用非遞歸結(jié)構(gòu)設(shè)計，系統(tǒng)總是穩(wěn)定的。 同一個系統(tǒng)函數(shù)可以采用不同的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。同一個系統(tǒng)函數(shù)可以采用不同的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。FIR濾波器的基本結(jié)構(gòu)包濾波器的基本結(jié)構(gòu)包括：直接型、級聯(lián)型、并聯(lián)型和轉(zhuǎn)置型。濾波器的結(jié)構(gòu)會影響濾波器的許括：直接型、級聯(lián)型、并聯(lián)型和轉(zhuǎn)置型。濾波器的結(jié)構(gòu)會影響濾波器的許多重要性能，包括系統(tǒng)的精度、誤差、穩(wěn)定性、運算速度及成本等。多重要性能，包括系統(tǒng)的精度、誤差、穩(wěn)定性、運算速度及成本等。FIR濾波器的系統(tǒng)函數(shù)為：濾波器的系統(tǒng)函數(shù)為：輸入序列為輸入序列為)(nx、輸出序列為、輸出序列為)(ny，濾波器系數(shù)為，濾波器系數(shù)為)(nh的的FIR濾波器

20、的實現(xiàn)基于序列的卷積算法，其數(shù)學表達式為：濾波器的實現(xiàn)基于序列的卷積算法，其數(shù)學表達式為： 10)()()(Nkknhkxnxnhny 西安電子科技大學電子工程學院472FIR濾波器設(shè)計方法濾波器設(shè)計方法 常用的常用的FIR濾波器設(shè)計方法有兩種：窗函數(shù)設(shè)計法和頻率抽樣設(shè)計法。前者濾波器設(shè)計方法有兩種：窗函數(shù)設(shè)計法和頻率抽樣設(shè)計法。前者從時域角度進行設(shè)計，而后者從頻域角度設(shè)計，本實驗使用的是窗函數(shù)設(shè)計法。從時域角度進行設(shè)計，而后者從頻域角度設(shè)計，本實驗使用的是窗函數(shù)設(shè)計法。 所謂窗函數(shù)設(shè)計法，就是用有限長的序列逼近無限長的理想濾波器取樣響所謂窗函數(shù)設(shè)計法，就是用有限長的序列逼近無限長的理想濾波器

21、取樣響應序列的方法，或者說選擇合適的加權(quán)窗截取的一段作為，即：應序列的方法，或者說選擇合適的加權(quán)窗截取的一段作為，即： )()()(nWnhnhd是一個有限長度的窗函數(shù)序列是一個有限長度的窗函數(shù)序列。 nW 窗函數(shù)頻譜的主瓣寬度決定濾波器的過度帶寬度，旁瓣幅度決定濾波器窗函數(shù)頻譜的主瓣寬度決定濾波器的過度帶寬度，旁瓣幅度決定濾波器的阻帶衰減。選擇窗函數(shù)時，一方面希望主瓣寬度盡可能窄，以獲得較陡的的阻帶衰減。選擇窗函數(shù)時，一方面希望主瓣寬度盡可能窄，以獲得較陡的過渡帶；另一方面要盡量減小旁瓣相對幅度。但是以上兩方面要求不能同時過渡帶；另一方面要盡量減小旁瓣相對幅度。但是以上兩方面要求不能同時滿足

22、滿足 。西安電子科技大學電子工程學院48FIR3. 頻譜分析程序設(shè)計頻譜分析程序設(shè)計 本實驗使用本實驗使用EZ-KIT評估板的硬件資源完成對采樣數(shù)據(jù)的濾波，并把濾波評估板的硬件資源完成對采樣數(shù)據(jù)的濾波，并把濾波結(jié)果送出到示波器上顯示，實現(xiàn)的原理框圖如下。結(jié)果送出到示波器上顯示，實現(xiàn)的原理框圖如下。 A/DFIR D/A模擬信號輸入濾波輸出 數(shù)據(jù) 加窗 數(shù)據(jù) 緩沖 數(shù)據(jù) 緩沖 窗函數(shù)法設(shè)計窗函數(shù)法設(shè)計FIR濾波器步驟：濾波器步驟： 確定濾波器頻率響應函數(shù)。確定濾波器頻率響應函數(shù)。elseeeHccjj,0,21其中，其中， 21N01c（低通濾波器）（低通濾波器） 西安電子科技大學電子工程學院4

23、9FIR 對對jeH進行傅立葉反變換進行傅立葉反變換nnndeedeedeeHnhccnjjnjjnjjdcccc)(sin)(sin12121)(21)(121221產(chǎn)生理想低通濾波器的取樣響應序列產(chǎn)生理想低通濾波器的取樣響應序列 )(nhdn=0,1,2,.,N-1。 其中的濾波器階數(shù)其中的濾波器階數(shù)N要根據(jù)濾波器的性能指標來選擇。要根據(jù)濾波器的性能指標來選擇。選擇合適窗產(chǎn)生最終的取樣響應序列，即濾波器系數(shù)選擇合適窗產(chǎn)生最終的取樣響應序列，即濾波器系數(shù) )()()(nWnhnhd，n=0,1,2,.,N-1。 西安電子科技大學電子工程學院50FIR（b）漢明（Hamming）窗本實驗用到兩

24、個窗函數(shù)：（a）矩形窗 NW nRn nRNnnWN12cos46. 054. 0（b）漢明（Hamming）窗（a）矩形窗常用窗函數(shù)的主瓣寬度和旁瓣相對幅度常用窗函數(shù)的主瓣寬度和旁瓣相對幅度N/4dB13N/8dB25N/8dB31N/8dB41N/12dB57窗函數(shù)類型窗函數(shù)類型主瓣寬度主瓣寬度旁瓣峰值旁瓣峰值(dB)矩形窗矩形窗三角窗三角窗漢寧窗漢寧窗漢明窗漢明窗布萊克曼窗布萊克曼窗西安電子科技大學電子工程學院51 (a) 時域壓縮時域壓縮本實驗中涉及到對濾波器系數(shù)的兩種變換本實驗中涉及到對濾波器系數(shù)的兩種變換h ： (b)頻域調(diào)制頻域調(diào)制)()()(00jnjeHenh西安電子科技大學

25、電子工程學院52ACCOR自相關(guān)運算是信號處理中經(jīng)常使用的方法，其計算公式為： 上式中如果兩個輸入序列為同一序列，則完成自相關(guān)運算，如果兩個輸入序列不同，則完成互相關(guān)運算。 自相關(guān)函數(shù)表示信號X1(n)1(n)在任意兩時刻的取植之間的平均關(guān)聯(lián)程度。NNmmnXnXNmY)()(21)(21西安電子科技大學電子工程學院53ACCOR 本實驗使用EZ-KIT評估板的硬件資源完成對采樣數(shù)據(jù)的自相關(guān)運算，并把運算結(jié)果送出到示波器上顯示，實現(xiàn)的原理框圖如下。 A/D 數(shù)據(jù) 緩沖 相關(guān) 運算 輸出 緩沖 D/A模擬信號輸入信號輸出西安電子科技大學電子工程學院54附錄：典型的實驗結(jié)果正弦波的自相關(guān)波形圖正弦波的自相關(guān)波形圖 三角波的自相關(guān)波形圖三角波的自相關(guān)波