DSP课设PWM.docx
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DSP课设PWM
一引言与概述
1.1DSP介绍
数字信号处理（DigitalSignalProcessing，简称DSP）是一门涉及许多学科
而又广泛应用于许多领域的新兴学科。
20世纪60年代以来，随着计算机和信息技术
的飞速发展，数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。
数字信号处理是一种通
过使用数学技巧执行转换或提取信息，来处理现实信号的方法，这些信号由数字序列
表示。
在过去的二十多年时间里，数字信号处理已经在通信等领域得到极为广泛的应
用。
德州仪器、Freescale等半导体厂商在这一领域拥有很强的实力。
DSP（digitalsignalprocessor）是一种独特的微处理器，是以数字信号
来处理大量信息的器件。
其工作原理是接收模拟信号，转换为0或l的数字信
号。
再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解
译回模拟数据或实际环境格式。
它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可
达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界
中日益重要的电脑芯片。
它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道
的两大特色。
DSP微处理器（芯片）一般具有如下主要特点：
（1）在一个指令周期内可完成一玖乘法和一次加法；
（2）程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据；
（3）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；
（4）具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持；
（5）快速的中断处理和硬件1/0支持；
（6）具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器；
（7）可以并行执行多个操作；
（8）支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以熏叠执行。
1.2DSP的应用：
语音处理：
语音编码、语音合成、语音识别、语音增强、语音邮件、语音
储存等。
图像／图形：
二维和三维图形处理、图像压缩与传输、图像识别、动画、机
器人视觉、多媒体、电子地图、图像增强等。
军事、保密通信、雷达处理、声呐处理、导航、全球定位、跳频电台、搜
索和反搜索等。
仪器仪表：
频谱分析、函数发生、数据采集、地震处理等。
自动控制：
控制、深空作业、自动驾驶、机器人控制、磁盘控制等。
医疗：
助听、超声设备、诊断工具、病人监护、心电图等。
家用电器：
数字音响、数字电视、可视电话、音乐合成、音调控制、玩具
与游戏等。
生物医学信号处理举例：
CT:
计算机X射线断层摄影装置。
（其中发明头颅CT英国EMI公司的豪斯
菲尔德获诺贝尔奖。
）
CAT：
计算机X射线空间重建装置。
出现全身扫描，心脏活动立体图形，脑
肿瘤异物，人体躯干图像重建。
1.3问题描述
输入输出端口（1/0）是DSP芯片内部电路与外部世界交换信息的通道。
输入端
口负责从外界接收检测信号．键盘信号等各种开关量信弓；输出端口负责向外界输送有
内部电路产生的处理结果．显示信息，控制命令．驱动信号。
使用中断和定时器延时循环程序，设计DSP的流水灯控制器，在事件管理器中应
用EV中断。
1.4DSP2407简介
2407开发板分为TI2000-011DSP2407增强型、DSP2407+CPLD开发板、
SHX-DSP2407A开发板。
引DSP2407+CPLD开发板套件是一套基TMS320LF2407A+EPM240
的DSP+CPLD的学习开发平台，充分发挥DSP2407和ALTERAMAXII的灵活性和功能强
大，用户手册详实易懂，大量源码轻松上手（分DSP和CPLD两部分），我们为用户提
供一个完整的IP核通过CPLD进行系统资源分配，用户可以根据需要进行裁剪或追加
功能。
由于我们的外设都是通过CPLD连接与DSP连接进行电平转换、隔离和总
线。
仲裁等先进技术，所以使用极为方便灵活、简洁、并且运行及其稳定。
这
种结构可以充分利用了CPLD的灵活性和功能强大的IP核进行功能更强的系统
应用。
是初学者和从事开发的科研工作者学习2407和CPLD的首选之品。
本
开发板供初学者学习使用，也可作为系统板嵌入到用户的产品供用户进行二次
开发以便缩短产品开发周期。
SHX-DSP2407A开发板是DSP2407系列产品中的重
要一员。
它的最大优点是直观简单明了，极为适于初学者。
此棋板采用统一的
系统结构、模块结构和机械结构，以多种典型DSP处理器构成的DSP基本系统、
标准总线和相同物理尺寸的DSP嵌入式控制模板，将2407的功能发挥的淋漓尽
致，为学习者提供了强大、有效的学习平台。
用户手册详实易懂，大量源码轻
松上手（分DSP和CPLD两部分），我们为用户提供一个完整的IP核通过CPLD
进行系统资源分配，用户可以根据需要进行裁剪或追加功能。
1.5事件管理器的引脚说明
1.6比较单元
1.7PWM基本原理
ØPWM控制基本原理
PWM（PulseWidthModulation）就是脉宽调制技术—矩形脉冲波形，可理解为占空比可调的方波。
即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要的波形（含形状和幅值）。
也就是说PWM信号（脉宽调制信号）是脉冲宽度根据某一寄存器内的值的变化而变化的脉冲序列；宽度是根据预定值来决定和调制的。
1.PWM信号产生
用一定时器重复产生与PWM周期相同的计数周期，一个比较寄存器保持着调制值，在相应的输出上会产生一个转换。
输出脉冲的开关时间会与比较寄存器的值成比例。
2.死区
在许多的运动/电机控制和功率电子应用场合中，两个功率器件（上级和下级）被串联在一个功率支路中，为避免击穿失效，在一个三极管的关断和另一个三极管导通之间经常要插入一个死区，这段时间延迟允许一个三极管在别的三极管导通之前完全关断。
ØPWM的基本思想
所以据面积等效原理，正弦波等效为下图中所示的PWM波。
二系统总体设计与工作原理
2.1总体设计与分析
1.DSP直接可以输出PWM波，所以不需要额外的硬件连接。
但是DSP输出的驱动能力有限，驱动电机必须额外加放大驱动电路。
2.以DSP的EVA单元为例子,EVA的2个通用定时器可以产生2路独立的PWM波，3个比较单元能够产生6对带死区的PWM波。
1）T1CNT为连续计数模式产生不对称的PWM波，此时PWM的周期为（t1pr+1）/tclk,t1pr为周期寄存器值，TCLK为当前定时器每计数一次所需时间。
2）T1CNT为连续增减计数产生对称的PWM波。
周期为2T1PR/tclk.
为了产生一个PWM信号，DSP的定时器定时周期应该和PWM的周期相等。
另外需要对DSP的EVA/EVB模块中的比较单元的比较寄存器设定数值，这样该数值一直与定时器的计数器值相比较，按照一定的比较方式，PWM即产生跳变。
通过此种方式，DSP的PWM管脚就会产生一个宽度与比较寄存器数值成比例的脉冲信号。
在定时器重复定时的过程中就产生了PWM信号。
使用DSP比较单元产生PWM波形不需要硬件连接图，只需对DPS的相关寄存器进行配置就可以在输出端得到相应的PWM波形，其具体操作过程如下：
1.设置比较方式控制寄存器ACTRx
2.如有必要，使能死区功能，配置死区控制寄存器DBTCONx
3.对比较寄存器CMPRx赋值
4.设置定时器寄存器T1CON（T3CON）并启动定时
5.通过更新CMPRx的数值改变PWM占空比的大小2.2工作原理
EV模块中的每个比较单元均可产生非对称和对称的PWM波形。
另外这三个比较单元一起可产生三相对称空间向量PWM输出。
用GP定时器产生PWM输出已介绍，下面仅介绍用比较单元产生PWM。
（1）非对称PWM波形产生
用一个比较单元产生一个非对称的PWM波形。
见下图。
GP定时器1必须设置为连续递增计数模式，其周期寄存器必须载入一个与所需的PWM载波周期相对应的值。
（2）对称的PWM波形产生
对称的PWM波形是其调制脉冲在每个PWM周期是对称的。
如下图所示。
对称的与非对称PWM波形相比，优点在于在每个PWM周期的开始和结束它有两个相同长度的无效区，这种对称性表现为当正弦调制使用时，它在一个交流电机的相电流中比非对称的PWM信号引起更少的谐波。
2.2基本理论
指导实验的基本理论是DSP的数字I/O端口以及其寄存器的配置。
通过对这些理论的掌握和运用，达到了解和熟悉一般DSP数字I/O的知识。
（1）数字I/O端口
TMS320LF2407系列有多达41个通用、双向的数字I/O（GPIO）引脚，其中大多数是基本功能和一般I/O复用引脚，TMS320LF2407系列的大多数都可以用来实现其他功能。
数字I/O端口模块采用了一种灵活的方法，以控制专用I/O和复用I/O引脚的功能，所有I/O和复用引脚的功能可以通过9个16位控制寄存器来设置，这些寄存器可以分为两类：
●I/O口复用控制寄存器（MCRx）：
用来控制选择I/O引脚作为基本功能或一般I/O引脚功能。
●数据和方向控制寄存器（PxDATDIR）：
当I/O引脚作为一般I/O引脚功能时，用数据和方向控制寄存器可控制数据和I/O引脚的数据方向，这些寄存器直接和I/O引脚相连。
（2）数字I/O端口寄存器
图1给出了TMS320LF2407系列I/O端口复用引脚配置简图，从图上可以看出一些寄存器单元的配置对应于实际I/O引脚的内部结构之间的联系。
图1复用引脚配置图
表1中所列的是数字I/O模块可用的寄存器单元，和其他240xA外设一样，这些寄存器被存储器映射到数据空间，地址从7090h到709Fh。
寄存器单元中保留的位所是无效的，读时为0，写对它无影响。
表1数字数字I/O模块控制寄存器地址
地址
存储寄存器
说明
7090h
MCRA
I/O复用控制寄存器A
7092h
MCRB
I/O复用控制寄存器B
7094h
MCRC
I/O复用控制寄存器C
7098h
PADATDIR
I/O端口A数据和方向寄存器
709Ah
PBDATDIR
I/O端口B数据和方向寄存器
709Ch
PCDATDIR
I/O端口C数据和方向寄存器
709Eh
PDDATAIR
I/O端口D数据和方向寄存器
7095h
PEDATAIR
I/O端口E数据和方向寄存器
7096h
PEDATDIR
I/O端口F数据和方向寄存器
下面介绍I/O口复用输出控制寄存器。
下面描述了I/O口复用控制寄存器A（MCRA）I/O口复用控制寄存器B（MCRB），I/O口复用控制寄存器C（MCRC），其中表2是I/O口复用控制寄存器A（MCRA）的配置，对寄存器的每个位的值做了详细的描述;表3是I/O口复用控制寄存器B（MCRB）的配置，对寄存器的每个位的值做了详细的描述。
表4是I/O口复用控制寄存器C（MCRC）的配置，对寄存器的每个位的值做了详细的描述。
●I/O口复用控制寄存器A（MCRA）—地址7090h
注：
R=可读，W=可写，_0=复位后的值
表2I/O口复用控制寄存器A（MCRA）的配置
●I/O口复用控制寄存器B（MCRB——地址7092h）
注：
R=可读，W=可写，_0=复位后的值
表3I/O口复用控制寄存器B（MCRB）的配置
●I/O口复用控制寄存器C（MCRC——地址7094h）
注：
R=可读，W=可写，_0=复位后的值
表4I/O口复用控制寄存器C（MCRC）的配置
以下介绍DSP的I/O口数据和方向寄存器。
TMS320LF2407系列总共有6个数据和方向控制寄存器（PxDATADIR），当I/O口用作一般I/O引脚功能时，用数据和方向控制寄存器，可控制数据和到双向I/O引脚的数据方向。
这些寄存器直接和双向I/O引脚相连。
当I/O用作基本功能时，这些寄存器的设置对相应的引脚无影响。
●端口A数据和方向控制寄存器A（PADATADIR）—地址7098h
注：
_+复位后的值和相应引脚的状态有关，R=可读，W=可写，_0=复位后的值
●端口B数据和方向控制寄存器（PBDATDIR）——地址709Ah
注：
_+复位后的值和相应引脚的状态有关，R=可读，W=可写，_0=复位后的值
●端口C数据和方向控制键寄存器（PCDATDIR）——地址709Ch
注：
_+复位后的值和相应引脚的状态有关，R=可读，W=可写，_0=复位后的值
●端口D数据和方向控制键寄存器（PDDATDIR）——地址709Eh
注：
_+复位后的值和相应引脚的状态有关，R=可读，W=可写，_0=复位后的值
●端口E数据和方向控制键寄存器（PEDATDIR）——地址7094h
注：
_+复位后的值和相应引脚的状态有关，R=可读，W=可写，_0=复位后的值
●端口F数据和方向控制键寄存器（PFDATDIR）——地址7096h
注：
_+复位后的值和相应引脚的状态有关，R=可读，W=可写，_0=复位后的值
三各单元硬件设计及工作原理
事件管理器A和B的引脚描述
四软件设计与说明
4.1程序文件说明
程序主要文件：
（1）vectors.asm:
包含了LF2407中断矢量的文件，中断向量表文件。
（2）pwm．c:
这是实验的主程序C源文件，包含了系统的初始化及对片外扩展的高32K数据控件的操作。
（3）2407CMD.cmd:
DSP的链接文件，声明了系统的存贮器配置与程序各段的连接关系，它的主要功能是将DSP的每段的程序链接到相应的DSP的存贮区中。
（4）rts2xx.lib是一个库文件，主要包含了有关C的运行环境与相应的函数的代码。
4.2主程序（pwm.c）
//该程序利用EVB模块的PWM7--PWM12引脚产生不同占空比的方波
#include"register.h"
voidinlinedisable（）//屏蔽中断程序
{asm（"setcINTM"）;
}
intinitial（）//系统初始化子程序
{asm（"setcSXM"）;//符号位扩展有效
asm（"clrcOVM"）;//累加器中结果正常溢出
asm（"clrcCNF"）;//B0被配置为数据存储空间
*SCSR1=0x80FE;//CLKIN=10M，CLKOUT=4*CLKIN=40M
*WDCR=0x0E8;//不使能看门狗，因为SCSR2中的WDOVERRIDE
//即WD保护位复位后的缺省值为1，故可以
//用软件禁止看门狗
*IMR=0x0000;//禁止所有中断
*IFR=0x0FFFF;//清除全部中断标志，"写1清0"
WSGR=0X0FFFF;//禁止所有的等待状态
}
intpwminitial（）//EVB模块的PWM初始化程序
{*MCRC=*MCRC|0X007E;//IOPE1-6被配置为基本功能方式，PWM7-12
*ACTRB=0X0666;//PWM12，10，8低有效，PWM11，9，7高有效
*DBTCONB=0xFFC;//不使能死区控制
*CMPR4=0X1000;
*CMPR5=0X3000;
*CMPR6=0X5000;
*T3PER=0X6000;//设置定时器3的周期寄存器，并设置CMPR4-6，
//以确定不同的输出占空比
*COMCONB=0X8200;//使能比较操作
*T3CON=0X1000;//定时器3为连续增计数模式
}
voidinterruptnothing（）//该中断服务程序是为了防止干扰，不做任何其它操作
{return;//中断直接返回
}
main（）//主程序
{disable（）;//总中断禁止
initial（）;//系统初始化
pwminitial（）;//PWM输出初始化
*T3CON=*T3CON|0x0040;//启动定时器3
while
（1）{;}
}
4.3向量表程序（vectors.asm）
.ref_nothing;直接返回的中断服务程序符号
.ref_c_int0;复位向量符号
.sect".vectors"
RSVECTB_c_int0;PM0复位向量1
INT1B_nothing;PM2中断优先级14
INT2B_nothing;PM4中断优先级25
INT3B_nothing;PM6中断优先级36
INT4B_nothing;PM8中断优先级47
INT5B_nothing;PMA中断优先级58
INT6B_nothing;PMC中断优先级69
4.4存储器配置（2407CMD.cmd）
-w
-stack200
-heap200
-lrts2xx.lib
MEMORY
{PAGE0:
VECS:
ORIGIN=00000H,LENGTH=00040H/*中断向量存贮空间*/
PVECS:
ORIGIN=00044H,LENGTH=00100H/*外围中断向量*/
PM:
ORIGIN=00150H,LENGTH=07EAFH/*片内flash存储空间*/
PAGE1:
REGS:
ORIGIN=0H,LENGTH=60H/*存储器映射的寄存器和保留地址*/
BLK_B2:
ORIGIN=60H,LENGTH=20H/*块B2*/
BLK_B0:
ORIGIN=200H,LENGTH=100H/*块B0,如果CNF=0，则分配为片内ARAM*/
BLK_B1:
ORIGIN=300H,LENGTH=100H/*块B1*/
SARAM_D:
ORIGIN=800H,LENGTH=800H/*如果正确培植SCSR2寄存器，
则此为数据空间中的2KSARAM*/
PERIPH:
ORIGIN=7000H,LENGTH=1000H/*外围寄存器空间*/
EX2_DM:
ORIGIN=8000H,LENGTH=8000H/*外围数据RAM*/
PAGE2:
/*I/O存储空间*/
IO_EX:
ORIGIN=0000H,LENGTH=0FFF0H/*外部的I/O映射空间*/
IO_IN:
ORIGIN=0FFF0H,LENGTH=0FH/*片内的I/O映射空间*/
}
SECTIONS
{.reset:
>VECSPAGE0/*中断向量表*/
.vectors:
>VECSPAGE0
.pvecs:
>PVECSPAGE0
.text:
>PMPAGE0
.cinit:
>PMPAGE0
.bss:
>SARAM_DPAGE1
.usect:
>BLK_B0PAGE1
.data:
>BLK_B1PAGE1
.stack:
>SARAM_DPAGE1
}
五调试结果及其操作说明
5.1CCS集成开发环境
CCS提供了配置、建立、调试、跟踪和分析程序的工具，如图所示，它便于实时、嵌入式信号处理程序的编制和测试，能够加速开发进程，提高工作效率。
CCS提供了基本的代码生成工具，它们具有一系列的调试、分析能力。
CCS支持如下所示的开发周期的所有阶段。
CCS的开发过程
5.2CCS的调试操作
1．设置断点。
将光标放置在需要设置断点的程序行前，选择Debug→Breakpoints，即完成可一个断点的设置。
2．CCS提供3种方法复位目标板
1）ResetDSP：
Debug→ResetCPU，初始化所有的寄存器内容并暂停运行中的程序。
使用此命令后，要重新装载.out文件后，再执行程序。
2）Restart：
Debug→Restart，将PC值恢复到当前载入程序的入口地址。
3）Gomain：
Debug→Gomain，将程序运行到主程序的入口处暂停。
3．CCS提供4种执行操作
1）全速执行：
Debug→Run，程序运行直到遇到断点为止。
2）暂停执行：
Debug→Halt，程序停止运行。
3）动画执行：
Debug→Animate，用户反复运行程序，直到遇到断点为止。
4）自由执行：
Debug→RunFree，禁止所有断点运行程序。
4．CCS提供4种单步执行操作
1）单步进入：
Debug→stepinto，快捷键F8，当调试语句不是基本汇编指令时,此操作进入语句内部。
2）单步执行：
Debug→stepOver，此命令将函数或子函数当作一条语句执行，不进入内部调试。
3）单步跳出：
Debug→stepOut，此命令作用为从子程序中跳出
4）执行到光标处：
Debug→RuntoCursor，快捷键crtl+F10，此命令作用为将程序运行到光标处。
5．内存、寄存器与变量的操作
1）查看变量使用view→WatchWindow命令
2）查看寄存器使用view→Registers→CPURegisters命令，如图3.4所示。
3）查看内存使用view→memory命令
六参考文献
1.刘和平等编著《DSP原理及电机控制应用》北京航空航天大学
出版社2006年11月
2.刘和平等编著《TMS320LF240xDSPC语言开发应用》北京航空航天大学
出版社2003年1月
3.赵世廉编著《TMS320x240xDSP原理及应用开发指南》北京航空航天大学
出版社2007年7月
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