基于TMS320VC5402的频谱分析系统设计.docx

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基于TMS320VC5402的频谱分析系统设计

湖北民族学院

信息工程学院

DSP课程设计报告

书

题目:

基于TMS320VC540的频谱分析系统设计

专业：

电气工程及其自动化

班级：

学号：

学生姓名：

指导教师：

2010年8月28日

信息工程学院课程设计任务书

学号

学生姓名专业（班级）电气工程

设计题目

基于TMS320VC540的频谱分析系统设计

设计技术参数

频谱分析频率范围：

0-30Hz,电源电压：

+5V,3.3V,1.8V

设计要求

（1）系统设计中，C5402完成数据处理，AT89S52单片机完成控制和显示，绘制出系统框图（VISIO）.

（2）包括电源设计，复位电路设计，时钟电路设计，A/D转换电路设计，电平转换设计，JTAG接口设计灯，用Protel软件绘制出原理图和PCB图；

（3）给出程序流程图，设计频谱分析系统软件（C5402的数据处理软件，单片机的控制及显示软件）；

（4）通过对系统的全面的分析得出结论（被处理信号的频率范围，采用的信号处理算法等）；

工作量

字数:

6200

图纸：

9张

工作计划

第14周：

阅读课程设计题，去读书馆借阅或上网收集相关文献资料。

第15周：

仔细阅读收集来的文献资料，规划出设计的初步方案。

第16周：

用VISIO绘制出是总体设计的系统框图，用Protel软件绘制出原理图。

第17周：

设计频谱分析系统软件，调试运行频谱分析系统，以达到较佳的性能水平。

参考资料

[1]刘锋•频谱分析仪中DSP结构分析[J].中山大学研究生学刊，2006,27（4）：

100-107.

[2]张雄伟，曹铁勇.DSP芯片的原理与开发应用[M].北京：

电子工业出版社，2003.

[3]乔瑞萍，催涛，张芳娟.TMS320C54XDSP原理及应用[M].西安：

电子科技大学出版社，2005.2

[4]吴宏钢，秦树人.基于DSP技术的虚拟式FFT频谱分析仪[J].重庆大学学报（自然科学版）.2004.07

⑸肖红兵，李冬梅，李晖.TMS320C5402DSP在嵌入式测控系统的应用[J]微计机信息，2006.3,2:

67-69。

指导教师签字

2010年6月28日

信息工程学院课程设计成绩评定表

学生姓名：

学号：

专业（班级）：

电气工程及其自动化

课程设计题目：

基于TMS320VC540的频谱分析系统设计

指导教师评语：

成绩：

指导教师：

年月日

摘要

随着计算机和微电子技术的飞速发展，基于数字信号处理的频谱分析已经应用到各个领

域并且发挥着重要作用.基于这种情况，利用TI公司性价比比较高的数字信号处理芯片,设

计一种实时信号频谱分析模块，该模块以TMS320VC5402DSF作为系统的控制处理和数据处

理核心。

该系统可以对信号进行采集，并进行数据的频域处理。

以AT89S52单片机完成控制和显示，采用FFT变换技术对信号进行频谱分析。

实验结果表明在0到30Hz的范围内，能

很好地完成实时信号的频谱分析。

关键词：

DSP频谱分析FFT单片机

Abstract

Withcomputersandtherapiddevelopmentofmicroelectronicstechnology，digitalsignalprocessingbasedonspectralanalysishasbeenappliedtovariousfieldsandplayanimportantrole.Basedonthissituation,Companycost-effectiveuseofrelativelyhighTIdigitalsignalprocessorchip,todesignareal-timesignalspectrumanalysismodule,ThemoduletoTMS320VC5402DSPasasystemofcontrolprocessinganddataprocessingcore.Thesystemcancapturethesignalanddataofthefrequencydomain.AT89S52MCUtocompletethecontrolanddisplay,usingFFTtransformofthesignalspectrumanalysis.Theresultsshowthatinthecontextof0to30Hz,canaccomplishverywellthespectrumofreal-timesignal.

Keywords:

DSP，spectrumanalysis，FFT，SCM

1.1任务提出.7

1.2方案论证.7

2总体设计.8

2.1FFT频谱分析原理8

2.2TMS320VC5402.8

2.3系统设计方案8

3.1硬件设计9

错误!

未定义书签。

.1.1系统结构流程图9

3.1.2TMS320C5402结构功能9

3.1.3电源电路设计10

3.1.4A/D转换设计10

3.1.5D/A转换设计11

3.1.6电平转换设计11

3.1.7时钟电路设计12

3.1.8复位电路设计13

3.1.9JTAG接口电路设计13

3.2软件设计15

3.2.1软件设计思路15

3.2.2AD采样过程15

3.2.3FFT算法过程15

3.2.4FFT频谱分析系统原理图16

3.2.5系统程序运行流程图16

4总结1..7.

参考文献18

1.1任务提出随着电子技术的发展和新型器件的出现，频谱分析仪成为通信，雷达，遥控，导航领域必不可少的信号分析仪器。

利用频谱分析仪不但能够准确地显示信号频谱，提供大的测量动态，而且能够利用其所有普的各种测试功能对信号频率，电平，信号频谱纯度及抗干扰特性

进行分析。

特别是DSP数字信号处理技术的飞速发展，DSP运算时间变得更短、数据处理量更大，因此频谱分析仪的结构，性能有了质的飞跃。

同时，可利用PC计算机强大的图形环境，编制各种应用软件，在计算机屏幕上建立用户自己的虚拟仪器面板，并由软件完成对仪器的控制、数据分析与显示。

满足了现代生产对仪器品种多、功能强、精度高、自动化程度完善、测试速度快、实时性好等要求，为用户提供了充分发挥自己才能、追求不同需求的空间。

1.2方案论证

基于这两方面考虑，设计了一种实时信号频谱分析系统。

该系统以采用TI公司推出的

一款高性能TMS320VC5402芯片作为系统数据处理核心，外扩14位高精度AD和DA等外围电路，用FFT技术对信号频域进行分析。

频谱分析的结果可实时显示并上传至上位机。

通过对内部RAM的分块使用、在RAM中运行程序、利用中断实现任务调度等措施对软件进行优化设计，系统的实时性能良好。

信息工程学院课程设计（论文）

2.总体设计

2.1FFT频谱分析原理：

傅立叶变换是一种信号从时域变换到频域的变换形式，傅立叶变换后的信号输出即可

实现频谱分析•快速傅立叶变换（FFT）是计算N点离散傅立叶变换（DFT）的高效算法，FFT算

法分为时间抽取FFT（DIT）和频率抽取FFT（DIF），本设计采用了DIT.DIT是将N点的输入序列x（n）按照偶数和奇数分解为偶序列和奇序列.

2.2TMS320VC5402

TMS320VC540是公司的定点数字信号处理芯片，是一种特殊结构的微处理器，为

了达到快速进行数字信号处理的目的，采用程序与数据分开的总线结构，流水线操作，单周

期完成乘法的硬件乘法器以及一套适合数字信号处理的指令集.

2.3系统设计方案：

本设计采用TI公司的DSP芯片TMS320VC5402设计了DSP一5402开发系统，利用该系

统完成频谱FFT算法及优化，并通过AD、DA等外围电路的控制，构成模拟信号频谱分析仪，利用示波器可直接观察结果.

频谱分析系统设计的核心部分为VC5402单元整个开发系统包括8个单元。

利用

74LVCI6245A和TPS73HD318完成工作电压变换和隔离，还设计有复位接口利用内部锁相环实现时钟倍频的外部时钟设置电路。

3.1硬件设计

3.1.1系统结构流程图：

采用TI公司的DSP芯片TMS320VC5402还有电源芯片TPS76D318AD转换TLV1544和

DA转换TL7528，电平转换芯片74LVC16245A等构成的频谱分析系统的硬件结构。

结构图如

系统结构流程图

3.1.2TMS320C540结构功能：

TMS320C5402是TI公司推出的新一代16位定点DSP产品，它采用修正的哈佛结构，片内集成8条总线（1条程序存储器总线、3条数据存储器总线和4条地址总线）、在片存储器和在片复用设。

速度由30〜532MIPS不等.

TMS320C5402主要特点：

•1个40位的算术逻辑单元,2个40位的累加器,2个40位的专用加法器,1个17X17的并行乘法器,1个40位的桶形移位器。

8个辅助寄存器和1个软件栈。

•内部集成Viterbi加速器，用于提高Viterbi编译码的速度。

•可工作在三种低功耗方式（IDLE1、I2DLE2、IDLE3）。

1192KWOR寻址空间（64KW程

序空间、64KW孜据空间、64KWI/O空间），某些型号的程序空间可扩展到8MWORD

•片内存储区可灵活配置为程序/数据存储器。

•多种复用外设；McBSP、HPI、GPIOTDMDMATimer、PLL。

•双电源供电，提供PGE和BGA两种形式的封装。

TMS320VC5402最高频率100MHz,性价比高。

它含4KX16bit片内ROM16KX16bit片内DARAM6个DMA通道、2个McBSR2个Timer,外部程序空间可扩展到1MX16bit。

对于片外数据空间一般建议选用高速SRAM，尽量减少DSP的等待周期。

用户程序一般

在上电时从外部ROMffl载到片内RAM区运行。

程序存储器FlashRom:

256KX16;一片数据存储器SRAM:

64KX16一片；可编程逻辑器件CPLD:

一片。

3.1.3电源电路设计：

由于TMS320VC5402核电压为1.8V，端口电压为3.3V，外围器件为5V,其它器件的提

供电压在3.3V.TI公司的电源TPS76D318是一个双输出电压为分离电源，可以由5V产生

3.3V和1.8V的电压输出，最大输出电流为1A,可以满足要求。

该器件具有快速瞬态响应和

超低85uA典型静态电流，热关断保护的每一个调节，有个28引脚。

如下图所示:

+5V

0

R2+3.3V

100K

电源芯片电路

3.1.4A/D转换电路设计

因为C5402内部没有A/D转换功能，因此在数据采集时需要使用A/D转换芯片。

为

了充分利用C5402所提供的多通缓冲串口资源，我们采用TI公司生产的CMOS型10b模数

芯片TLV1544。

其内部采用开关电容逐次近似来得到模数转换结果。

芯片有4路模拟信号输

入通道，通过芯片内部参数设置选择不同通道输