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DSP大报告

电气信息工程学院

DSP技术与综合训练

大作业

班级

姓名

学号

指导老师

年月

目录

1、DSP理论技术概述------------------------------------------------P2

1.1DSP简介----------------------------------------------------P2

1.2DSP系统设计的方法与步骤------------------------------------P3

1.2.1总体方案设计-------------------------------------------P3

1.2.2硬件设计-----------------------------------------------P4

1.2.3软件设计-----------------------------------------------P5

二、任务书-------------------------------------------------------------P5

2.1硬件设计任务书---------------------------------------------P5

2.2软件设计任务书---------------------------------------------P6

3、设计过程---------------------------------------------------------P7

3.1..硬件设计过程----------------------------------------------P7

3.1.1.电路图设计--------------------------------------------P7

3.1.2.电路工作原理及模块阐述---------------------------------P7

3.2..软件设计过程----------------------------------------------P8

3.2.1.设计思路--------------------------------------------P8

3.2.2.软件流程---------------------------------------------P9

3.2.3.软件程序编写------------------------------------------P10

四、成果描述与分析--------------------------------------------------P24

4.1.硬件成果描述与分析------------------------------------------P24

4.2.软件成果描述与分析------------------------------------------P24

五、小结----------------------------------------------------------------P25

1、DSP理论技术概述

（一）DSP简介

数字信号处理器（DigitalSignalProcessor，DSP）是一种专门为实时、快速实现各种数字信号处理算法而设计的具有特殊结构的微处理器。

20世纪80年代初，世界上第一片可编程DSP芯片的诞生为数字信号处理理论的实际应用开辟了道路；随着低成本数字信号处理器的不断推出，更加促进了这一进程。

90年代以后，DSP芯片的发展突飞猛进。

其功能日益强大，性能价格比不断上升，开发手段不断改进。

DSP芯片已成为集成电路中发展最快的电子产品之一。

DSP芯片迅速成为众多电子产品的核心器件，DSP系统也被广泛地应用于当今技术革命的各个领域——通信电子、信号处理、自动控制、雷达、军事、航空航天、医疗、家用电器、电力电子，而且新的应用领域还在不断地被发现、拓展。

可以说，基于DSP技术的开发应用正在成为数字时代应用技术领域的潮流。

未来10年，全球DSP产品将向着高性能、低功耗、加强融合和拓展多种应用的趋势发展，DSP芯片将越来越多地渗透到各种电子产品当中，成为各种电子产品尤其是通信类电子产品的技术核心，将会越来越受到业界的青睐。

据TI预测，到2010年，DSP芯片的集成度将会增加11倍，在单个芯片内将能集成5亿只晶体管。

目前DSP的生产工艺已开始从0.35mm转向0.25mm、0.18mm、0.10mm，预计到2005年，TI生产DSP芯片的工艺将达到0.075mm的更高水平，届时，将能够在一块仅有拇指大小的单个芯片上集成8个TMS320DSP内核。

ADI公司副总裁BenNaskar指出:

“面对新世纪的网络产品、消费类电子产品以有无线通信等领域不断涌现的新应用，DSP产品在不断地提高性能和增加功能的同时，正在不断地降低功耗和减小体积，以便适应市场的需求。

”

数字信号处理器的特点：

（1）基本信号处理：

数字滤波器、自适应滤波、FFT、相关运算、谱分析、卷积运算、模式匹配、窗函数、波形产生和变换等。

（2）通信：

调制解调、自适应均衡、数据加密、数据压缩、回波抵消、多路复用、传真、扩频通信、纠错编码等。

（3）语音：

语音编码、语音合成、语音识别、语音增强、说话人的辨认和确认、语音邮件、语音储存等。

（4）图形图像：

二维和三维的图形处理和图像的压缩、传输与增强、机器人视觉等。

（5）军事：

保密通信、雷达信号处理、声呐信号处理、导航、导弹制导等。

（6）仪器仪表：

频谱分析、函数发生、锁相环、地震信号处理等。

（7）控制：

引擎控制、声控、自动驾驶、机器人控制、磁盘控制等。

（8）医疗：

助听、超声设备、诊断工具、患者监护等。

（9）家用电器：

高保真音响、智能玩具与游戏、数字电话、数字电视等。

（二）DSP系统设计的方法与步骤

1、总体方案设计

在进行DSP系统设计之前，首先要有明确的设计任务，给出设计任务书。

在设计任务书中,应将系统要达到的功能描述准确、清楚。

描述的方式包括：

人工语言方式、流程图方式或算法描述方式。

之后将设计任务书转化为量化的技术指标，结合DSP应用系统设计，完成总体设计之后，就可以进入软硬件设计阶段。

（1）具体技术指标主要包括以下内容：

1）由信号的频率决定的系统的采样频率。

2）由采样频率确定完成任务书中最复杂的算法所需的最大时间以及系统对实时程度的要求，判断新帖是否能完成这项工作。

3）由数量及程序的长短决定片内RAM的容量，是否需要扩展片外RAM及片外RAM的容量。

4）由系统所要求的精度决定是16位还是32位，是定点还是浮点运算。

5）根据系统是用于计算机还是用于控制，以此决定对输入输出端口的要求。

（2）DSP应用系统设计的一般步骤：

2、硬件设计

数字信号处理器（DSP）是在模拟信号变换成数字信号以后进行高速实时信号处理的专用处理器，其处理速度比最快的CPU还快10-50倍。

DSP的运算速度快、具有可编程特性及接口灵活的特点，使得它在电子产品的研制中发挥着越来越大的作用。

采用DSP器件来实现数字信号处理系统更是成了当前的发展趋势。

在DSP领域，美国TI（德州仪器）公司生产的TMS320家族DSP芯片以其独特的哈佛结构、硬件密集型方案以及灵活的指令系统，成为数字信号处理器产业中的领先者。

其C5000系列是16位定点、速度为40Mips-200Mips、可编程、低功耗和高新能的DSP，在有线和无线通信、IP电话、便携式信息系统、手机、助听器等领域得到了广泛应用。

最小系统模块是使得DSP芯片能够工作的最精简模块。

1）设计硬件实现方案硬件实现方案是由根据性能指标、工期、成本等，确定最优硬件实现方案，并画出硬件系统框图。

2）器件的选型除选择DSP芯片外，一般还要考虑选择A/D、D/A、内存、电源、逻辑控制、通信、人机接口、总线等基本部件。

3）原理图设计硬件设计阶段原理图设计是关键。

在原理图设计时必须清楚了解器件的使用和系统的开发。

器件的选型原则：

DSP芯片：

根据是用于控制目的还是用于计算目的，选择不同厂家、不同系列、不同工作频率、不同工作电压、不同工作温度以及是采用定点型芯片还是浮点型芯片。

A/D转换：

根据采样频率、精度确定A/D型号，以及是否要求片上自带采样保持器、多路器、基准电源等。

D/A变换：

信号频率、精度、是否要求基准电源、多路器、输出运放等。

内存：

内存包括RAM、EPROM，在TMS320C6000等产品中还有SDRAM、SBSRAM。

主要考虑工作频率、内存容量位长、接口方式、工作电压。

逻辑控制：

先确定所用器件；再根据自己的特长和公司芯片的特点决定采用哪家公司的哪一系列产品；最后根据DSP芯片的频率决定芯片的工作频率，并以此决定使用的芯片。

通信接口：

一般DSP系统都要求能与其他系统通信。

根据通信的速率决定采用的通信方式，采用串口只能达到19.2Kbit/s，并口可达到达1Mbit/s以上，如果速率更高，则应采用总线通信。

总线选择：

有PCI、ISA、现场总线、3Xbus等。

根据使用场合、数据传输速率的高低选择。

人机接口：

有键盘、显示器等。

可以通过与80C196deng单片机的通信构成，也可以在DSP的基础上直接构成。

电源选取：

电压高低要匹配，电流容量要足够。

3、软件设计

TMS320VC5509是TI推出的高性能的定点的DSP，最高可以运行在144MHz的主频，它基于TMS320C55xDSP的核，因而具有高效且低功耗的特点，适合便携设备使用。

C5509采用统一编址的方式来划分存贮空间，程序与数据总线均能对其访问。

从而使C5509便于大量数据的处理与程序的优化。

C5509片内集成了128K16Bits的SRAM，并具有EMIF接口，可以与SDRAM无缝连接。

（1）用C语言、汇编语言或者两种语言混合编写程序，再把它们分别转换成DSP的汇编语言并送到汇编语言汇编器进行汇编，生成目标文件。

（2）将目标文件送入连接器进行连接，得到可执行文件。

（3）将可执行文件调入到调试器进行调试，检查运行结果是否正确。

如果正确，进入下一步；如果不正确，则返回第一步。

（4）进行代码转换，将代码写入EEPROM，并脱离仿真器运行程序，检查结果是否正确。

如果正确，进入下一步；如果不正确，则返回第一步。

（5）软件调试，软件调试借助DSP开发工具，如软件模拟器、DSP开发系统或仿真器等。

调试DSP算法时一般采用比较实时结果与模拟结果的方法，如果实时程序和模拟程序的输入相同，则两者的输出应一致。

若果调试结果合格，软件调试完毕；如果不合格，返回第一步。

二、任务书

（一）硬件设计任务书

DSP最小系统是由满足DSP运行的最小硬件组成，包括电源电路，复位电路，时钟电路，JTAG接口电路，电平转换电路等。

请选一55系列DSP芯片设计最小系统。

要求：

1、DSP芯片选择TMS320VC5509，VC5507，VC5502中的一种。

外设扩展部分:

（1）液晶LCD1602（TMS320VC5509）

（2）一片4位数码管（TMS320VC5509）

（3）D/A:

TLV5639（TMS320VC5507）

（4）键盘和LED,设计一2X4键盘控制8个LED灯（TMS320VC5507）

（5）SRAM:

IS61LV6416（TMS320VC5502）

（6）FLASH:

AM29LV400B（TMS320VC5502）

2、提高部分：

在必选题的基础上，可多加其它选题的外设功能。

3、请运用Protel完成最小系统的schematic原理图。

DSP最小系统组成框图

（二）软件设计任务书

1、在程序开始运行时，屏幕中心部位上先刷新显示0,10%，20%，30%至100%，然后消失进入功能界面，界面如下：

.

2、功能键要求：

（1）按下K1键，8个指示灯依次亮一下，之后第一个指示灯一直保持常亮；

（2）按下K2键，进入设计的个性界面，请模拟某一主题，设计界面，比如手机界面，利用图片、文字等设计对应的界面；

（3）按下K3键，屏幕将从其它界面返回到功能选择界面；

（4）按下K4键，直流电机开始运行，按下K3键，屏幕返回到功能选择界面，电机停止运行。

（提高部分）

三、设计过程

（一）硬件设计过程

1、电路图设计

DSP最小系统组成框图

2、电路工作原理及模块阐述

（1）电源管理电路

电源管理电路为系统中DSP芯片及其它元器件提高电源。

设计时主要从电源电压结构、电流要求及加电次序等三个方面考虑。

5409采用低电压工作，其内核电压（CVdd）为1.8V，I/O引脚电压（DVdd）为3.3V。

同时，考虑到常用电子元器件工作电压为5V，因此，电源管理电路需要提供三种电压：

5V、3.3V、1.8V。

实际常用的直流电压一般为5V或者更高，因此必须采用电压转换芯片，将高电压转换成3.3V和1.8V，供5409使用。

基于以上设计要求，选用TI公司配合C5000系列DSP专门设计的电压转换芯片TPS73HD318，它将5V电压转变为3.3V和1.8V，最大电流750MA。

其构成的电源管理电路如图所示。

（2）时钟电路

C55x系列DSP内部具有锁相环电路，锁相环可以对输入时钟信号进行倍频和分频，并将所产生的信号作为DSP的工作时钟。

C55x的时钟输入信号可以采用两种方式产生：

第一种是采用外部晶体，利用内部振荡器产生时钟信号，图示给出了采用内部振荡器的原理图；第二种时钟输入方式是从X2/CLKIN引脚输入时钟信号，采用这种方式X1引脚必须悬空，不接任何信号。

注意当DSP采用的是模拟锁相环时，必须保证输入时钟信号的信号过冲不能超过数据手册所给的范围，否则锁相环将可能运行不正常，通过在线路中串联电阻可以防止信号过冲。

比较两种方法，选用外部晶体易简单实现我们所需要的要求，因此采用如图所示电路。

（3）复位电路

上电复位在上电过程中，如果电源电压还没有稳定，这是DSP容易出现死机现象，甚至引起硬件损坏，因此，实用的硬件复位电路设计时应考虑操作方便、工作可靠等因素。

因此设计了一个实用的上电手动复位电路如图所示，外加了2个施密特触发器7414可以防止复位电路收到外界干扰。

（4）JATG仿真接口电路

JATG用来连接DSP系统板和仿真器，实现仿真器对DSP的访问。

JATG的借口必须和仿真器上的一致，否则无法连接上仿真器。

满足IEEE1149.1标准的14针JATG仿真接口如图所示。

图示为系统板和仿真器之间的链接电缆长度不超过6英寸时，5409与JATG接口连接图。

其中EMU0和EMU1是仿真信号引脚，为了在仿真器和JATG目标系统之间提供高质量的信号，必须提供正确的信号缓冲，为此EMU0和EMU1必须由上拉电阻连接到VCC，以提供小于10us的信号上升时间。

（5）液晶电路

 所谓1602是指显示的内容为16*2,即可以显示两行，每行16个字符。

 字符型LCD1602通常有14条引脚线或16条引脚线的LCD，多出来的2条线是背光电源线VCC（15脚）和地线GND（16脚），其控制原理与14脚的LCD完全一样，引

脚定义如表所示：

（6）状态指示电路

为了观察电路中电源的状态，可以设置电源指示电路，如图所示。

另外5409的通用I/O引脚XF设计测试指示灯，可通过软件设置用来适时观察系统的状态，如图所示。

电源指示电路测试指示电路

（7）滤波电容电路模块

滤波电路常用于滤去整流输出电压中的纹波，一般由电抗元件组成，如在负载电阻两端并联电容器C，或与负载串联电感器L，以及由电容，电感组成而成的各种复式滤波电路。

滤波的方法一般采用无源元件电容或电感,利用其对电压,电流的储能特性达到滤波的目的.由于电抗元件在电路中有储能作用，并联的电容器C在电源供给的电压升高时，能把部分能量储存起来，而当电源电压降低时，就把能量释放出来，使负载电压比较平滑，即电容C具有平波的作用；与负载串联的电感L,当电源供给的电流增加（由电源电压增加引起）时，它把能量储存起来，而当电流减小时，又把能量释放出来，使负载电流比较平滑，即电感L也有平波作用。

电路图如图15所示。

（二）软件设计过程

1、设计思路

通过取模软件取出自己想要的字符的字模，写入程序中，设置按键控制字，通过调用语句，即可在屏幕上显示出字符。

（1）EMIF接口：

TMS320C5509DSP的扩展存储器接口（EMIF）用来与大多数外围设备进行连接，典型应用如连接片外扩展存储器等。

这一接口提供地址连线、数据连线和一组控制线。

ICETEK-VC5509-A将这些扩展线引到了板上的扩展插座上供扩展使用。

（2）键盘连接原理：

（3）键盘的扫描码由DSP的扩展地址0x602800给出，当有键盘输入时，读此端口

得到扫描码，当无键被按下时读此端口的结果为0。

各按键的扫描码排列如

下所示（scancode.h）。

#defineSCANCODE_00x70

#defineSCANCODE_10x69

#defineSCANCODE_20x72

#defineSCANCODE_30x7A

#defineSCANCODE_40x6B

#defineSCANCODE_50x73

#defineSCANCODE_60x74

#defineSCANCODE_70x6C

#defineSCANCODE_80x75

#defineSCANCODE_90x7D

#defineSCANCODE_Del0x49

#defineSCANCODE_Enter0x5A

#defineSCANCODE_Plus0x79

#defineSCANCODE_Minus0x7B

#defineSCANCODE_Mult0x7C

defineSCANCODE_Divid0x4A

#defineSCANCODE_Num0x77

（4）液晶显示模块的访问、控制是由5509ADSP对扩展接口的操作完成。

控制口的寻址：

命令控制接口的地址为0x602800，数据控制接口的地址为0x602801和0x600802，辅助控制接口的地址为0x600801。

（5）显示控制方法：

液晶显示模块中有两片显示缓冲存储器，分别对应屏幕显示的像素，向其中写入数值将改变显示，写入“1”则显示一点，写入“0”则不显示。

其地址与像素的对应方式如下：

左侧显示内存

右侧显示内存

Y=

0

1

···

62

63

0

1

···

62

63

行号

DB0

DB0

DB0

DB0

DB0

DB0

DB0

DB0

DB0

DB0

0

↓

↓

↓

↓

↓

↓

↓

↓

↓

↓

↓

X=0

DB7

DB7

DB7

DB7

DB7

DB7

DB7

DB7

DB7

DB7

7

DB0

DB0

DB0

DB0

DB0

DB0

DB0

DB0

DB0

DB0

8

↓

↓

↓

↓

↓

↓

↓

↓

↓

↓

↓

↓

DB7

DB7

DB7

DB7

DB7

DB7

DB7

DB7

DB7

DB7

55

X=7

DB0

DB0

DB0

DB0

DB0

DB0

DB0

DB0

DB0

DB0

56

↓

↓

↓

↓

↓

↓

↓

↓

↓

↓

↓

DB7

DB7

DB7

DB7

DB7

DB7

DB7

DB7

DB7

DB7

63

-发送控制命令：

向液晶显示模块发送控制命令的方法是通过向命令控制接口写

入命令控制字，然后再向辅助控制接口写入0。

下面给出的是基本命令字、解

释和C语言控制语句举例：

.显示开关：

0x3f打开显示；0x3e关闭显示；

.设置显示起始行：

0x0c0+起始行取值，其中起始行取值为0至63；

.设置操作页：

0x0b8+页号，其中页号取值为0-7；

.设置操作列：

0x40+列号，其中列号为取值为0-63；

-写显示数据：

在使用命令控制字选择操作位置（页数、列数）之后，可以将待显

示的数据写入液晶显示模块的缓存。

将数据发送到相应数据控制I/O接口即可。

（6）液晶显示器与DSP的连接：

（7）数据信号的传送：

由于液晶显示模块相对运行在高主频下的DSP属于较为慢速设备，连接时需要考虑数据线上信号的等待问题；

电平转换：

由于DSP为3.3V设备，而液晶显示模块属于5V设备，所以在连接控制线、数据线时需要加电平隔离和转换设备，如：

ICETEK-CTR板上使用了74LS245。

2、软件流程

3、软件程序编写

#include"LCD.h"

#include"myapp.h"

//定义指示灯寄存器地址和寄存器类型

#defineCTRLED（*（unsignedint*）0x600802）//port8004

#defineMCTRKEY（*（unsignedint*）0x602802）//port8005

#defineCTRCLKEY（*（unsignedint*）0x600803）//port8006

#defineCTRSTATUS（*（unsignedint*）0x600800）//port8000

unsignedintuWork1,uWork2,nWork,w;

unsignedintccc[8]={0x1,0x2,0x4,0x8,0x10,0x20,0x40,0x80};//控制字,D1-D8

unsignedintstr0[]=

{//o（>_<）o

0x0000,0x0700,0x0000,0x0880,0x0000,0x0880,0x0000,0x0880,

0x0000,0x0700,0x0000,0x0000,0x0000,0x0FC0,0x0000,0x1020,

0x0000,0x2010,0x0000,0x0000,0x0000,0x0440,0x0000,0x0280,

0x0000,0x0280,0x0000,0x0280,0x0000,0x0100,0x0000,0x0000,

0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x2000,0x0000,0x2000,

0x0000,0x2000,0x0000,0x2000,0x0000,0x2000,0x0000,0x2000,

0x0000,0x2000,0x0000,0x2000,0x0000,0x2000,0x0000,0x0000,

0x0000,0x0100,0x0000,0x0280,0x0000,0x0280,0x0000,0x0280,

0x0000,0x0440,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x2010,

0x0000,0x1020,0x0000,0x0FC0,0x0000,0x0000,0x0000,0x0700,

0x0000,0x0880,0x0000,0x08