DSP技术及综合实训.docx
《DSP技术及综合实训.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《DSP技术及综合实训.docx（37页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
DSP技术及综合实训
企业学习U-2
（DSP技术及应用综合训练）报告
专
业：
通信工程
班
级：
12通信1
姓
名：
陆振宇
学
号：
12313107
指导;
教师：
吴全玉、倪福银
成
绩：
江苏理工学院
电气信息工程学院
2015年09月30日
序言2
第一章DSP技术概述3
1.1课程目的意义3
1.2DSP系统设计的方法与步骤3
1.3DSP前沿技术及其应用4
第二章DSP硬件部分设计6
2.1硬件设计任务6
2.2总体方案设计6
2.3选用芯片介绍及其模块电路原理图设计7
2.4其它电路原理图设计8
2.5PCB布线设计13
2.6硬件设计小结14
第三章DSP软件部分设计15
3.1软件设计任务15
3.2软件设计流程图15
3.3实验步骤16
3.4实验结果16
第四章设计小结18
参考文献19
20
附录
.言
第一章DSP技术概述
1.1课程目的意义
本课程是一门以实践为主的技术类专业选修课，课程的教学目的是使学生了解DSP及
DSP控制器的发展过程及其特点，使学生较熟练地在硬件上掌握DSP及DSP硬件器的结构、
各部件基本工作原理，在软件上掌握DSP的指令系统、程序设计方法，学会TMS320系列中1至2种DSP芯片的基本使用方法，并能重点利用DSP及DSP控制器设计典型的应用系统，为今后从事相关设计与研究打下基础。
1.2DSP系统设计的方法与步骤
图1-1DSP典型系统的简单框图
先将输入的模拟信号进行带限滤波和抽样，在进行A/D变换，将信号变换成数字比特
流，经DSP芯片处理后的数值样值，再经D/A变换成模拟样值之后再进行内插和平滑滤波即可得到连续的模拟信号输出。
根据奈奎斯特抽样定理，为保证信息不丢失，抽样频率至
少是输入带限信号最高频率的两倍，其中抗混叠滤波的作用，就是将输入的模拟信号中高于折叠频率的分量滤除，以防止信号频谱出现混叠/DSP芯片是系统的关键。
（1）总体方案设计
在进行DSP系统设计之前首先应给出明确的设计任务，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；描述的方式可以是人工语言，也可以是流程图或算法描述。
之后将设计任务书转化为量化的技术指标。
（2）软件设计阶段
软件变成步骤如下：
1）用C语言、汇编语言或者两种变成语言混合编写程序，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）将克制性文件掉如到调试器进行调试，检查运行结果是否正确.如果着呢宫阙进入下一步;如果不正确则返回第一步.
4）进行代码转换将代码写入EEPRO，M并脱离仿真器进行程序，检查结果是否正确。
如果不正确，返回上一步；如果正确，进入下一步。
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。
（3）硬件设计阶段
1）设计硬件实现方案硬件实现方案是指根据性能指标、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，对于关键环节要做仿真。
4）PCB板设计PCB设计要求DSP系统设计人员既要熟悉系统工作原理，又要清楚布线工艺和系统结构设计。
5）软、硬件调试在采用硬件仿真器进行调试时，如果没有仿真器、且系统不复杂，则可借助一般的工具进行调试。
（4）系统集成
系统的软、硬件设计分别调试完成之后，进行系统集成。
系统集成是将软、硬件结合起来，并组合成样机，在实际系统中运行，进行系统测试。
1.3DSP前沿技术及其应用
1.3.1前沿技术
（1）努力向系统级集成DSP迈进
缩小DSP芯片尺寸始终是DSP的技术发展方向。
当前的DSP多数基于RISC（精简指令集计算）结构，这种结构的优点是尺寸小、功耗低、性能高。
各DSP厂商纷纷采用新工艺，
改进DSP芯核，并将几个DSP芯核、MPU芯核、专用处理单元、外围电路单元、存储单元统统集成在一个芯片上，成为DSP系统级集成电路。
这样的集成缩小了整机的体积，缩短了产品上市的时间，是一个重要的发展趋势。
（2）DSP的内核结构进一步改善
DSP的结构主要是针对应用，并根据应用优化DSP设计以极大改进产品的性能。
多通
道结构和单指令多重数据（SIMD、超长指令字结构（VLIM）、超标量结构（Superscalar）、超流水结构、多处理、多线程（Multi-Threading）及可并行扩展的超级哈佛结构（SHARC）在新的高性能处理器中将占据主导地位[2]。
（3）可编程DSP是主导产品
可编程DSP给生产厂商提供了很大的灵活性。
生产厂商可在同一个DSP平台上开发出
各种不同型号的系列产品，以满足不同用户的需求。
同时，可编程DSP也为广大用户提供
了易于升级的良好途径。
人们已经发现，许多微控制器能做的事情，使用可编程DSP将做
得更好更便宜。
（4）追求更高的运算速度和进一步降低功耗和几何尺寸[7]
由于电子设备的个人化和客户化趋势，DSP必须追求更高更快的运算速度，才能跟上
电子设备的更新步伐。
同时由于DSP的应用范围已扩大到人们工作生活的各个领域，特别
是便携式手持产品对于低功耗和尺寸的要求很高，所以DSP有待于进一步降低功耗。
按照
CMOS勺发展趋势，依靠新工艺改进芯片结构，DSP运算速度的提高和功耗尺寸的降低是完
全可能的。
（5）定点DSP是主流
虽然浮点DSP的运算精度更高，动态范围更大，但定点DSP器件的成本较低，对存储
器的要求也较低，而且耗电较省。
因此，定点运算的可编程DSP器件仍是市场上的主流产
品。
据统计，目前销售的DSP器件中的80%^上属于16位定点可编程DSP器件，预计今后的比重将逐渐增大。
（6）与可编程器件结合
DSP的许多新应用需要比传统DSP处理器更加强大的数字信号处理能力，设计者往往
会借助PLD和FPGA来满足他们日益提高的信号处理需求[8]。
与常规DSP器件相比，FPGA
器件配合传统的DSP器件可以处理更多信道，可在基站中用来实现高速实时处理功能，满足无线通信、多媒体等领域多功能和高性能的需要。
（7）DSP嵌入式系统[9]
DSP嵌入式系统是DSP系统嵌入到应用电子系统中的一种通用系统[4]。
这种系统既具
有DSP器件在数据处理方面的优势，又具有应用目标所需要的技术特征。
在许多嵌入式应用领域，既需要在数据处理方面具有独特优势的DSP也需要在智能控制方面技高一筹的
微处理器（MCU）。
因此，将DSP与MCU融合在一起的双核平台，将成为DSP技术发展的一种
新潮流。
1.3.2应用领域
自从20世纪70年代末80年代初DSP芯片诞生以来，由于集成电路技术的发展和巨大的市场需求，DSP芯片得到了飞速的发展。
随着DSP性能的不断改善，在近20多年时间里，DSP芯片的应用已经从军事、航空航天领域扩大到信号处理、通信、雷达、消费等许多领域[2]。
目前，DSP芯片的价格越来越低，性能价格比日益提高，具有巨大的应用潜力。
DSP
芯片的应用主要有：
信号处理--如数字滤波、自适应滤波、快速傅立叶变换、相关运算、谱分析、卷积、模式匹配、加窗、波形产生等；通信--如高速调制解调器、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、可视电话、数字留言机等；语音--如语音编码、语音合成、语音识别、语音增强、说话人辨认、说话人确认、语音邮件、语音存储等；图形/图像--如二维和三维图形处理、图像压缩与传输、图像增强、动画、机器人视觉等；军事--如保密通信、雷达处理、声纳处理、导航、导弹制导等；仪器仪表--如频谱分析、函数发生、锁相环、地震处理等；自动控制--如引擎控制、声控、自动驾驶、机器人控制、磁盘控制等；医疗--如助听器、超声设备、诊断工具、病人监护等；家用电器--如高保真音响、音乐合成、音调控制、玩具与游戏、数字电话/电视
DSP应用广泛，其主要应用市场为3C（Communication、Computer、Consumer-通信、计
算机、消费类）领域，合占整个市场需求的90%数字蜂窝电话是DSP最为重要的应用领域之一。
由于DSP具有强大的计算能力，使得移动通信的蜂窝电话重新崛起，并创造了一批诸如GSMCDMA等全数字蜂窝电话网。
在Modem器件中，DSP更是成效卓著，不仅大
幅度提高了传输速率，且具有接收动态图像能力。
另外，可编程多媒体DSP是PC领域的主流产品。
以XDSLModem为代表的高速通信技术与MPEGS像技术相结合，使得高品位的音频和视频形式的计算机数据有可能实现实时交换。
目前的硬盘空间相当大，这主要得益于CDSP（可定制DSP的巨大作用。
预计在今后的PC机中，一个DSP即可完成全部所需的多
媒体处理功能。
DSP也是消费类电子产品中的关键器件。
由于DSP的广泛应用，数字音响
设备的更新换代周期变得非常短暂。
用于图像处理的DSP目前已形成一个品种不少的产
品群。
一种是JPEG标准的静态图像数据处理DSP另一种是用于动态图像数据处理的DSP
第二章DSP硬件部分设计
2.1硬件设计任务
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。
具体设计的DSP芯片设计最小系统要求如下：
要求：
1.DSP芯片选择TMS320VC5509
外设扩展部分:
（1）一片4位数码管（TMS320VC550）9
（2）扩展两片AIC23B来扩展A/D和D/A转换接口电路
（3）扩展1片FLASH芯片AM29LV400B
（4）扩展1个USB接口电路
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或者其他软件完成最小系统的schematic原理图及PCB布线图。
4.设计完成，根据规范格式撰写设计报告，并附上布线3D效果截图，器件物料表BOM
等。
2.2总体方案设计
本次硬件电路设计大体方案设计如下：
最小系统框图如下
状态指示电路
图2-1DSP最小系统框图
2.3选用芯片介绍及其模块电路原理图设计
2.3.1主芯片为TMS320C5509
C5509有32X16bit指令缓冲队列，可实现高效的块循环操作；两个17X17bit的MAC单元，可在单周期内执行两次MAC操作；1个40bit的ALU1个40bit的桶型移位器，4
个40bit的累加器可执行比C54系列DSP更高效的算术运算，在400MHz的晶振驱动下，可达到800MIPS的性能。
以44.1kHz采样率的MP3数据流为例，对128kbit/s数据率的MP3数据进行解码。
霍夫曼解码、IMDCT子带合成等运算模块共需消耗1.3MIPS的CPU资源，
对于平均每秒必须解码44.6帧数据来讲，总运算量为44.6X1.3=57.98MIPS,C5509完全可以满足此速度要求。
C5509还具有128KX16bit的片上RAM其中包括64KB的DARAM192KB的SARAM和64KB的片上ROM
与众多TMS320系列DSP处理器一样，C5509采用了哈佛结构，共有12组独立总线，其中
包括3组数据读总线、2组数据写总线、5组数据地址总线、1组程序读总线和1组程序地址总线，这些总线并行地为各个计算单元提供指令和操作码，从而为高速的数据运算提供了有力的保障。
图2-2TMS320VC5509引脚图
2.4其它电路原理图设计
1.电源模块
C55x数字信号处理器电源包括内核电源和外部接口电源，其外部接口电源为3.3V，内
核则根据型号不同而采用了不同电压。
由于C55x处理器大多应用于低功耗场合，因此电源
电路的设计应注意电源的转换效率和电路的复杂程度，而高效率的DC-DC转换电路则十分
适合这种应用。
TPS54110能够提供1.5A的连续电流输出，其输出电压可调，电压输出范围覆盖0.9〜3.3V，能够较好的满足C55x处理器的供电要求，图3-1给出采用TPS54110实现DC-DC转换的电路原理图。
图2-3电源模块图
2.时钟电路模块
任何工作都按时间顺序。
用于产生这个时间的电路就是时钟电路。
现在流行的
串行时钟电路很多，如DS1302、DS1307、PCF8485等。
这些电路的接口简单、价格
低廉、使用方便，被广泛地采用。
实时时钟电路DS1302是DALLAS公司的一种具有
涓细电流充电能力的电路，主要特点是采用串行数据传输，可为掉电保护电源提供
可编程的充电功能，并且可以关闭充电功能。
采用普通32.768kHz晶振。
C2912pF
HI—
mYi
T12M1IZ
XI
C2712pF
HI—
图2-4时钟电路模块图
3.JTAG仿真模块
JTAG仿真器也称为JTAG调试器，是通过ARM芯片的JTAG边界扫描口进行
调试的设备。
JTAG仿真器比较便宜，连接比较方便，通过现有的JTAG边界扫描
口与ARMCPU核通信，属于完全非插入式（即不使用片上资源）调试，它无需目
标存储器，不占用目标系统的任何端口，而这些是驻留监控软件所必需的。
另外，
由于JTAG调试的目标程序是在目标板上执行，仿真更接近于目标硬件，因此，许
多接口问题，如高频操作限制、化了。
使用集成开发环境配合式。
AC和DC参数不匹配，电线长度的限制等被最小
JTAG仿真器进行开发是目前采用最多的一种调试方
3.1V
图2-5JTAG仿真模块
4.复位电路模块
在系统上电过程中，如果电源电压还没有不稳定，这时DSP进入工作状态可能造成不
可预知的后果，甚至造成硬件的损坏，解决这个问题的方法就是DSP在上电过程中保持复
位状态，因此有必要在系统中加入上电复位电路，上电复位电路的作用可以保证上电可靠，
并在用户需要时实现手工复位。
R25
T
=—C1J
图2-6复位电路模块
5.数码管电路模块
一共12个引脚，4个位选，8个段选。
从上面一排左边第一引脚开始，按顺时针顺序
6：
b
a
11
b
7
c
4
d
2
e
1
f
10
e
5
DP
5
12
GPIOO
9
GP101
8GPIQ2
6
GPIOi
LED1
aKI
bDIG]D1G1DIG）DE4K2anr^n
gDP
；□0^0o
HDSP-BO3E
图2-74位数码管电路模块
6.两片AIC23B来扩展A/D和D/A转换接口电路模块
A/D是把模拟信号转换成数字型号，D/A是把数字信号转换成模拟信号的意思。
数模转
换就是将离散的数字量转换为连接变化的模拟量。
与数模转换相对应的就是模数转换，模数转换是数模转换的逆过程。
接下来我们将从转换器的分类，技术指标，模数变换的方法以及模数转换器的参数等这几方面来介绍数模转换。
图2-8A/D和D/A转换接口电路模块
7.FLASH芯片AM29LV400电路模块
随着大规模集成电路的发展，DSP芯片得到了极大的发展。
芯片的处理速度越来越快，片内存储器的容量越来越大。
但是仅靠DSP的片内存储器有时不能满足某些需要存储大量
程序和数据的DSP处理系统，这就需要扩展外部存储器。
Flash存储器读取数据与一般的
存储器类似，可以实现随机读取，读出的速度也很快。
而Flash存储器的写操作则和一般的存储器有所不同,对于读写操作，FLASH芯片在复位和命令操作出错后均返回读模式，只要
输出使能信号OE#片选信号CE#于低电平，即可将地址总线上对应地址存储单元的数据送出。
3.3V
S25ALMED
图2-9AM29LV400B电路模块
8.USB接口电路
由于多媒体技术的发展对外设与主机之间的数据传输率有了更高的要求，因此,USB总
线技术应运而生。
它支持各种PC与外设之间的连接，还可实现数字多媒体集成。
Usb为计算机外设输入输出提供了新的标准。
他使设备具有热插拔，即插即用，自动配置的能力，并标准化设备连接。
Usb的级联星型拓扑结构大大扩充了外设数量，使用外设更
加便捷，快速。
图2-10USB接口电路模块
2.5PCB布线设计
利用Altium分别完成了电源电路、时钟电路、复位电路等外设电路的绘制，完成了最
小系统的schematic原理图，并生成了PCB图、PCB板及3D效果图。
:
jj.
*_c
■prfrtII~r■■r1-FfrnfirrkILj：
431
1211minrmTmg
图2-11schematic原理图
图2-12PCB封装图
图2-133D效果图
2.6硬件设计小结
在一周的硬件设计中，首先对于芯片资料的获取。
硬件设计的关键就是要查找所使用的芯片的资料，包括芯片的功能、管脚及其定义、封装等等。
因为我们所查找到的芯片资料几乎都是英文资料，而且涉及的专业词语较多，翻译比较困难。
但是要想画出一张完整的schematic原理图，主要还是要了解各个模块的功能，与软件结合起来，然后形成一个系统，实现我们需要的功能。
第三章DSP软件部分设计
3.1软件设计任务
简易音乐喷泉设计
设计内容与要求：
选择一首音乐，利用蜂鸣器，进行播放，同时利用液晶设计喷泉，显示音乐的频率变化。
通过按键1，作为开始/停止键，另外七个键，作为七个音调（选用C调）。
提高部分：
1.能运用LED灯，根据音乐的演奏显示LED的变化。
2.根据相关内容自由发挥设计。
3.2软件设计流程图
始
初始化zDSPtbt钟
图3-1程序设计流程图
设计思路：
（1）要用按键来控制，就需要引入选择语句来实现每个按键的功能，根据不同的按键
跳转不同的功能模块，引入相关的按键寄存器MCTRKE，YCTRCLKE；Y
（2）要实现LCD12864显示，弓I入相关的头文件和库文件.lib;
（3）为实现按键控制LCD12864的显示，同时控制蜂鸣器的鸣叫的时长和频率，即在按键按下之后进入相应模块应同时调用，显示模块和音乐模块。
（4）第八个按键控制暂停和开始，这就需要有一个中断来实现。
主要用到的器件有：
ICETEK-VC5509-A、LCD液晶显示屏、键盘按键、蜂鸣器、计算机
CCS开发软件，字模软件等。
3.3实验步骤
1.实验准备：
连接实验设备：
将ICETEK-CTR板的供电电源开关拨动到“开”的位置。
2.设置CodeComposerStudio2.21在硬件仿真（Emulator）方式下运行
3.启动CodeComposerStudio2.21:
选择菜单DebugsResetCPU。
4.打开工程文件：
工程目录：
C:
\ICETEK\VC5509AS60\VC5509AS60\Lab0404-key\Key.pjt。
浏览LCD.c文件的内容，理解各语句作用。
5.编译并下载程序。
6.运行程序观察结果。
7.结束程序运行，退出CCS
3.4实验结果
（1）软件成果
开机音乐喷泉界面，下方有三个阶梯的楼梯，然后从下方正中间徐徐出现我的班级学号和姓名，接下来，小小星星在四个边上按照边框向前跳动，然后通过七个按键，表示1234567七个简谱，并且LED灯的数目随简谱变化，根据发音有适当的动态波浪显示，第八个按键实现暂停/开始功能，蜂鸣器播放简谱小星星。
图3-2开始界面
图3-3歌曲名字
图3-4放歌界面和LED变化
（2）软件成果分析
通过取模软件取出自己想要的字模，将字模编码放在数组中，需要显示的时候直接调用对应数组即可显示想要的字符。
通过按键控制七位简谱的输出和开始暂停功能。
并且实现了简谱逐渐消失，逐渐出现的效果，加上LED灯的变化让小星星演奏的栩栩如生。
第四章设计小结
三周的DSP课程实训过过去了，我们深入地了解了DSP的概念，它就是数字信号处理，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。
实训前几天主要是软件部分的设计，做了很多小实验，通过的已有程序的分析和修改，再与实验箱连接，实现我们要求的各种功能。
但这些实验知识为我们后面的大实验软件部分做铺垫，只有把这些都搞懂了，然后进行拼接，才能编写后面的程序。
后来是硬件部分的设计，首先了解各模块的功能和原理，把各个基本模块设计好后再设计自己所选题目的功能。
画图的布局也很重要，通过查找资料才知道原理图的布局也有这么多学问。
此次课程设计硬件与软件相结合，考察了我们绘制电路图和编程的能力，虽然我们所编写的程序是在原有程序例程的基础上进行改进的，但这其中也遇到了不少问题，在老师的精心指导和帮助下，我们先学会了对程序的注释，这样既有助于我们队程序的理解和创新，同时也培养了我们良好的编程习惯。
虽然这一过程花了很大一部份时间，但只有扎实的基础，才可以为以后的创新奠定了良好的基础。
这次的实训创造了一个很好的对数字信
号处理认识的平台。
为了能够让自己在临近毕业，择业就业之际多学点东西，多多的充实自己，在实训期间，我认真听讲，积极参与讨论。
加深了我对数字信号处理课程的理解和把握。
通过实践，我深刻的体会的没有实践的学习根本就是纸上谈兵，没什么用处，但一旦我们把所学的知识运用到实践当中，不但可以弥补以前理论学习的漏洞，还可以培养动手能力，培养自己的专业兴趣。
虽然时间只有短短的两周，但我们每个人都是收益匪浅。
不管是从专业技能来说，还是学习做事方式来说，对我们以后走上工作岗位有很大帮助。
参考文献
1.李莉主编，王沛、俞玉莲、常宁编著，《数字信号处理原理和算法实现》，清华大学出版社，2010.2。
2.汪春梅等编，《TMS320C5000DS系统设计与开发实例》（“十五”国家重
点图书出版规划项目），电子工业出版社，2004。
3.方勇，《数字信号处理一一原理与实践》，清华大学出版社，2006.3第1版
4.张延华，姚林泉，郭玮，《数字信号处理一一基础与应用》，机械工业出版社，2005.2第1版。
5.王彦平，任延群，危胜军.《Protel99电路设计指南》[M].北京：
清华大学出版社，2000年.
6.董志刚.《Protel99SE印制电路板设计教程》[M].北京：
机械工业出版社,2006年.
附录V:
软件程序
#include"myapp.h"//头文件
#include"ICETEK-VC550
升级会员 