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1、2.毕业设计（论文）的内容和要求（包括技术要求、图表要求以及工作 要求等）：基于DSP实现对模拟信号的数字化处理的方法。首先利用DSP芯片实现了模W MM MM MM MM W ABM W W MM MM MM W W W MM MM MM flMM 拟信号的数字化，然后通过DSP芯片的多路缓冲串口将数字信号的快速读取，接W MM MM W MM MM MW MM MM MM MHB MB MM MM W W MM MM * W着把转换后的数字信号利用DMA方式传送至DSP芯片进行处理，最后经过数字信MM MHB W W MM MM MM MM MM MM MM W W W W MM W W

2、W W MM W MM W MM W W W MM MM号的模拟化MW_，一更漑了一越删值号直速克数的处理 3.毕业设计应完成的技术文件：ADC软件接口实现源的程序PAc_lin实血陌源H左 4.主要参考文献1王喜斌，常叔英，12位串行A/D转换器MAX1274原理与应用，廊坊：华北 蘇应噩述，一沁 刘楚視亀盘土 TMS320VC5402McBSP匝口 j勺DMA方式数娠传输的实?一匡沙: 価麺静菽脯诚和20013力垂垂贵笠血?工1?主U匹卫凶2&应真瓦用亠丟发強皿叔也-冠宝昼壬 冠我去学应200041-M兵签莉皿西P血PMAJ数捱传驹-铤阴匚兵工且型化出tt2_ 2Q04_本文提出了一种新的

3、基于DSP实现对模拟信号的数字化处理的方法。首先利 用A/D芯片MAX1247实现了模拟信号的数字化，然后通过DSP芯片TMS320C5402 的多路缓冲吊口 （McBSP）将数字信号的快速读取，接着把转换后的数字信号利用 DMA方式传送至TMS320C5402芯片进行处理，最后经过数字信号的模拟化输出， 实现了对模拟信号高速、有效的处理。关键词：TMS320C5402；多路缓冲吊口；直接存储器访问；模数转换；数模转 换。This paper presents a new DSP-based realization of the number of analog signal processi

4、ng methods First of all, the use of A / D chip to achieve the MAX 1247 digital analog signal, and then through the DSP chip TMS320C5402 multi-channel buffered serial port （McBSP） of the fast digital signal will be read, and then converted to digital signal transmission using DMA to TMS320C5402 proce

5、ssing chips, digital signal after the end of the analog output of analog signals to achieve high-speed, effective treatmentKey words: TMS320C5402; multi-channel buffered serial port; direct memory access; analog-digital conversion; digital-to-analog conversion引言模拟信号在现实环境中大量存在，比如工业生产中的反映温度的信号、图像 信号、雷

6、达信号等。对模拟信号直接处理并进行反馈不容易实现，而且实时性、 准确性也得不到保证。DSP （数字信号处理器）具有强大的数字信号处理能力， 能够进行实时的信号处理，因此，在许多应用系统中，为了利用DSP芯片的数 字信号处理能力，先将模拟信号进行数字化（A/D转换），再把转换后的数字信号 送入DSP芯片进行快速处理，最后经过数字信号的模拟化（D/A转换）输出。这 样就实现了对模拟信号的高速处理。数字信号处理的任务在很大程度上是由DSP 芯片，即数字信号处理器来完成的o TMS320C5402是TI公司C54系列定点DSP 芯片中的产品，具有很多新功能。C5402内部采用了多总线改进的哈佛结构，数

7、 据总线和程序总线相互独立，使数据的呑吐率提高了一倍；C5402提供了两个高 速、全双工、多路缓冲串口（McBSP），每个串口可以支持128通道，从而使的 C5402计算和处理速度很高，系统单指令周期可以达到lOnso此外，C5402的 多路缓冲串口还可以结合直接存储器访问（DMA）方式进行数据传输。在一般的 程序控制传送方式（查询方式和中断方式）下，数据的传输要经过CPU的中转。 在DMA方式下，系统在内部存储器中开辟了输入输出缓冲区，数据的传输在后 台实现，不需要CPU干预，使CPU专门用于数字信号处理。这些结构及其特性 都大大提高了 C5402的处理速度和运算能力。因此，本系统釆用TMS

8、320C5402 芯片作为核心器件对数字信号进行处理。1系统整机设计设计思路本系统所实现的功能分为三大部分：模拟信号的数字化（A/D转换）、数字 信号送入DSP芯片处理、数字信号还原为模拟信号（D/A转换）。系统框图如图1 所示。用到的器件有A/D转换芯片MAX 1247 DSP芯片TMS320C5402和D/A芯 片MAX530。系统设计的关键问题是TMS320C5402与A/D芯片MAX1247、D/A芯 片MAX530的接口设讣，其中包括硕件电路的连接和软件的编程。硬件的连接设 计要考虑到以哪种接口方式进行连接以及相应引脚的连接、主次设备的设定以及 工作方式的选择等；而软件的设汁则要考虑

9、到芯片的控制寄存器的配置、控制字 的选择等。2 TMS320C5402芯片特点及典型应用2.1TMS320C5402芯片其主要特点如下（1）先进的改造型哈佛结构，操作速率可达100MIPS：（2）先进的多总线结构，3条16位数据存储器总线和1条程序存储器总线；（3）40位算术逻辑单元（ALU）,包括1个40位桶形移位器和2个40位累加器;（4）1个17X17乘法器和1个40位专用加法器，允许16位带（或不带）符号的 乘法；（5）8个辅助寄存器及1个软件栈，允许使用业界最先进的定点DSP C语言编译 器；（6）数据/程序寻址空间 lMX6bit,内置 4KX16bit ROM 和 16KX16b

10、it RAM。（7）内置可编程等待状态发生器、锁相环时钟产生器、2个多通道缓冲串行口、1个8位并行与外部处理器通信的HPI 口、2个16位定时器以及6通道控制器。 （8）低功耗，工作电源有3V和1.8V （内核使用）。T、 郴哼 *CLKCR/X）2.2典型应用C5402在该系统中的应用：对输入的TS流进行分析；对6路码流进行均匀 交织和PSI信息的重置；主卡与子卡之间通过C5402 HPI接口进行通信；利用 C5402串口与计算机RS232串口相连。（1）输入的TS流分析DSP从FIFO中读取TS流到内部RAM中去，如图3所示,根据13位的PID 号0x000找到PAT表，在PAT表中获得P

11、MT的ID号和NIT的ID号；根据PMT.PID 获得视频、音频、PCR的PID号以及其它私有信息的PID号；根据PCR_PID和 pcr.flag,找到PCR包；根据公式计算出码率：其中i 、i八（/-Ox 27MHz rate（z） = &PCR（PCR（r）为相邻2个PCR包，求得多个码率，然后求算术平均，获得平均码率。利用FIFO进行数据传输，速率在1023MB/S之间。由于DSP处理能力 为100MIPS,子卡中DSP传输数据量是大为2MB/s,约耦时0. 1-0. 2s,这样处 理时间足够（0.80.9s）。子卡输入FIFO釆用8KB大小，在其半满时，DSP等 待时间最大为（188

12、/10 000） X6=0. 1128ms,期间FIFO的填充量为0. 112 8X 1二0.112 KB,远不能输入码流将子卡的输入FIFO填充满而导致溢出。（2）码流交织和PSI信息配置为了将6块子卡输入的TS流复合成1路TS流，主卡DSP的功能就是将6路 TS流均匀交织。主卡数据通过HPI送到主卡的DSP内部RAM中，再写到外部FIFO 中。由于各种码流的PID叫可能相同，需要对各路TS流的ID号进行重新设置。 主卡根据预先设置的所有PID生成新的PSI表，并按照一定时间间隔发送到外部的FIFO中去。主卡的CPU以100MHz运行，输出FIFO的大小为8KB,以固定5MHz 的码率发送，

13、子卡填写的数据不会导致主卡上溢。当主卡的输出FIFO没有达半 满时，填充空包，使FIFO不会下溢。在子卡中根据分析得到的PSI信息，可以 提取1路或者多路的节LI流，并将PID号改为事先规定的，通过HPI通信接口传 送到主卡。HPI接口HPI （Host Port Interface）接口可以方便地实现主卡与子卡之间的通信， 而不需要额外的器件。C5402的HPI操作是8位的。当C5402运行在100MHz主 频时，通信速度可达到25MB/s。HPI接口具有3个16bit寄存器：HPIA （地址寄 存器）、HPID （数据寄存器）、HPIC （控制寄存器）。子卡流程：TS流进入FIFO 缓存，

14、由DSP进行PSI信息的提取和码率的计算；将有关信息送入合成处理卡 进行分析、综合；根据需要从输入的流中提取1路视频、1路音频和PCR包， 并将它们的PID改为事先规定的。子卡的功能相当于一个简易的码流分析仪， 而且可以提供1路单独的TS流。子卡原理如图：图3子卡原理图主卡与子卡的DSP芯片之间的连接如图4所示:图3主卡与子卡的DSP芯片接口HDOHD7是8位数据线，直接接到主设备的数据线上；HCS为选通信号；HDS1 HDS2为数据锁存信号，在主设备的存取周期控制数据的传输，一般连到设备的 数据选通；HR/W是读写信号；HCNTLO/HCNL1用于主设备选择存取HPI的哪一个 寄存器和对寄存

15、器的存取类型，连至主设备的地址线。由于HPI寄存器是16位 的，而HPI与主设备仅以8位数据线相连，因而用HBIL决定当前存取的是1个 字的第1个字节还是第2个字节，连到主设备地址线。对HPI操作首先将控制字写入HPIC,然后将要存取的地址写入HPIA,最后 丰取HPID,就可从HPI存储块或将数据写入HPI存储块。此外，还可选择HPIA 自动增加方式，将初始地址写入HPIA,可不再操作HPIA,每存取1次数据，地 址都会自动加1,因而加快了存取速度。C5402的HPI主机接口是由一个8位数 据总线和用于设置和控制接口的控制信号组成。山于C5402的控制功能不是非常 强大，往往需另加一片单片机

16、或CPLD对系统的逻辑进行实时控制，此时C5402 作为从机。HPI很容易与各种主机相连，需要很少、甚至不需要外加逻辑。HPI 口的数据传输山两部分组成：内部传输和外部传输。内部传送在HPI 口寄存器和 片内RAM之间进行，外部传送在主机和HPI 口寄存器之间进行。主机访问HPI时， 首先初始化HPIC寄存器，然后初始化HPIA寄存器，再从HPID寄存器中读出或 写入数据。一般在C5402的初始化程序中对HPIC进行初始化后就无需再对HPIC 进行操作了，其余工作山主机完成。主机可通过HPIC的DSPINT来中断C5402, 而C5402通过HPIC的HINT位发送中断请求到主机C5402的主

17、机接口工作在HPI 模式时HPIENA必须置高，HPIENA为低则HPI 口作为一般I/O 口用。C5402与 AT89C51的硬件连线如图1AT89C51 C5402P1. 7 RSDpi （Ci一 P仁AJlW W HCWTTnHPIENAPI. 5KCWTT.1P1.4HBIL/HASP1. 3/HDS2/HDS1PI. 2/HCSP1. 1HR/WT7JT14 HINTINT2图 4 AT89C51 与 C5402 的 HPI 接口（4）主卡DSP与计算机接口为了实现系统自检、码率以及节tl信息提取、输出，我们通过DSP的串口与 计算机的串口进行通信。如图5所示，釆用的是异步通信方式。

18、图5异步审口其中75C189和75C188为电平转换芯片，C5402有2个McBSP （多通道缓冲 串行口）。McBSP提供了全双工的通信制以及双缓存的发送寄存器和三级存的接 收寄存器，允许连续的数据流传输，数据长度可以为8、12、16、20、24、32； 同时还提供了 A-律和U-律压扩，多达128个通道的发送和接收。数据经McBSP 与外设的通信通过DR和DX引脚相连。控制信号则由CLKX、CLKR、FSX、FSR四 条引脚来实现。（5） DSP 程序 BOOTLOADER 的实现BOOTLOADER是为了在上电时，将用户代码从外部加载到内部的存储器以加 快运行速度。我们使用C5402外部

19、8位并行I/O 口实现BOOTLOADER程序。C5402 读I/O 口 Oxffff,这里面存放着外部存储器的首地址（数据区）。若在这个首 地址内读到了关键字08 AA,就进行8位加载；若是10AA则表示16位加载。硬 件系统就是加了 1片3. 3V的Flash,程序用编程器烧入Flasho加载引导（BOOTLOAD）方式在上电复位后，DSP只有处于微计算机状态即MP/MC为零时才能进入加载引 导过程。TI公司已在DSP芯片内部ROM的OFSOOH-OFCOOh中固化了一段加载引 导程序（BOOTLOADER）,其作用是先根据相关控制信号的不同状态来确定采用何 种加载引导方式，然后将代码从外

20、部加载到程序区，最后再将程序入口地址赋给 程序指针。在这段程序的开始，还应对CPU状态寄存器进行初始化设置，包括屏 蔽中断（INTM=1）、内部DARAM映射到程序/数据区（OVLY=1）、程序/数据区读 写加7个等待周期等设置。为了满足不同系统的需求，TMS320C54X有多种加载引导方式。各种加载引 导的功能如下：主机接口引导主机接口（HPI）是TI公司DSP的特色之一，即DSP作为协处理器将片内 DRAH共享以便让其它智能器件（比如单片机或另外的DSP）作为主机访问，从而 提供一种方便快捷的通讯联系方式。在主机接口引导方式下，首先将代码通过主 机接口下载到DSP片内存储器中，然后，DSP

21、再从数据区007FH提供的地址开始 执行程序。8位/16位并行引导并行引导就是以并行方式从外部读取引导表数据，同时根据该表的内容加载 代码并执行。并行引导表中通常包括要下载的代码段、各代码段的目的地址、下 载完成后程序执行的起始地址以及其它一些设置信息。8位/16位标准串行引导串行引导就是通过DSP的多通道缓冲串口（McBSP）在标准模式下从外部 读取引导表数据同时根据该表的内容加载代码然后执行。其中McBSPO支持16位, McBSP 1支持8位。8位审行EEPROM引导该模式通过DSP的McBSP 1在时钟停止模式（SPI）下从串行EEPROM中读取 引导表数据，同时根据该表的内容下载代码

22、然后执行。8位/16位10引导在10引导模式下，加载引导程序首先通过外部标志（XF）和通用输出来（BI0） 实现并行的异步握手协议，然后再从10端口 OOOOh读取引导表数据，同时根据 该表的内容下载代码并执行。加载引导程序（BOOTLOADER）允许多代码段加载，且该加载不占用连续地址 空间。另外，在并口和10加载引导方式下，加载引导程序（BOOTLOADER）还会 根据引导表的设置对DSP的SWWSR、BSCR寄存器进行设定。3 MAX1247结合多路缓冲串口实现ADC3.1多路缓冲串口 （McBSP）简介TMS320C54X系列数字信号处理器提供多种高速的、双向的多路缓冲串口。 在一个系

23、统里，它可以直接与其他的TMS320C54X系列器件、编解码器、或者其 它串口器件通信。TMS320C54X系列芯片中，5402有两个多路缓冲串口。TMS320C2x、C20x C5x以及C54系列器件的多路缓冲吊口都是基于标准吊 口界面的，具有以下特点：（1）全双工同步或异步通信功能；（2）双倍的缓冲发送和三倍的接收缓冲数据寄存器，可以保持一个持续的数据流;（3）独立的发送和接收帧时钟信号；（4）可以直接与具有工业标准的编解码器、模拟接口芯片以及其他的串行模/数、 数/模器件进行连接；（5）外部输入移位时钟或内部可程控的移位时钟两种时钟控制方式；（6）发送和接收的通道数最多可以到达128路；

24、（7）可以选择很宽范甩的数据大小，包括8、12、16、20、24、32位字长；3.2 McBSP与MAX1247的硬件接口设计与并行接口相比，吊行接口最大的优点是减少了 DSP引脚的数降低了 接口设计的复杂性。串行接口提供全双工同步操作，输入输出数据以位为单位的 串行方式进行处理。口前，有许多种不同的串行协议，典型的有串行外围设备接 口 SPIo SPI协议采用主从设置，相互连接的设备中一个作为主设备，其他的设 备作为从设备。由于MAX1247具有SPI串行接口,满足SPI协议，因此可以与TMS320C5402 的McBSP进行直接连接，而不用附加的逻辑电路，且工作于内部转换时钟方式。 此时，

25、DSP作为主设备向MAX1247提供串行时钟、命令和片选信号。硬件连接 如图6所示：McBSPMAX 124 7REFADJDROUTVrei（+2.5V）CLKXSCLKDXDINSHDNFSRCS图6 A/D芯片与DSP芯片硬件接口设计3.3ADC的软件接口实现软件接口主要是通过对TMS320C5402的McBSP控制寄存器的配置，来实现 以McBSP为主设备的SPI接口模式，完成McBSP与MAX1247串行通信。3.4TMS320C5402的软件编程要点（1）c语言与汇编混合编程在运算能力不是十分紧张的情况下，用C语言开发DSP程序不仅使DSP开发 的速度大大加快，而且开发出来的DSP

26、程序的可读性和可移植性大大加强，程序 修改也极为方便。釆用C编译器的优化功能可以增加C代码的效率。一般情况下，采用C语言和汇编混合编程方法有3种：独立编写C程序和 汇编程序；直接在C语言程序的相应位置嵌入汇编语句；对C程序进行编译 生成相应汇编程序，然后对汇编程序进行手工优化和修改。可以从C程序中访问 汇编程序的变量和常量，也可以在汇编程序中访问C程序变量。（2）预防流水线冲突流水线操作是DSP实现高速度、高效率的关键技术之一。在TMS320C54X中 釆用了深度与6级的流水线操作，因此流水线冲突不可避免的。一般惜况下，当 发生流水线冲突时，山DSP自动插入延迟解剖冲突问题，但有时需要程序员通

27、过 调整程序语句的次序或在程序中插入一定量的NOP来解决。若对编程的代码和时 间的效率影响较大，编译器发现不了这些问题。如果C5402系统的源程序是用C 语言编写的，经过编译后生成的代码是没有流水线冲突问题的；如果是汇编语言 程序，凡是CALI；操作，或者是先在初始化期间就对MMR进行设置也不会产生流 水线冲突。然而在某些MMR写操作中，如对MMR、STO、STI、PMST等硬件资源进 行连续操作时，有可能造成流水线冲突。解决流水线冲突很简单，只需加上儿个 指令或NOP空操作指令便可以。例如：STLM A, BRCNOPRPTB LOOP语句LOOP（3） 存储空间要正确分配C5402总共有1

28、92K字大小存储空间，64K字的程序区、64K字的数据区和64K 字的I/O区。当寄存器PMST的OVLY二0时，片内RAM在数据区内可访问，在程序 区不可访问；当OVLY二1时，片内RAM映射到程序区和数据区，但数据页（地址 从0H7FH）不映射到程序空间。我们在程序编程中选用后种模式。程序和数据 同一块片内RAM,在编写CMD文件时程序和数据区间不能发生重叠。（4） 指令的使用1TMS320C54X的汇编有算术指令和程序指令，2种指令可以互换。当外部端口操 作时使用端口指令PORTW和PORTRo2利用DADST和DSADT指令，可以同时在1个累加器中进行2次运算。3利用DADD和DSUB

29、可实现32的加减法。4利用CMPS、SACCD、SRCCD、STRCD四个条件存储指令，以减少条件判断指令的 开销；利用MAX、MIN、FIRS、LMS可以减少运算所需的指令周期;利用C54的 并行指令可以省去多次数据存储，提高编程的效率。5充分利用*（IK）寻址（在数据区内指明所要访问的地址），可以减少辅助寄存 器的使用。（5） 少用函数和子程序调用虽然结构化程序给软件和调试带来方便，但一个函数和子程序的调用和返回 都将使C5402产生1次流水线刷新，增加了指令周期，因而在存储空间足够时， 应多使用宏结构；但在编程时乂必须考虑程序的大小，所以在对设备处理速度影 响不大的情况下，也可以使用函数

30、和子程序。（6）关于中断服务程序的编写中断有软中断和硬中断。在编写中断服务程序时，最重要的是将中断向量表 放置正确。首先在PMST寄存中设置IPTR,然后把INT放到规定的位置，将中断 模式INTM二0；将中断使能寄存器的对应位置1。首先进行的是McBSP的初始化。整个初始化过程包括三部分：接收部分初 始化、发送部分初始化和采样速率发生器初始化。在完成McBSP的初始化后， 就可以开始实现A/D转换。3.5程序编写;McBSP0的使能STM SPCR20, SPSAOSTM #0040H, SPSDO ;启动釆样速率发生器，GRST二1RPT #2NOP ;等待两个时钟周期；STM #0041