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1、DSP 教学实验系统的研究I摘 要数字信号处理器（DSP） ，是一种具有特殊结构的微处理器。自 20 世纪80 年代初 DSP 芯片诞生以来，DSP 芯片在 20 多年时间里得到了飞速的发展，DSP 芯片的性能价格比不断提高，开发手段越来越完善，已经广泛应用于通信与电子系统、自动控制、雷达、军事、航空航天、医疗等领域。它具有接口简单，稳定性好，编程方便，集成方便，保密性好的特点。本文先介绍了数字信号处理和 DSP 芯片的特点、内部结构，然后根据此次设计所选定的 TMS320C5402 DSP 芯片的特点，着重介绍了以此芯片为核心的DSP 最小系统的主要组成部分，如时钟、复位、存储器、主机接口等
2、部分，并把这些部分连接在一起使之成为一个完整的小系统。通过对该系统的扩展，可以使之最终成为一个教学试验系统。关键词：数字信号处理，DSP，TMS320C5402 DSP 芯片，最小系统，时钟，复位，存储器，主机接口DSP 教学实验系统的研究IIABSTRACTDigital Signal Processor (DSP) is a kind of processor which has special structure. From the beginning of the 80s of 20 centuries the slice of DSP has appeared, and develo
3、ped fast in more than 20 years, and has been used in many fields such as information and electron system, automation, radar, military affairs, aviation and spaceflight, medical treatment and so on. It has a simple interface and high stability, and it is easy to develop, integration and to keep secre
4、t.In this paper, I introduced the digital signal processor and the characteristic and internal structure of the slice of DSP firstly, then, according to the characteristic of the slice of TMS320C5402 which has been selected, the discussion was mainly focused on the chief of the DSP minimum system li
5、ke the Clock, Reset, Memory, Host Port Interface etc, and has made these parts connect together, then it became a least system. If we enlarge this system, it becomes a whole teaching experiment system. Keywords: Digital Signal Processing, the slice of TMS320C5402 DSP, the DSP minimum system, Clock,
6、Reset, Memory, Host Port InterfaceDSP 教学实验系统的研究III目 录第一章 前 言 .11.1 数字信号处理的发展历程及主要内容 .11.2 数字信号处理的实现 .21.3 DSP 硬件系统的特点 .31.4 DSP 芯片的结构特征 .31.5 DSP 应用领域 .71.6 DSP 芯片的发展方向 .71.7 DSP 系统的设计流程 .81.8 本章小结 .8第二章 DSP 系统设计基础知识 .102.1 总线结构 .102.2 央处理器单元（CPU） .112.3 存储器和 I/O 空间 .132.4 流水线 .142.5 片内外设 .152.6 外部总
7、线及扩展 .182.7 本章小结 .19第三章 硬件系统设计 .203.1 DSP 小系统概述 .203.2 TMS320C5402 介绍 .203.3 体系结构 .253.4 未用管脚的处理 .383.5 DSP 电路板设计的基本过程 .383.6 本章小结 .40第四章 结论和展望 .414.1 结论 .414.2 展望 .42DSP 教学实验系统的研究IV参 考 文 献 .43致 谢 .44DSP 教学实验系统的研究1第一章 前 言 DSP（Digital Signal Processing） ，即数字信号处理器，它是一门涉及许多学科并广泛应用于许多领域的新兴学科。它以数字形式将真实的模
8、拟信号通过采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等处理，得到所需要的信号形式。对于一般的数字信号处理过程而言，系统框图如图 1.1 所示：图 1.1 典型实时数字信号处理系统原理图1.1 数字信号处理的发展历程及主要内容数字信号处理亦称信号的数字处理。信号的数字处理技术可以归纳为四个阶段：1）信号解析手段的研究阶段。2）各种模拟信号的数字化阶段。3）信号数字处理技术本身的发展阶段。4）现代数字信号处理阶段。数字信号处理理论经过 30 年的发展已经形成了比较完善的理论体系。主要内容有： 信号的采集(AD 技术、抽样定理、多抽样率、量化噪声分析等)。 离散信号的分析(时域及频率分析、多种变换技术
9、、信号持征的描述等)。 离散系统分析(系统的描述、系统的单位抽样响应、转移函数及频率特性等)。 信号处理中的快速算法(快速傅里叶变换、快速卷积与相关等)。 信号的估值(各种估值理论、相关函数与功率谱估计等)。 滤波技术(各种数字滤波器的设计与实现)。 信号的建模(最常用的是 ARMA，ARMA，PRONY 等各种模型)。DSP 教学实验系统的研究2 信号处理中的特殊算法(如抽取、插值、奇异值分解、反卷积、信号重建等)。现在，信号处理进入了一个新的发展时期。信号处理在优化、自适应、高分辨率、多维通道等一些主要领域内的理论和方法日趋系统化。总之，随着基础理论的不断完善、交叉学科的不断发展、微电子技
10、术与计算机的不断进步，可以预见在 2I 世纪将是数字信号处理理论与算法的大发展时期。1.2 数字信号处理的实现数字信号处理的实现，大体上有如下几种方法： 在通用的微计算机上用软件实现。软件可以是自己编写的，亦可使用现成的软件包。这种方法缺点是速度太慢不能用于实时系统，只能用于教学与仿真研究。如近年发展迅速的 Matlab，就几乎可以实现所有数字信号处理的仿真。而且 Mat1ab 下的部分仿真程序还可以通过转化为 C 语言，再通过 DSP的 c 编译器直接在 DSP 硬件上运行。这对非实时系统或准实时来说是很有吸引力的。 用单片机来实现。单片机也在不断地发展，如 Intel 96000 的运算速
11、度就非常可观，而且单片机的接口性能比较良好，容易实现人机接口。但由于单片机采用的是冯诺依曼总线结构，所以单片机系统复杂，尤其是乘法运算速度慢，在运算量大的实时控制系统中很难有所作为。 利用专门用于信号处理的可编程 DSP 芯片来实现。与单片机相比，DSP有着更适合于数字信号处理的优点。如采用改进的哈佛总线结构，内部有硬件乘法器、累加器，使用流水线结构，具有良好的并行特性，并有专门设计的适于数字信号处理的指令系统等。DSP 芯片的这些特点使得对不允许延迟的实时应用领域，如蜂窝电话、计算机驱动器等非常理想。因此可以说，DSP 芯片的问世及飞速发展，为信号处理技术应用于工程实际提供了可能。 利用特殊用途的 DSP 芯片实现。 用 FPGA 等可编程阵列产品开发 ASIC 芯片实现数字信号处理算法。 在通用的计算机系统中加上加速卡来实现。加速卡可以是通用的加速处理机，亦可以是由 DSP 开发的用户加速卡。比较上述各种方案的优缺点可见：第一种方法是
