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1、 DSP 应应用技用技术术 课课程程论论文文院系名称院系名称 ： 信息学院信息学院 专业班级专业班级 ： 电科电科 08030803 学生姓名学生姓名 ： 学学 号号 ： TiTi 公司公司 DSPDSP 技术发展历程和现状及其应用实例分析技术发展历程和现状及其应用实例分析一发展历程一发展历程TI 公司在 1982 年成功推出其第一代 DSP 芯片 TMS32010 及其系列产品TMS32011、TMS320C10/C14/C15/C16/C17 等，之后相继推出了第二代 DSP 芯片 TMS32020、TMS320C25/C26/C28，第三代 DSP 芯片TMS320C30/C31/C32
2、，第四代 DSP 芯片 TMS320C40/C44，第五代 DSP 芯片TMS320C5X/C54X，第二代 DSP 芯片的改进型 TMS320C2XX，集多片 DSP 芯片于一体的高性能 DSP 芯片 TMS320C8X 以及目前速度最快的第六代 DSP 芯片 TMS320C62X/C67X 等。TI 将常用的 DSP 芯片归纳为三大系列，即：TMS320C2000 系列、TMS320C5000 系列、TMS320C6000 系列。二现状二现状TMS320C5000 系列 DSP 芯片目前包括了 TMS320C54x 和 TMS320C55x 两大类。这两类芯片软件完全兼容，所不同的是 TM
3、S320C55x 具有更低的功耗和更高的性能。C54x 是 16 为定点 DSP 芯片，适应远程通信等实时嵌入式应用的需要。C54x 具有高度的操作灵活性和运行速度。其结构采用改进的哈佛结构，具有专用硬件逻辑的 CPU，片内存储器，片内外设，以及一个效率很高的指令集。另外，使用 C54x 的 CPU 核和用户制定的片内存储器及外设所做成的派生器件，也得到了广泛的应用。C55x 是 C5000 系列 DSP 中的子系列，C54x 发展起来的，并与之原代兼容，以便保护用户在 C54x 软件上的投资。C55x 工作在 0.9V 时，功耗低至0.005mW/MIPS。工作在 400MHz 钟频时，可达
4、 800MIPS。和 120MHz 的 C54x相比，其性能提高了 5 倍，功耗为 C54 系列的 1/6。C55x 的核具有双 MAC 以及相应的并行指令，还增加了累加器、ALU 和数据寄存器。其指令集是 C54x指令集的超集，以便和扩展了的总线结构和新增加的硬件执行单元相适应。TMS320C6000 系列是 TI 公司从 1997 年开始推出的最新的 DSP 系列。该系列的第一款芯片 C6201，在 200MHz 钟频时，达到 1600MIPS。而 2000 年以后推出的 C64x，在钟频 1.1GHz 时，可以达到 8800MIPS 以上，即每秒执行近90 亿条指令。C64x 的片内 D
5、MA 引擎和 64 个独立的通道，使其 I/O 带宽可达到 2GB/s。C6000 所采用的类似于 RISC 的指令集，以及流水技术的书用，可以使许多指令得以并行运行。C6000 系列现在已经推出了 C62x/C67x/C64x 等 3 个子系列。C62x 是一种新型定点 DSP 芯片。该芯片的内部结构与以前的 DSP 不同，内部集成了多个功能单元，可同时执行 8 条指令，其运算能力可达 2400MIPS。C67x 是继 C62x 系列后的一种新型浮点 DSP 芯片。该芯片的内部结构在C62x 的基础上加以改进，内部结构大体一致。同时执行 8 条指令，其运算能力可达 1G FLOPS。C64x
6、 是 C6000 系列中最新的高性能定点 DSP 芯片，其软件与 C62x 完全兼容。C64x 采用 VelociTI1.2 结构的 DSP 核，增强的并行机制可以在单个周期内完成 4 个 1616 位或 8 个 88 位的乘积加操作。采用两级缓冲机制，第一级中程序和数据各有 16KB，而第二级中程序和数据共用 128KB。增强的 32 通道DMA 控制器具有高效的数据传输引擎，可以提供超过 2GB/s 的持续带宽。与C62x 相比，C64x 的总性能提高了 10 倍。三实例分析三实例分析随着人们生活水平的提高，家用电器的使用量在逐年增加，其中电视机、录像机、计算机、调光灯具和调温炊具等因配有
7、调压整流装置，会产生较深的奇次谐波。而洗衣机、电风扇和空调器等设有绕组的家用电器，因不平衡电流的变化也能使谐波波形改变。这些家用电器虽然功率较小，但数量巨大，是谐波的主要来源之一。非线性负载的大量接入使电网的谐波污染日益严重，电网的电压、电流的正弦波形发生严重的畸变。而目前应用于电力系统电参量测量的仪器，大多数是按照工频正弦量来设计的，当输入信号含有谐波时，将会出现较大的测量误差。因此，对这些含有非正弦信号的电参数进行准确测量是电力部门的迫切要求，非正弦信号的电参数的准确测量也是宽频带电参量的精密测量技术问题。1. 硬件设计本系统由高功率的大电阻和稳压二极管组成分压电路, 将高压交流电转换成5
8、V 的交流信号, 经过电压跟随器和等比放大电路的放大后送入 AD 转换器。电流信号使用电流互感器采样, 经与电压信号同样处理后送入 AD 转换器。设计框图DSP、存储器、接口、 A/D、D/A等器件选型用MATLAB进行算法模拟硬件设计与制作软件编程（汇编、C）硬件调试汇编（或编译）、链接软件模拟在线仿真软硬件系统综合调试确定DSP系统性能指标本系统采用定点 DSP 作为处理器。把以 DSP 芯片为核心的数据采集与处理系统作为功率变换器, 使其具有准确度高、稳定性好等优点。系统的硬件模块由 DSP 处理器、AD 及采样电路、显示和传输电路等组成。其原理是采用高精度电压和电流采样电路进行电压、电
9、流采样, 用高速双通道模拟电子开关将采样信号传输给高速 16 位 A/D 转换变成数字信号, 然后传输到数字处理器(DSP)中, 再对采样数据进行数字滤波。采用 DSP 芯片来完成繁重的累加和运算, 实现高速采样, 可实时在线精密测量两相非正弦电参量, 并将计算结果通过 LED 显示, 同时还可以将计算结果通过 RS- 232 传输给上位机显示和记录。2. DSP 选择本文选用的是定点 DSP, 它能完成整数运算, 运算简单, 但其数据格式小包含阶码, 无法提供一个大的动态范围, 运算时通常要考虑“溢出”问题。定点 DSP 的结构比较简单, 典型的 16 位总线允许其装入最小的封装, 消耗的功
10、率少。目前在我国市场销售最多的 DSP 产品是美国 TI( Texas Instrument) 公司的 TMS320 系列, 该系列芯片结构和功能比较先进, 软硬件资料比较全面, 相应的开发系统应用比较成熟。另外考虑到价格、芯片的硬件资源、系统的可靠性及实验室现有条件等因素, 我们选用了 TMS320C2407 芯片作为该仪表的数据处理核心。它是 16- bit 定点 DSP, 具有高度灵活的可操作性和高速的处理能力, 适用于数字信号的高速处理。3. 串行口通讯设计根据用户的使用要求, 本系统采用串行通讯方式传送数据。上级计算机采用 PC 机, 其拥有现成的 RS-232 标准串行口, 而单片
11、机的串行口是 TTL 电平, 所以要另加 RS- 232 串行接口电路。一般选用集成芯片 MC1488 和 MC1489 来完成 TTL 与 RS- 232 电平之间的转换, 但这两种芯片需用+5V 和12V 两种电源, 使用不方便, 而本系统采用一种新型单电源、低功耗 RS- 232 芯片和MAX3232。4. 系统软件设计整体系统软件设计原理是: 用户首先打开仪器电源, 系统进行初始化, 然后从键盘输入启动测量的控制命令, 当 TMS320F2407 接到命令后, 开始进行数据采集, 启动 A/D, 将模拟量转换为数字量。当 A/D 进行第二组数据转换时, DSP 进行第一组数据处理并将处理完的数据存在规定的地址空间, 当调用显示子程序时将它显示出来。本系统可根据用户的需求来确定是采用单步测量还是连续测量。系统软件采用模块化的方式编写, 其流程图如图所示。结束语随着电子技术的发展和交流采样技术的成熟, 对各种基于 DSP 的智能电表市场竞争将越来越激烈。本文所设计的电能表具有高性能和高准确度, 且同时可计量基波和各次谐波, 还可以通过 RS232 将数据传输到上位机实现数据的保存, 不久的将来必将取代传统的电能表, 因此其具有广阔的应用前景。
