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1、DSP课程设计流水灯的设计1概述1.1DSP介绍数字信号处理(DigitalSignalProcessing,简称DSP)H一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。20世纪60年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。数字信号处理是一种通过使用数学技巧执行转换或提取信息，来处理现实信号的方法，这些信号由数字序列表示。在过去的二十多年时间里，数字信号处理已经在通信等领域得到极为广泛的应用。德州仪器、Freescale等半导体厂商在这一领域拥有很强的实力。DSP(digitalsignalprocessor)是一种独特的微处理器，是以数字信号来处
2、理大量信息的器件。其工作原理是接收模拟信号，转换为0或l的数字信号。再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。DSP微处理器(芯片)一般具有如下主要特点：(1)在一个指令周期内可完成一玖乘法和一次加法；(2)程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据；(3)片内具有快速RAM通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问；(4)具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持
3、；(5)快速的中断处理和硬件1/0支持；(6)具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器；(7)可以并行执行多个操作；(8)支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以熏叠执行。1.2DSP芯片的分类DSP芯片可以按照下列三种方式进行分类。1 .按基础特性分这是根据DSP芯片的工作时钟和指令类型来分类的。如果在某时钟频率范围内的任何时钟频率上，DSP5片都能正常工作，除计算速度有变化外，没有性能的下降，这类DSPE片一般称为静态DSPE片。例如，日本OKI电气公司的DSP芯片、TI公司的TMS320C2XX列芯片属于这一类。如果有两种或两种以上的DSP芯片，它们的指令集和相应的机器代码机管脚结构相
4、互兼容，则这类DSP芯片称为一致性DSP5片。例如，美国TI公司的TMS320C54X属于这一类。2 .按数据格式分这是根据DSP5片工作的数据格式来分类的。数据以定点格式工作的DSPK片称为定点DSP芯片，如TI公司的TMS320C1X/C2XTMS320C2XX/C5XTMS320C54X/C62X系歹U,AD公司的ADSP21XXC歹AT&T公司的DSP16/16AMotolora公司的MC5600咻。以浮点格式工作的称为浮点DSP片，如TI公司的TMS320C3X/C4X/C8XAD公司的ADSP21XXX歹U,AT&T公司的DSP32/32CMotolora公司的MC96002?。不
5、同浮点DSP5片所采用的浮点格式不完全一样，有的DSP芯片采用自定义的浮点格式，如TMS320C3X而有的DSP芯片则采用IEEE的标准浮点格式，如Motorola公司的MC96002FUJITS必司的MB86232f口ZORA淤司的ZR35325。3.按用途分按照DSP的用途来分，可分为通用型DSP芯片和专用型DSP芯片。通用型DSP芯片适合普通的DSP应用，如TI公司的一系列DSRE片属于通用型DSP片。专用DSP片是为特定的DSR!算而设计的，更适合特殊的运算，如数字滤波、卷积和FFT,如Motorola公司的DSP56200Zoran公司的ZR34881Inmos公司的IMSA10阴就
6、属于专用型DSP5片。3 .3DSP的应用：(1)语音处理：语音编码、语音合成、语音识别、语音增强、语音邮件、语音储存等。(2) 图像/图形：二维和三维图形处理、图像压缩与传输、图像识别、动画、机器人视觉、多媒体、电子地图、图像增强等。军事、保密通信、雷达处理、声呐处理、导航、全球定位、跳频电台、搜索和反搜索等。(3) 仪器仪表：频谱分析、函数发生、数据采集、地震处理等。(4)自动控制：控制、深空作业、自动驾驶、机器人控制、磁盘控制等。(5) 医疗：助听、超声设备、诊断工具、病人监护、心电图等。(6) 家用电器：数字音响、数字电视、可视电话、音乐合成、音调控制、玩具与游戏等。(7) 生物医学信
7、号处理举例：CT:计算机X射线断层摄影装置。(其中发明头颅CT英国EMI公司的豪斯菲尔德获诺贝尔奖。)CAT:计算机X射线空间重建装置。出现全身扫描，心脏活动立体图形，脑月中瘤异物，人体躯干图像重建。随着DSP5片性能价格比的不断提高，可以预见DSP芯片将会在更多的领域内得到更为广泛的应用。数字信号处理的目的是对真实世界的连续模拟信号进行测量或滤波。因此在进行数字信号处理之前需要将信号从模拟域转换到数字域，这通常通过模数转换器实现。而数字信号处理的输出经常也要变换到模拟域，这是通过数模转换器实现的。数字信号处理的算法需要利用计算机或专用处理设备如DSP和专用集成电路(ASIC)等。数字信号处理
8、的研究方向应该更加广泛、更加深入.特别是对于谱分析的本质研究，对于非平稳和非高斯随机信号的研究，对于多维信号处理的研究等，都具有广阔前景。数字信号处理技术发展很快、应用很广、成果很多。多数科学和工程中遇到的是模拟信号。以前都是研究模拟信号处理的理论和实现。模拟信号处理缺点：难以做到高精度，受环境影响较大，可靠性差，且不灵活等。数字系统的优点：体积小、功耗低、精度高、可靠性高、灵活性大、易于大规模集成、可进行二维与多维处理。随着大规模集成电路以及数字计算机的飞速发展，加之从60年代末以来数字信号处理理论和技术的成熟和完善，用数字方法来处理信号，即数字信号处理，已逐渐取代模拟信号处理。数字信号处理
9、是利用计算机或专用处理设备，以数字形式对信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等处理，以得到符合人们所需要的信号形第3页共47页DSP课程设计流水灯的设计式。数字信号处理是将信号以数字方式表示并处理的理论和技术。数字信号处理与模拟信号处理是信号处理的子集。数字信号处理技术及设备具有灵活、精确、抗干扰强、设备尺寸小、造价低、速度快等突出优点，这些都是模拟信号处理技术与设备所无法比拟的。数字信号处理是20世纪60年代，随着信息学科和计算机学科的高速发展而迅速发展起来的一门新兴学科。它的重要性日益在各个领域的应用中表现出来。其主要标志是两项重大进展，即快速傅里叶变换（FFT）算法的提出和数
10、字滤波器设计方法的完善。数字信号处理是把信号用数字或符号表示成序列，通过计算机或通用（专用）信号处理设备，用数值计算方法进行各种处理，达到提取有用信息便于应用的目的。例如：滤波、检测、变换、增强、估计、识别、参数提取、频谱分析等。1.4问题描述输入输出端口（1/0）是DSP芯片内部电路与外部世界交换信息的通道。输入端口负责从外界接收检测信号.键盘信号等各种开关量信弓；输出端口负责向外界输送有内部电路产生的处理结果.显示信息，控制命令.驱动信号。使用中断和定时器延时循环程序，设计DSP的流水灯控制器，在事件管理器中应用EV中断。2TMS320C54X2.1 DSP54X简介TMS320C54起T
11、I公司为实现低功耗、高速实时信号处理而专门设计的16位定点数字信号处理器，采用改进的哈佛结构，具有高速的操作灵活性和运行速度，适用于远程通信等实时嵌入式应用需要，现已广泛地应用于无线电通信系统中。TMS320C54Xr有的主要优点如下：围绕1组程序总线、3组数据总线和4组地址总线而建立的改进哈佛结构，提高了系统的多功能性和操作的灵活性；具有高度并行性和专用硬件逻辑的CPUS计，提高了芯片的性能；具有完善的寻址方式和高度专业化指令系统，更适应于快速算法的实现和高度语言编程的优化；模块化结构设计，使派生器件得到了更快的发展；采用先进的IC制造工艺，降低了芯片的功耗，提高了芯片的性能；采用先进的静态
12、设计技术，进一步降低功耗，使芯片具有更强的应用能力。TMS320C54XK列DSP芯片种类很多，但结构基本相同，主要由中央处理器CPU内部总线控制、特殊功能寄存器、数据存储器RAM程序存储器ROMI/O接口扩展功能、用行口、主要通信接口HPI、定时器、中断系统等10个部分组成。54X开发板分为TI2000-011DSP54X增强型、DSP54X+CPLDF发板、SHX-DSP54XF发板。弓IDSP54X+CPL济发板套件是一套基TMS320C54X+EPM240的DSP+CPLD学习开发平台，充分发挥DSP54沏ALTERAMAXI的灵活性和功能强大，用户手册详实易懂，大量源码轻松上手（分D
13、SP?口CPLDW部分），我们为用户提供一个完整的IP核通过CPLD!行系统资源分配，用户可以根据需要进行裁剪或追加功能。由于我们的外设都是通过CPLD1接与DSP!接进行电平转换、隔离和总线。仲裁等先进技术，所以使用极为方便灵活、简洁、并且运行及其稳定。这种结构可以充分利用了CPLD勺灵活性和功能强大的IP核进行功能更强的系统应用。是初学者和从事开发的科研工作者学习5416和CPLD勺首选之品。本开发板供初学者学习使用，也可作为系统板嵌入到用户的产品供用户进行二次开发以便缩短产品开发周期。SHX-DSP5416好发板是DSP5416系列产品中的重要一员。它的最大优点是直观简单明了，极为适于初
14、学者。此棋板采用统一的系统结构、模块结构和机械结构，以多种典型DSP处理器才成的DSP基本系统、标准总线和相同物理尺寸的DSPK入式控制模板，将5416的功能发挥的淋漓尽致，为学习者提供了强大、有效的学习平台。用户手册详实易懂，大量源码轻松上手（分DSP?口CPLDW部分），我们为用户提供一个完整的IP核通过CPLD进行系统资源分配，用户可以根据需要进行裁剪或追加功能。2.2 DSP54X事件管理器模块2.2.1 事件管理器的引脚说明第5页共47页DSP课程设计流水灯的设计表1事件管理器的引脚事件管理器A的引脚事件管理器A的引脚引脚名称描述引脚名称描述CAP1/QEP1捕获单元1输入，QEP电
15、路输入1CAP4/QEP3捕获单元4输入，QEF电路输入3CAP2/QEP2捕获单元2输入，QEP电路输入2CAP5/QEP4捕获单元5输入，QEP电路输入4CAP3捕获单元3输入CAP6捕获单元6输入PWM1比较单元1输出1PWM7比较单元4输出1PWM2比较单元1输出2PWM8比较单元4输出2PWM3比较单元2输出1PWM9比较单元5输出1PWM4比较单元2输出2PWM10比较单元5输出2PWM5比较单元3输出1PWM11比较单元6输出1PWM6比较单元3输出2PWM12比较单元6输出2T1CMP/T1PWM1定时器1比较/PWM俞出T3CMP/T3PWM定时器3比较/PWM俞出T2CMP/T2PWM1定时器2比较/PWM俞出T4CMP/T4PWM定时器4比较/PWM俞出TLCKINAEVAS时器的外部时钟输入TLCKINBEVB定时器的外部时钟输入TDIRAEV顺时器的计数方向输入TDIRBEVB定时器的计数方向输入2.2.2EV中断事件管理器中断总共分三组，每组均分别配一个CPU断(INT2、3和4)。因为每组中断均有多个中断源所以CPU中断请求通过外设中断扩展控制器(PI
