DSP原理与应用---第8章 DSP系统设计
DSP原理及应用-绪论
1982年问世的第一个定点DSP芯片是TMS320C10 同一代TMS320系列DSP产品的CPU结构是相同的， 但片内存储器及外设电路的配置不一定相同
15
TI的三大主力芯片
TMS320C2000系列 用于数字控制系统 TMS320C5000系列 用于低功耗、便携的无线通信终端产品 TMS320C6000系列
2
要求：
不迟到、不早退、更不能无故旷课 按时完成作业，决不容许抄袭现象
课堂上积极回答问题，积极参与讨论
3Leabharlann 第1章 绪论1.1 数字信号处理概述
4
数字信号处理：滤波、参数提取、频谱分析、压缩等
Digital Signal Processing 广义理解 DSP Digital Signal Processor 狭义理解
美国Inmos公司的：IMSA100卷积/相关器
14
TMS320 DSP芯片（通用型）
定点型
TMS320C1x、 TMS320C2x、 TMS320C2xx、 TMS320C5x、 、 TMS320C54x、 TMS320C62x
浮点型
TMS320C3x、 TMS320C4x、 TMS320C67x
外部可扩展的程序和数据空间，总线接口，I/O接口等。
不同的DSP芯片所提供的硬件资源是不相同的，应根据系统的 实际需要，考虑芯片的硬件资源。
27
4．DSP芯片的运算精度
运算精度取决于DSP芯片的字长。定点DSP芯片的字长通常
为16位和24位。浮点DSP芯片的字长一般为32位。
5．DSP芯片的开发工具 快捷、方便的开发工具和完善的软件支持是开发大型、复杂 DSP应用系统的必备条件。
第八章 增强型正交编码脉冲(eQEP)模块-TMS320F28335 DSP原理、开发及应用-符晓
EQEPxI
EQEPxS
Index Strobe 原点
寄存器名称
QPOSCNT
QPOSINIT QPOSMAX
QPOSCMP
QPOSILAT
QPOSSLAT
QPOSLAT QUTMR QUPRD
QWDTMR QWDPRD QDECCTL QEPCTL QCALCTL QPOSCTL
QEINT QFLG QCLR QFRC QEPSTS QCTMR QCPRD QCTMRLAT
eQEP的模块框图
边沿捕获单元 （QCAP）
位置计数器 及控制单元
(PCCU)
正交 解码 单元
(QDU)
eQEP与编码器的连接示意图
正交捕获
32位时基
SYSCLKOUT
QEP 的看门狗 位置/计数比较
Ch. A Ch. B
EQEPxA/XCLK
EQEPxB/XDIR
Quadrature Decoder
第八章 8 增强型正交编码脉冲（eQEP）模块
什么是增量型正交编码器
配合编码器来获取位置、方向及转速信息
正反转情况下编码器输出脉冲
顺时针旋转
注：N=每周槽数
逆时针旋转
Index（索引）脉冲
位置（角度）是如何由正交脉冲确定的
位置分辨率是/4角度
(00) (11)
(A,B) =
(10) (01)
定时器基准单元寄存器
2
定时器基准单元周期寄存器
0x12 0x13 0x14 0x15 0x16 0x17 0x18 0x19 0x1A 0x1B 0x1C 0x1D 0x1E 0x1F
1
看门狗定时器
1
看门狗周期寄存器
DSP原理与应用 第三版
运算速度 以上。TMS320C6201执行1024点复数FFT运算时间只有66uS。
高度集成化
集滤波、A/D、D/A、ROM、RAM和DSP内核于一体的
运算精度和动态范围
模拟混合式DSP芯片已有较大的发展和应用。 DSP字长从8位已增到64位,累加器长度也增到40位,
开发工具
提高了运算精度。同时,采用超长字指令字(VLIW)结构和
2. TMS320C55x概况
目前C55x系列芯片主要有:
C5501/2(主频300MHz, McBSP,HPI接口), C5503/6/7/9A (主频200MHz, McBSP, HPI,
优点：成本低廉 缺点：性能差、
速度慢
DSP处理器
优点：速度高、大规模生产成本低； 缺点：开发成本高、通用性差。
针对数字信号处理的要求而设计，是数 字信号处理系统设计中采用的主流芯片。 优点：灵活、高速、便于嵌入式应用
7
1.2 DSP芯片简介
1.2.1 DSP芯片的发展历史、现状和趋势 1.2.2 DSP芯片的特点 1.2.3 DSP芯片的分类 1.2.4 DSP芯片的应用领域 1.2.5 选择DSP芯片考虑的因素
可同时进行取指令和多个数据存取操作,使CPU
在一个机器周期内可多次对程序空间和数据空
采用哈佛结构 间进行访问, 大大地提高了DSP的运行速度。
采用多总线结构
T1
T2
T3
T4
时钟
采用流水线结构
取指令
N
N+1
N+2
N+3
指令译码
N-1
N
N+1
N+2
配有专用的硬件乘法-累加器 取操作数 N-2
DSP原理及应用
DSP的应用和发展前景课程名称：DSP原理与应用任课教师：所在学院：专业：班级：学生姓名：学号：年月1．引言DSP即为数字信号处理器(Digital Signal Processing)，是在模拟信号变换成数字信号以后进行高速实时处理的专用处理器。
它的工作原理是将现实世界的模拟信号转换成数字信号，再用数学方法处理此信号，得到相应的结果。
自从数字信号处理器(Digital Signal Processor)问世以来，由于它具有高速、灵活、可编程、低功耗和便于接口等特点，已在图形、图像处理，语音、语言处理，通用信号处理，测量分析，通信等领域发挥越来越重要的作用。
随着成本的降低，控制界已对此产生浓厚兴趣，已在不少场合得到成功应用。
DSP数字信号处理器DSP芯片采用了数据总线和程序总线分离的哈佛结构及改进的哈佛结构，较传统处理器的冯诺依曼结构具有更高的指令执行速度。
其处理速度比最快的CPU快10-50倍。
在当今数字化时代背景下，DSP 已成为通信、计算机、消费类电子产品等领域的基础器件，被誉为信息社会革命的“旗手”。
2. DSP的发展历程DSP发展历程大致分为四个阶段：第一阶段是70年代理论先行，第二阶段是80年代产品普及，第三阶段是90年代突飞猛进，第四阶段是21 世纪再创辉煌。
在DSP出现之前数字信号处理只能依靠MPU（微处理器）来完成。
但MPU较低的处理速度无法满足高速实时的要求。
因此，70年代有人提出了DSP的理论和算法基础。
而DSP仅仅停留在教科书上，即便是研制出来的DSP系统也是由分立组件组成的，其应用领域仅局限于军事、航空航大部门。
随着大规模集成电路技术的发展，1982年世界上诞生了首枚DSP芯片。
这种DSP器件采用微米工艺NMOS技术制作，虽功耗和尺寸稍大，但运算速度却比MPU快了几十倍，尤其在语音合成和编码解码器中得到了广泛应用。
DSP芯片的问世标志着DSP应用系统由大型系统向小型化迈进了一大步。
DSP原理及应用-(修订版)--课后习题答案
第一章：1、数字信号处理的实现方法一般有哪几种？答：数字信号处理的实现是用硬件软件或软硬结合的方法来实现各种算法。
(1) 在通用的计算机上用软件实现；(2) 在通用计算机系统中加上专用的加速处理机实现；(3) 用通用的单片机实现，这种方法可用于一些不太复杂的数字信号处理，如数字控制；(4)用通用的可编程 DSP 芯片实现。
与单片机相比，DSP 芯片具有更加适合于数字信号处理的软件和硬件资源，可用于复杂的数字信号处理算法；(5) 用专用的 DSP 芯片实现。
在一些特殊的场合，要求的信号处理速度极高，用通用 DSP 芯片很难实现（ 6）用基于通用 dsp 核的asic 芯片实现。
2、简单的叙述一下 dsp 芯片的发展概况？答：第一阶段， DSP 的雏形阶段（ 1980 年前后）。
代表产品： S2811。
主要用途：军事或航空航天部门。
第二阶段， DSP 的成熟阶段（ 1990 年前后）。
代表产品： TI 公司的 TMS320C20主要用途：通信、计算机领域。
第三阶段， DSP 的完善阶段（ 2000 年以后）。
代表产品：TI 公司的 TMS320C54 主要用途：各个行业领域。
3、可编程 dsp 芯片有哪些特点？答： 1、采用哈佛结构（ 1）冯。
诺依曼结构，（ 2）哈佛结构（ 3）改进型哈佛结构2、采用多总线结构 3.采用流水线技术4、配有专用的硬件乘法-累加器5、具有特殊的 dsp 指令6、快速的指令周期7、硬件配置强8、支持多处理器结构9、省电管理和低功耗4、什么是哈佛结构和冯。
诺依曼结构？它们有什么区别？答：哈佛结构：该结构采用双存储空间，程序存储器和数据存储器分开，有各自独立的程序总线和数据总线，可独立编址和独立访问，可对程序和数据进行独立传输，使取指令操作、指令执行操作、数据吞吐并行完成，大大地提高了数据处理能力和指令的执行速度，非常适合于实时的数字信号处理。
冯。
诺依曼结构：该结构采用单存储空间，即程序指令和数据共用一个存储空间，使用单一的地址和数据总线，取指令和取操作数都是通过一条总线分时进行。
DSP芯片原理及应用
《DSP芯片原理及应用》实验指导书唐山学院信息工程系DSP实验室2008年9月前言一．DSP原理及应用实验的任务数字信号处理实验是数字信号处理理论课程的一部分，它的任务是：1.通过实验进一步了解和掌握数字信号处理的基本理论及算法、数字信号处理的分析方法和设计方法。
2.学习和掌握数字信号处理的仿真和实现技术。
3.提高应用计算机的能力及水平。
二．实验设备DSP原理及应用实验所使用的设备由计算机、CPU板、语音单元、开关量输入输出单元、液晶显示单元、键盘单元、信号扩展单元、CPLD模块单元、模拟信号源、直流电源单元等组成。
其中计算机是CCS软件的运行环境，是程序编辑和调试的重要工具。
语音单元是语音输入和输出模块，主要完成语音信号的采集和回放。
开关量输入输出单元可以对DSP输入或输出开关量。
液晶显示单元可以对运行结果进行文字和图形的显示。
模拟信号源可以产生频率和幅度可调的正弦波、方波、三角波。
直流电源单元可以提供 3.3V、+5V、-12V和+12V 的直流电源。
装有CCS软件计算机与整个实验系统共同构成整个的DSP软、硬件开发环境。
所有的DSP芯片硬件的实验都是在这套实验装置上完成的。
三．对参加实验学生的要求1.阅读实验指导书，复习与实验有关的理论知识，明确实验目的。
2.按实验指导书要求进行程序设计。
3.在实验中注意观察，记录有关数据和图像，并由指导教师复查后才能结束实验。
4.实验后应断电，整理实验台，恢复到实验前的情况。
5.认真写实验报告，按规定格式做出图表、曲线、并分析实验结果。
字迹要清楚，画曲线要用坐标纸，结论要明确。
爱护实验设备，遵守实验室纪律。
目录第一章DSP原理及应用实验 (3)实验一常用指令实验 (3)实验二数据存储实验 (5)实验三I/O实验 (7)实验四定时器实验 (9)实验五外部中断实验 (11)实验六语音采集回放 (14)实验七语音信号的FFT分析 (18)实验八基于语音信号的IIR算法实验 (20)实验九语音信号的FIR算法实验 (23)第二章DSP CPU挂箱介绍 (26)第一节系统概述 (26)第二节54XB开发模板概述 (26)第一章DSP原理及应用实验实验一常用指令实验一．实验目的1.了解DSP开发系统的组成和结构；2.熟悉DSP开发系统的连接；3.熟悉DSP的开发界面，熟悉CCS的用户界面，学会CCS环境下程序编写、调试、编译、装载，学习如何使用观察窗口。
DSP工作原理
DSP工作原理一、概述数字信号处理（Digital Signal Processing，简称DSP）是指利用数字技术对模拟信号进行采样、量化、编码、处理和重构的过程。
DSP技术广泛应用于通信、音频、视频、雷达、医学影像、控制系统等领域。
本文将详细介绍DSP的工作原理。
二、DSP的基本原理1. 采样与量化DSP处理的第一步是对模拟信号进行采样和量化。
采样是指将连续时间的模拟信号转换为离散时间的数字信号，采样频率决定了信号的频率范围。
量化是指将连续幅度的模拟信号转换为离散幅度的数字信号，量化精度决定了信号的动态范围。
2. 编码与解码采样和量化后的数字信号需要进行编码和解码。
编码是将采样和量化后的数字信号转换为二进制码，常用的编码方式有脉冲编码调制（PCM）、压缩编码（如MP3）等。
解码则是将编码后的二进制码转换为数字信号。
3. 数字信号处理在DSP芯片中，数字信号处理器（DSP Processor）是核心部件。
DSP处理器通过运算单元、存储器、控制单元等组成，可以进行各种算法运算，如滤波、变换、调制解调等。
DSP处理器具有高速计算和并行处理能力，能够实时处理大量的数字信号。
4. 数字信号重构经过数字信号处理后，需要将数字信号重新转换为模拟信号。
重构过程包括数模转换（Digital-to-Analog Conversion，简称DAC）和滤波。
数模转换将数字信号转换为模拟信号，滤波则是为了去除数字信号处理过程中引入的噪声和失真。
三、DSP的应用领域1. 通信领域在通信系统中，DSP广泛应用于调制解调、信号解码、信道均衡、自适应滤波等方面。
例如，手机中的语音信号经过DSP处理后可以实现降噪、增强音质等功能。
2. 音频领域在音频系统中，DSP可以实现音频信号的处理和增强，如混响效果、均衡器、压缩扩展等。
同时，DSP还可以实现音频编解码，如MP3、AAC等音频格式的解码和压缩。
3. 视频领域在视频系统中，DSP可以实现视频信号的编解码、图像处理、运动估计等。
dsp原理与开发编程
dsp原理与开发编程DSP（Digital Signal Processing）是数字信号处理的简称，它是利用数字技术对信号进行处理和分析的一种方法。
它主要应用于音频、图像、视频和通信等领域，能够对这些信号进行滤波、变换、编码、解码、压缩、增强、识别等操作。
DSP的基本原理是将模拟信号转换为数字信号，通过在数字域中进行计算和处理，再将数字信号转换为模拟信号。
这个过程主要包括信号采样、量化、编码、数字滤波、时域和频域分析等步骤。
在DSP的开发编程中，主要使用的编程语言是C/C++和MATLAB。
C/C++是一种通用的编程语言，适用于各种平台和嵌入式系统，它可以实现高效的算法和数据处理。
MATLAB 则是一种高级的数学软件，它提供了丰富的信号处理函数和工具箱，可以方便地进行信号处理和分析。
在DSP的开发编程中，常用的算法和技术包括滤波、快速傅里叶变换（FFT）、信号重构、自适应滤波、波束形成、多通道处理等。
开发人员可以根据具体的应用需求选择合适的算法和技术，并结合相应的编程语言进行实现和调试。
除了基本的信号处理算法和技术外，还可以使用硬件加速技术来提高DSP的性能。
常用的硬件加速技术包括使用FPGA （Field Programmable Gate Array）和ASIC（Application-Specific Integrated Circuit）等可编程逻辑器件，以及使用GPU （Graphics Processing Unit）等图形处理器。
总之，DSP原理与开发编程是一门涉及信号处理和算法实现的技术，可以应用于多个领域。
通过合理选择算法和技术，并结合相应的编程语言和硬件加速技术，可以实现高效、精确和可靠的数字信号处理。
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电源
电源对PCB布局的影响（1）
供电电源 滤波电容
旁路电容
稳压器
反馈线
大电容
电源
电源对PCB布局的影响（2）
供电电 源
旁滤路波电电容 大容电容
稳压 器
反馈线
模拟地
数字地
数字电源 （没有显示
）
直流输入 5V
电源
DSP系统电源方案
线性稳压器
优点：简单、成本低 缺点：效率低
TPS76801： 5V 可调 1A
EN PG
TPS76833： 5V 3.3V 1A
EN PG
TPS75701： 5V 可调 3A
EN PG
Hale Waihona Puke TPS75733： 5V 3.3V 3A
EN PG
电源
电源器件选型：常用器件（2）
开关电源控制器：
➢ 双路输出
TPS56300： 5V 1.3V～3.3V（可设置） 取决于MOS 管
锁相环电路PLL（Phase-Locked
振 荡 电 路
晶体
时钟
基础知识（2）：PLL
FVCO／P = FREF／Q FOUT = FVCO／N FOUT = FREF ×P／（Q×N）
常用的SVS器件：
➢ TPS3823-33,MAX706/MAX708：具有电压监测、上电复位、手动 复位和看门狗电路
➢ TPS3809K33：仅有电压监测和上电复位功能
电源
电源电路实例（1）
电源
电源电路实例（2）
时钟
基础知识 系统中哪些器件需要时钟 器件的时钟选项 时钟电路 时钟信号电气指标 时钟电路选择原则 使用C6000系列DSP片内PLL 时钟对PCB布局的影响
模拟地
电源
从（有噪声的）数字电源产生模拟电源
多路稳压器方法
多路稳压器提供更好的 去耦效果
稳压器A +V
数字电源 数字地
必须注意：模拟地和数 字地必须连在一起
0V 来自整流器
稳压器B
模拟电源 模拟地
旁路电容
电源
电源旁路滤波
旁路电容
旁路电容起电荷池的 作用，以减少电源上 的噪声
旁路电容一般采用瓷 片电容
CPU内核与I/O供电应尽可能同时，二者时间相差不能太长（一 般不能＞1s，否则会影响器件的寿命或损坏器件）。
为了保护DSP器件，应在CPU内核电源与I/O电源之间加一肖特 基二极管
电源
电源监视与系统监视
SVS：电源电压监视器件
主要功能：监测电源电压，当不满足要求时，产生复位信号
辅助功能：上电复位、手动复位、看门狗电路
电源
电源器件选型：常用器件（1）
线性稳压器：
➢ 双路输出 TPS767D318： 5V 3.3V／1.8V 1A／1A EN TPS767D301： 5V 3.3V／可调 1A／1A EN
➢ 单路输出
TPS76333： 5V 3.3V 150mA EN
TPS7333：
5V 3.3V 500mA EN
多处理器接口：
•双口RAM（DPRAM） •HPI接口 •PCI接口
存储器：
•异步存储接口 SRAM、Flash、NvRAM……
•同步存储器 同步静态RAM：SBSRAM、ZBTSRAM 同步动态RAM：SDRAM
模同拟步I/FOIF：O
•通用A/D、D/A •音频Codec •视频Decoder、Encoder •……
第11章：DSP系统设计
C6000 DSP系统设计
DSP系统 电源 时钟 JTAG 周边器件
DSP系统构成
最小系统组成
一个C6000 DSP要能够 正常的运行程序完成简 单的任务，并能够通过 JTAG被调试，它的最小 系统应该包括C6000芯 片、电源、时钟源、复 位电路、JTAG电路、程 序ROM以及对芯片所做 的设置。
将DSP上的所有电源引脚连到各自的供电电源上
电源
数字和模拟部分独立供电
数字
模拟
电源
电源
TMS320™ DSP
外部 数字 电路
数字 部分
模拟 部分
外部 模拟 电路
数字地
模拟地
电源
从（有噪声的）数字电源产生模拟电源
被动滤波电路
数字电源
模拟电源
被动去耦电路：
简单
对大多数应用已经可 以满足要求
数字地
开关电源控制器
优点：大电流、高效率 缺点：占地大
开关电源模块
优点：高效率、方便 缺点：成本高
直流输出 Vcore VI/O
直流输出
直流输出
电源
电源器件选型：步骤
用哪种类型的电源器件 输入电压 输出电压
➢ 输出电压是否可调
➢ 输出电压的路数
输出电流 控制／状态：EN控制、PowerGood状态
DSP系统功能框图
电源：
•电源供电 •电源监视 •系统监视
手动复位
时钟看门：狗电路
•CPU时钟 •EMIF时钟
•外C设LK时I/钟O
Vcore VI/O RESET
DSP
数据 地址 控制
CLKCPU CLKEMIF
片上外设
DSP外部接口
总线扩展
•存储总线 •外设总线 •系统总线：复位、时钟、中断……
时钟
晶体Crystal
基础知识（1）
晶体谐振器的简称，是一种压电石英晶
体器件，具有一个固有的谐振频率，在 恰当的激励作用下，以其固有频率振荡 。
振荡电路Oscillator
为晶体提供激励和检测的电路
晶振Crystal Oscillator
将晶体、振荡器和负载电容集成在一起 ，其输出直接为一方波时钟信号。
核
I/O
模拟 PLL Flash
电源 电源
电源 电源 电源
TMS320™ DSP
核地 I/O地 模拟地 PLL地
TI DSP上有5类典型电源引脚：
1. CPU核电源引脚 2. I/O电源引脚 3. PLL电路电源引脚 4. Flash编程电源引脚（仅C2000系列DSP有） 5. 模拟电路电源引脚 （仅C2000系列DSP有）
TPS5602： 管
5V 可调节
取决于MOS
➢ 单路输出
TPS56100： 5V 1.3～2.6V（可设置） 管
取决于MOS
开关电源模块：
➢ 双路输出
PT6931：
5V 3.3V／1.8V 5.5A／1.75A
PT6932：
5V 3.3V／1.5V 5.5A／1.45A
电源
上电次序
CPU内核先于I/O上电，后于I/O掉电
数字I/O：
•开入／开出 •串行通信接口
UART（RS232、RS422/RS485） CAN总线 USB ……
电源
DSP系统需要的电源种类 数字电源和模拟电源 电源滤波 电源对PCB布局的影响 供电方案及器件选型 上电次序 电源监视与系统监视 电源电路实例
电源
给TI DSP供电