VLSI数字信号处理系统设计

基于DSP 的FIR滤波器的设计

基于TMS320VC5416 的FIR 数字滤波器设计与实现

论文摘要：在现代电子系统中，数字滤波器在语音处理、图像处理、模式识别以及各种随机信号分析中有着广泛的应用，且其波形传递系统中都越来越多的要求信道具有线性的相位特性，在这方面FIR滤波器具有独到的优点，它可以在幅度特性随意设计的同时保证精确严格的线性相位。本文以窗函数法设计线性相位FIR数字滤波器为例，研究有限冲击响应（FIR）滤波器的基本原理，介绍用MATLAB工具软件设计数字滤波器的方法和如何在定点TMS320VC5416 DSP芯片上设计实现连续数字滤波器。

关键词：FIR滤波器，TMS320V5416

一. 课题的目的以及意义

随着集成电路技术的发展，各种新型的大规模和超大规模集成电路不断涌现集成电路技术与计算机技术结合在一起，使得对数字信号处理系统功能的要求越来越强。 DSP 技术就是基于VLSI技术和计算机技术发展起来的一门重要技术，DSP 技术已在通信、控制信号处理、仪器仪表、医疗、家电等很多领域得到了越来越广泛的应用.在数字信号处理中数字滤波占有极其重要的地位。数字滤波在语音信号、图象处理模式识别和谱分析等领域中的一个基本的处理技术。数字滤波与模拟滤波相比数字滤波具有很多突出的优点，主要是因为数字滤波器是过滤时间离散信号的数字系统，它可以用软件（计算机程序）或用硬件来实现，而且在两种情况下都可以用来过滤实时信号或非实时信号。尽管数字滤波器这个名称一直到六十年代中期才出现，但是随着科学技术的发展及计算机的更新普及，数字滤波器有着很好的发展前景。同时它也有完全取代模拟滤波器的时候，原因是数字滤波没有漂移，它能处理低频信号，数字滤波的频率响应特征可做成极接近于理想的特性，它可以做成没有插入损耗和有线性相位特性，可相当简单地获得自适应滤波，滤波器的设计者可以控制数字字长，因而可以精确地控制滤波器的精度，其中的道理是数字滤波随着滤波器参数的改变，很容易改变滤波器的性能。这一特点就能允许我们用一种程序滤波器来完成多重滤波任务。滤波器对幅度和相位特性的严格要求，可以避免模拟滤波器所无法克服的电压漂移、温度漂移和噪声等问题。用可编程DSP芯片实现数字滤波可通过修改滤波器的参数十分方便地改变滤波器的特性，因此我们有必要对滤波器的设计方法进行研究，理解其工作原理优化设计方法，设计开发稳定性好的滤波器系统。我们将通过DSP设计平台来实现较为重要的“FIR 和自适应滤波器系统”并实现了它们的应用系统以TMS320VC5416芯片为核心的硬件电路，实现能独立完成滤波功能的系统从而通过本课题的研究。掌握滤波器的设计技术和原理能为在通信领域、信号处理领域等诸多领域中对数字滤波器的设计提供技术和准备。本科题的研究将为今后设计以DSP为核心部件的嵌入式系统集成提供技术准备，这不仅具有重要的理论意义同时还具有重要的现实意义。

信号处理行业数据分析与应用考试

（答案见尾页）

一、选择题

1. 信号处理行业数据分析的常用方法有哪些？

A. 波斯谱分析

B. 小波变换

C. 矩阵分析

D. 频谱分析

2. 在信号处理中，以下哪个参数常用于评估信号质量？

A. 信噪比

B. 噪声功率

C. 线性度

D. 传递函数

3. 以下哪个选项是频域分析的代表？

A. 能量守恒

B. 傅里叶变换

C. 矩阵对角化

D. 最大似然估计

4. 信号处理中，以下哪个技术可用于实现信号的分离和识别？

A. 卡尔曼滤波

B. 神经网络

C. 零均值漂移

D. 高斯过程

5. 在数字信号处理中，以下哪种算法常用于滤波和信号重建？

A. 中值滤波

B. 巴特沃斯滤波

C. 各向异性扩散 D. K-均值聚类

6. 信号处理行业中，以下哪个软件或工具常用于分析和处理信号？

A. MATLAB B. Python C. SPSS D. Excel

7. 以下哪个选项是信号处理中的一种线性变换？

A. 平方和

B. 微分方程

C. 积分

D. 快速傅里叶变换（FFT）

8. 在信号处理中，以下哪个概念常用于描述信号的周期性？

A. 相位

B. 指数

C. 谐波

D. 频率

9. 信号处理行业中，以下哪个领域的研究最常涉及算法优化？

A. 语音识别

B. 图像处理

C. 机器学习

D. 自动驾驶

10. 以下哪个选项是信号处理中的一种非线性变换？

A. 对数变换

B. 线性回归

C. 逻辑回归

D. 放射变换

11. 信号处理行业数据分析的常用方法有哪些？ A. 描述性统计

B. 假设检验

C. 回归分析

D. 时间序列分析

E. 机器学习

12. 在信号处理行业中，以下哪个参数常用于评估信号质量？

A. 信噪比

B. 码间干扰

C. 谐波失真

D. 信号衰减

E. 频谱宽度

基于TMS320F2812的DSP最小系统设计毕业设计论文

任务书

题目：基于TMS320F2812的DSP最小系统设计

要求：

TMS320F2812的DSP最小系统设计包括两个模块，即硬件设计模块和软件检测模块。硬件设计模块包括电源设计、复位电路设计、时钟电路设计、存储器设计、JTAC接口设计等。软件检测模块需要编写测试程序。用Protel软件绘制原理图和PCB图。从理论上分析，设计的系统要满足基本的信号处理要求。

摘要

DSP主要应用在数字信号处理中，目的是为了能够满足实时信号处理的要求，因此需要将数字信号处理中的常用运算执行的尽可能快。这就决定了DSP的特点和关键技术。适合数字信号处理的技术：DSP包涵乘法器，累加器，特殊地址发生器，领开销循环等；提高处理速度的技术：流水线技术，并行处理技术，超常指令等。

DSP对元件值的容限不敏感，受温度、环境等外部参与影响小；容易实现集成；VLSI 可以时分复用，共享处理器；方便调整处理器的系数实现自适应滤波；可实现模拟处理不能实现的功能：线性相位、多抽样率处理、级联、易于存储等；可用于频率非常低的信号。

关键词： TMS320F2812，CCS3.3，Protel99SE软件

第1章绪论

第2章系统设计

2.1系统方案介绍

2.2 系统结构设计

第3章硬件电路设计

3.1 TMS320F2812芯片介绍

3.2电源及复位电路设计

3.3 时钟电路设计

3.4 DSP与JTAG接口设计

3.5 DSP的串行接口设计

3.6 通用扩展口设计

3.7 总体电路原理图设计

第4章软件设计

4.1 程序设计

4.2 仿真调试

总结

参考文献

附录1：总体电路图

附录2：程序代码

第1章绪论

数字化已成为电子、通信和信息技术的发展趋势与潮流。在这种趋势与潮流的推动下，数字信号处理的理论与实现手段获得了快速的发展，已成为当代发展最快的学科之一。而DSP芯片作为数字信号处理，尤其是实时数字信号处理的主要方法和手段，自20世纪70年代末、80年代初诞生以来，无论在性能上还是在价格上，都取得了突破性的迅猛发展。从定点到浮点直到并行处理芯片，DSP芯片的功能越来越强、速度越来越快例如TI公司的并行处理芯片C6000系列的速度达到了2400MIPS的高指标；而且，DSP芯片的价格越来越低，开发与设计手段越来越多样化、越来越容易。越来越高的性能价格比、日渐完善的开发方式使DSP的应用范围越来越大，已经广泛地应用于通信、雷达、声纳、遥感、生物医学、机器人、控制、精密机械、语音和图像处理等领域。可以毫不夸张地说，以DSP芯片为基础的数字信号处理技术已成为当代电子、通信和信息处理技术不可或缺的重要手段。

dsp的发展及其基本知识

随着科技的不断发展，数字信号处理（Digital Signal Processing，简称DSP）已经成为现代通信、音频、图像处理等领域的重要基础技术。本文将介绍DSP的发展历程以及其基本知识。

一、DSP的发展历程

1.1 早期阶段

20世纪50年代到70年代是DSP的早期阶段。当时，由于计算机性能的限制，DSP的应用受到了很大的限制。主要应用领域集中在通信领域的信号解调和滤波。算法实现主要依赖于硬件电路。

1.2 器件集成阶段

20世纪80年代到90年代，随着VLSI技术的成熟以及数字信号处理算法的进一步发展，DSP开始逐渐向高性能、高集成度的方向发展。DSP芯片逐渐普及，使得DSP在多个领域得到了广泛的应用。此阶段的DSP以TI的TMS320系列芯片为代表。

1.3 现代阶段

进入21世纪，DSP技术不断创新，应用领域不断扩大。DSP芯片的性能大幅提升，架构也日益复杂。当前，DSP已广泛应用于无线通信、音频视频处理、图像识别等领域。同时，DSP的软件化发展也为其应用带来了更大的灵活性。

二、DSP的基本知识 2.1 DSP的定义和特点

DSP是指利用数值计算方法对数字信号进行处理的技术和方法。与传统模拟信号处理（ASP）相比，DSP的特点主要包括以下几点：

- 数字化：DSP以数字信号为处理对象，能够充分利用计算机的高速运算和大容量存储等优势。

- 精确性：由于数字信号的离散性，DSP可以实现精准的算法和计算，提高信号处理的准确度。

- 稳定性：数字信号的处理过程中不受外界环境因素的影响，具有较好的稳定性和可重复性。

2.2 DSP的应用领域

DSP应用广泛，主要涉及以下几个领域：

- 通信领域：DSP在无线通信中的调制解调、信道编解码、防抖动等方面有着重要应用。

- 音频视频处理领域：DSP可以实现音频信号的编码解码、混响、降噪等音频处理功能，也可用于图像的压缩和增强等处理。

数字信号无线传输技术

摘要：数字信号已进入了现代社会的各个领域，同模拟信号传输相比，数字信号传输有很大的变化。本文简要阐述了数字信号无线传输特性，以及无线信道对信号的影响，提出了信号改善途径。

关键词：数字信号；信道；无线传输

中图分类号：TN 文献标识码：A

0 引言

在信号传输中，不同的数据必须转换为相应的信号。模拟数据一般采用模拟信号(Analog Signal)，数字数据则采用数字信号(Digital Signal)。模拟信号的瞬时值的状态数是无限的，如低频正弦信号、语音信号、图像信号等；而数字信号的瞬时值的状态数是有限的，如计算机和电报机的输出信号等。

模拟信号在传输过程中，由于噪声的干扰和能量的损失总会发生畸变和衰减，所以模拟传输时，每隔一定的距离就要通过放大器来放大信号的强度。然而放大信号强度的同时，由噪声引起的信号失真也随之放大。当传输距离增大时，多级放大器的串联会引起失真的叠加，从而使信号的失真越来越大。而数字传输，只有代表了0和1变化模式的数据，方波脉冲式的数字信号在传输过程中除了会衰减外，也会发生失真，但它是采用转发器来代替放大器。转发器可以通过阈值判别等手段，识别并恢复其原来的0和1变化的模式，并重新产生一个新的完全消除了衰减和畸变的信号传输出去，这样多级的转发不会累积噪声引起的失真。

1 数字信号无线传输的特性

信道是信号的传输媒质，按传输媒质的不同，信道可分为有线信道和无线信道，其中无线信道随机性较大，变化快，主要有长波信道、中波信道、短波信道、地面微波信道、卫星信道、散射信道、红外信道及空间激光信道等。现代移动通信系统都使用数字调制技术，随着超大规模集成(VLSI)技术和数字信号处理(DSP)技术的发展，数字传输系统比模拟传输系统更有效。数字传输有许多优点：

（1）数字信号本身具有更好的抗噪能力和更强的抗信道损耗性能。采用再生中继、纠错编码等差错控制措施后，数字信号可以再生而消除噪声的累积，甚至可在噪声远大于有用信号的情况下，保证获得可接受的保真度和误码率。

DSP优势

数字信号处理(Digital Signal Processing，简称DSP)是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。随着数字信号处理技术的日益推进，DSP领域的科技成果越来越普遍的应用于音频领域并大大的推动了音频科技的进步。

一、DSP的优势

数字化的音频产品必将涉及将类比信号转换成数字信号后加以传输的问题。而在这种转换的过程中需要做大量的数学运算，因此必须选择运算快速的微处理器才能完成实时的字信号处理。而市面上的微处理有成百上千种，各有其特色及对应的应用场合，DSP以其特有的优势更适合音频领域。

DSP具有两条内部总线，一个是数据总线，一个是程序总线；而传统的微处理器内部只有一条总线供数据传输与程序执行使用；从上面我们已经看到ModifiedHarvard架构在大量数学运算方面有着强大的优势，在DSP内部具有硬件乘法器，大量的寄存器，目前最快的可在一个指令周期内完成32bit乘32bit的指令，而传统的微处理器运算系以微代码来执行，碰到乘法运算指令时就得消耗掉好几个指令周期，加上传统的微处理器中的寄存器较少，不得不经常从外部储存器传输数据来进行运算，而DSP指令具备重新执行功能，因此在数学运算速度超越一般传统的微处理器。归纳起来DSP具备有以下的特点：内建乘法累加器；指令管线化；多总线与存储空间；循环寻址与位重新寻址；零负荷循环运算；晶片内含存储体与存储体介面。

总地说来与通用微处理器相比，DSP微处理器（芯片）有以下优缺点

DSP优点：对元件值的容限不敏感，受温度、环境等外部参与影响小；容易实现集成；VLSI；可以分时复用，共享处理器；方论文联盟便调整处理器的系数实现自适应滤波；可实现模拟处理不能实现的功能：线性相位、多抽样率处理、级联、易于存储等；可用于频率非常低的信号。

信号链（SignalChain）芯片

信号链一个系统中信号从输入到输出的路径。具体来说，信号链是对从信号采集（传感器）、信号处理（放大、缩小、滤波）、模数转换（A/D转换器）、到程序处理（微处理器）这一个信号处理过程的总称。由一个一个模块（芯片）组成一整条“链条”。

简单的说，所谓信号链芯片（就是Sensor+ADC+MCU），是连接真实世界和数字世界的桥梁。在信号链芯片的传递之下，真实世界的声音、压力、温度、湿度，图像，距离等真实信号会转变成了数字世界的信息，再将这些数字信号交由微处理器MCU进行处理。

信号链芯片的分类

信号链类芯片技术壁垒较高，主要的技术门槛在于是模拟数字转换ADC芯片的技术壁垒，目前市场采用最多的模数转换芯片按照结构和原理主要分为3大门类：

01.

Σ-Δ结构型高精度的ADC

所谓的 Σ-ΔADC的原理，就是利用过采样(Oversampling)技术、将噪声整形技术和数字滤波技术以很低的采样精度和很高的采样速率将模拟信号数字化，将高精度的转换问题化简为低精度的转换问题，增加有效精度。这种模数转换结构将会越来越多地出现在一些特定的应用领域中，采样精度高达24-36 bits；采样速率从1sps到几百Ksps；特别适用于在温度，压力，称重等低速、低频信号的采集。

由于采用混合信号CMOS工艺，可实现低价格、高精度的数据采集和数字信号处理；同时过采样技术和Σ-Δ调制技术，增加了系统中数字电路的比例，减少了模拟电路的比例，并且易于与数字系统实现单片集成。适应了VLSI(Very Large Scale Integration超大规模集成电路）技术发展的要求。

02.

SAR结构型的中高速ADC

更快的信号转换，如对于快速旋转的电动机，持续不断地需要互补的采样速度，编码器中具有高分辨率和快速转换速率的模数转换器（SAR-ADC）是其功能的核心。SAR-ADC的输入带宽(数十MHz)比采样频率高。所需输入信号带宽一般在10MHz内。

设计工程师岗位职责工作内容及任职资格要求

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DSP简介(精)

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百科名片

基于dsp的线路应用

数字信号处理(Digital Signal Processing，简称DSP)是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。

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DSP技术的应用

DSP发展轨迹

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Windows系统DSP

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DSP微处理器

DSP（digital signal processor）是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1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次乘法和一次加法；

（2）程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据；。

-可编辑修改- （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；

（5）快速的中断处理和硬件I/O支持；

（6）具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器；

集成电路的分类和应用领域

集成电路是一种电子元件，它将电子器件和电子元器件的功能和性能集成到一个芯片上。集成电路可以按照不同的分类方式进行分类，例如按照集成度、功能、材料和制造工艺等方面进行分类。同时，集成电路也广泛应用于各个领域。

一、按照集成度进行分类

1. 小规模集成电路(SSI，Small-Scale Integration)：通常包含10个及以下的逻辑门电路，例如门电路、触发器等。

2. 中规模集成电路(MSI，Medium-Scale Integration)：通常包含10到100个逻辑门电路，例如算术逻辑单元(ALU)等。

3. 大规模集成电路(LSI，Large-Scale Integration)：通常包含100到1000个逻辑门电路，例如CPU、存储器等。

4. 超大规模集成电路(VLSI，Very Large-Scale Integration)：通常包含1000到10000个逻辑门电路，例如微处理器、数字信号处理器等。

5. 全定制集成电路(ASIC，Application-Specific Integrated

Circuit)：针对特定应用而设计和制造的定制集成电路。

二、按照功能进行分类

1. 数字集成电路：主要处理和控制数字信号，包括数字逻辑电路、计数器、移位寄存器等。

2. 模拟集成电路：主要处理和控制模拟信号，包括放大器、滤波器、模拟开关等。

3. 混合集成电路：集数字和模拟功能于一体，实现数字和模拟信号的处理和交互。

三、按照材料进行分类

1. 原硅集成电路：使用纯硅作为基底材料。

2. 绝缘体上铜集成电路：使用绝缘体上覆盖薄铜层作为导电层。

3. 硅上宽温度范围集成电路：适用于高温环境，如发动机控制系统。

4. 硅上混合集成电路：将硅上的半导体器件和其他材料的电子元件集成在一起。

四、按照制造工艺进行分类

1. MOS集成电路：使用MOS(Metal-Oxide-Semiconductor)工艺制造的集成电路，具有低功耗和高集成度的特点。