毕业设计（论文）DSP教学实验系统的研究.doc

DSP教学实验系统的研究摘 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ABSTRACTDigital Signal Processor (DSP) is a kind of processor which has special structure. From the beginning of the 80's of 20 centuries the slice of DSP has appeared, and developed 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 secret.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 like 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, Reset, Memory, Host Port Interface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 42参 考 文 献 43致 谢 4443 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：① 信号的采集(A／D技术、抽样定理、多抽样率、量化噪声分析等)② 离散信号的分析(时域及频率分析、多种变换技术、信号持征的描述等)③ 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)④ 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)⑤ 信号的估值(各种估值理论、相关函数与功率谱估计等)⑥ 滤波技术(各种数字滤波器的设计与实现)⑦ 信号的建模(最常用的是AR．MA，ARMA，PRONY等各种模型)⑧ 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：① 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 ② 用单片机来实现单片机也在不断地发展，如Intel 96000的运算速度就非常可观，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 ③ 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、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④ 利用特殊用途的DSP芯片实现⑤ 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⑥ 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DSP芯片提供厂家目前大力研究的方向，即如何实现高级语言(如c语言)的编译效率第二种方法由于不适合于复杂的数字信号处理系统，应用场合受到限制第五种方法专用性过强，而这种方法的研发工作一般也不由一般用户来完成第三种方法非常适合于通用的数字信号处理的开发第四种方法是数字信号处理实现的一个分支方向第六种方法核心还是用DSP芯片开发用户加速卡，如AD卡、DSP扩展卡等这一方面是由于上述这一方法在性能上的优势和通用性的特点，使得这一方法成为真正使DSP技术实用化的方法另一方面，还由于DSP芯片价格的下降，使其应用领域不断扩展1.3 DSP硬件系统的特点 与模拟信号处理系统相比，以数字信号处理为基础的DSP系统具有以下优点：1）接口简单、方便。

2）精度高，稳定性好具有较高的信噪比适用于测试、调试及批量生产3）编程方便，容易实现复杂的算法4）集成方便现代DSP芯片都是将DSP芯核及外围电路综合集成在单一芯片上这种结构便于设计便携式高集成度的数字产品 5）保密性好算法及硬件电路的时序设计，都是固化在芯片中，并可设置加密，增强了系统的保密性能1.4 DSP芯片的结构特征现在所说的DSP实际是指“数字信号处理器”，它是特别适合进行数字信号处理的微处理器它强调运算处理的实时性，除了具备普通微处理器的高速运算和控制功能外，针对实时数字信号处理在处理器结构、指令系统和数据流程上有很大改动其特点如下：1）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传统的处理器使用冯·诺依曼总线结构（图1.2），其特点是程序和数据共用一个存储空间，统一编址依靠指令计数器提供的地址来区分是指令还是地址由于对数据和程序进行分时读写，执行速度慢，数据吞吐量低虽然半导体工艺的飞速发展逐渐克服了这一缺点，但其原理上的特点决定了该结构不适合进行具有高度实时要求的数字信号处理而数据和程序具有独立的存储空间的哈佛结构（图1.3），可以同时对数据和程序进行寻址，大大提高了数据处理能力。

而TI公司的DSP芯片的改进的哈佛结构（图1.4）允许数据总线和程序总线之间的局部交叉连接，允许数据存放在程序存储器中，并被算术处理器直接使用，增强了灵活性；此外，指令可以存储在运算单元的高速缓存（Cache）中，大大缩短了从存储器中读取数据的时间，提高了速度因此它们非常适合于实时的数字信号处理 图1.2（a）冯·诺依曼结构指定流的定时关系图1.3（a）哈佛结构指定流的定时关系图1.2(b) 采用冯·诺依曼结构的处理器图1.3(b) 采用哈佛结构的DSP处理器图1.5 改进的哈佛结构 2）DSP芯片大多采用多流水线技术DSP指令系统的流水线操作是与哈佛结构相配合的，增。