畢業(yè)設(shè)計(jì)---基于tms320f2812的頻譜分析儀設(shè)計(jì)

1、<p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）</p><p>　　日期：2011年11月7日至2012年6月15日</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明</p><p>　　本人鄭重聲明：所提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的作品成

2、果。對(duì)本研究做出過(guò)重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明并表示了謝意。</p><p><b>　　論文作者簽名：</b></p><p>　　日期： 年 月 日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)和微電子技術(shù)的飛速發(fā)展,基于數(shù)字信

3、號(hào)處理的頻譜分析已經(jīng)應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域并且發(fā)揮著重要作用。但是在教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中,由于頻譜分析儀價(jià)格昂貴,不能直觀地給學(xué)生展示信號(hào)的頻譜,從而使教學(xué)效果受到影響。 所以這個(gè)時(shí)候一個(gè)簡(jiǎn)單的頻譜分析儀就顯得很是簡(jiǎn)單實(shí)用，可以很直觀地觀察信號(hào)頻譜以及對(duì)信號(hào)的各項(xiàng)參數(shù)的觀測(cè)。可以為數(shù)字信號(hào)處理的教學(xué)實(shí)踐帶來(lái)更多的幫助。</p><p>　　在本論文中采用TI的32位數(shù)字信號(hào)處理芯片TMS320F2812作為信號(hào)采集和處理的核心

4、，通過(guò)片上自帶的12位模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。采集后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在片內(nèi)存儲(chǔ)器中。數(shù)字處理部分主要是進(jìn)行快速傅立葉變換的分析。再通過(guò)片內(nèi)數(shù)模轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)輸出。</p><p>　　全文介紹了DSP原理， TI公司TMS320系列F2812芯片資源，以及TMS320的軟件集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(CCS)。對(duì)頻譜分析的實(shí)現(xiàn)作了細(xì)致的描述和分析．對(duì)數(shù)字信號(hào)處理中最經(jīng)典的應(yīng)用——快速傅立葉變換(FFT)運(yùn)算，在定點(diǎn)DSP芯

5、片上的實(shí)現(xiàn)做了分析和研究。</p><p>　　關(guān)鍵詞：TMS320F2812；DSP；頻譜分析；FFT</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Nowadays, computer technique and micro electronic technique have developed rapidly.

6、 Spectrum analysis which is based on digital signal processing has been put into use in every field. Because of high cost of spectrum analyzer, it can not intuitively show frequency spectrum for students in practice of t

7、eaching. This may influence the teaching effect. At this time, a simple spectrum analyzer will be practical. It may intuitively observe signal frequency spectrum and parameters. It will better help</p><p>　　

8、Key words：TMS320F2812；DSP；spectrum analyzer；FFT</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第一章 緒論- 1 -</p><p>　　1.1論文背景- 1 -</p><p>　　1.2 FFT簡(jiǎn)介- 1 -</p><p&g

9、t;　　1.3 論文工作介紹- 1 -</p><p>　　第二章 DSP原理- 3 -</p><p>　　2.1 DSP簡(jiǎn)介- 3 -</p><p>　　2.1.1 DSP應(yīng)用系統(tǒng)介紹- 3 -</p><p>　　2.2 DSP芯片的基本結(jié)構(gòu)- 5 -</p><p>　　2.2.1哈佛結(jié)構(gòu)-

10、5 -</p><p>　　2.2.3流水線- 5 -</p><p>　　2.2.3專用的硬件乘法器- 6 -</p><p>　　2.2.4特殊的DSP指令- 6 -</p><p>　　2.2.5快速的指令周期- 6 -</p><p>　　2.3 TMS320C2000概述- 6 -</p>

11、;<p>　　2.4 DSP芯片的選擇- 7 -</p><p>　　2．5 小結(jié)- 8 -</p><p>　　第三章. F2812板及其開(kāi)發(fā)環(huán)境CCS- 9 -</p><p>　　3.1 F2812結(jié)構(gòu)- 9 -</p><p>　　3.1.1 F2812硬件結(jié)構(gòu)- 9 -</p><p&g

12、t;　　3.1.2 F2812功能模塊- 12 -</p><p>　　3.1.3 F2812系統(tǒng)配置- 13 -</p><p>　　3.1.4 中央處理單元（CPU）- 15 -</p><p>　　3.2 CCS概述以及配置- 17 -</p><p>　　3.2.1 CCS概述- 17 -</p><p&

13、gt;　　3.2.2 CCS的配置- 17 -</p><p>　　3.3軟件開(kāi)發(fā)流程及代碼生成工具- 19 -</p><p>　　3.3.1軟件開(kāi)發(fā)流程- 19 -</p><p>　　3.3.2代碼生成工具介紹- 20 -</p><p>　　3．4小結(jié)- 21 -</p><p>　　第四章 頻譜分析

14、原理及其DSP實(shí)現(xiàn)- 22 -</p><p>　　4.1 A/D轉(zhuǎn)換模塊- 22 -</p><p>　　4.1.1 AD轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)- 23 -</p><p>　　4.1.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的主要特點(diǎn)- 23 -</p><p>　　4.1.3 自動(dòng)轉(zhuǎn)換排序器的操作原理- 25 -</p><p&g

15、t;　　4.1.4 ADC時(shí)鐘的預(yù)定標(biāo)- 26 -</p><p>　　4.1.5 A/D轉(zhuǎn)換F2812的實(shí)現(xiàn)- 27 -</p><p>　　4.2 抗混疊濾波模塊- 28 -</p><p>　　4.3 FFT變換模塊- 31 -</p><p>　　4.3.1 FFT基本原理- 31 -</p><p&g

16、t;　　4.3.2 FFT的定點(diǎn)DSP實(shí)現(xiàn)- 32 -</p><p>　　4.3.3FFT運(yùn)行結(jié)果- 34 -</p><p>　　4.4 頻譜分析儀- 35 -</p><p>　　4.5小結(jié)- 36 -</p><p>　　結(jié)束語(yǔ)- 37 -</p><p><b>　　致謝- 38 -&l

17、t;/b></p><p>　　參考文獻(xiàn)- 39 -</p><p><b>　　附錄- 40 -</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p><b>　　1.1論文背景</b></p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)和

18、微電子技術(shù)的飛速發(fā)展,基于數(shù)字信號(hào)處理的頻譜分析已經(jīng)應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域并且發(fā)揮著重要作用。但是在教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中,由于頻譜分析儀價(jià)格昂貴,不能直觀地給學(xué)生展示信號(hào)的頻譜,從而使教學(xué)效果受到影響。 所以這個(gè)時(shí)候一個(gè)簡(jiǎn)單的頻譜分析儀就顯得很是簡(jiǎn)單實(shí)用，可以很直觀地觀察信號(hào)頻譜以及對(duì)信號(hào)的各項(xiàng)參數(shù)的觀測(cè)?？梢詾閿?shù)字信號(hào)處理的教學(xué)實(shí)踐帶來(lái)更多的幫助。</p><p>　　在本論文中，我們選用了TMS320F2812控制板，其快

19、速處理速度和能達(dá)到應(yīng)用精度需求是我們選擇使用的主要因素，另外F2812控制板上集成了多種外設(shè)可方便實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸也是我們選擇使用2812的原因。</p><p><b>　　1.2 FFT簡(jiǎn)介</b></p><p>　　數(shù)字信號(hào)處理是利用計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ锰幚碓O(shè)備，以數(shù)字形式對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集、變換、濾波、估值、增強(qiáng)、壓縮、識(shí)別等處理，以得到符合人們需要的信號(hào)形式。</p

20、><p>　　近些年來(lái)，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，特別是隨著微計(jì)算器和超大規(guī)模電路的飛躍發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)亦得到了更大的發(fā)展，并且廣泛地應(yīng)用到了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各行各業(yè)，如雷達(dá)、聲納、通信、語(yǔ)音處理、圖象處理、地震信號(hào)處理、生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)、數(shù)字音頻和視頻設(shè)備、電子鍘量?jī)x器、噪聲控制、電力系統(tǒng)的諧波分析、振動(dòng)分析和故障診斷等方面，取得了突出的成就。</p><p>　　傅立葉變換是一種將信

21、號(hào)從時(shí)域變換到頻域的變換形式．是聲學(xué)、語(yǔ)音、電信和信號(hào)處理等領(lǐng)域中一種重要的分析工具。離散傅立葉變換(DFT)是連續(xù)傅立葉變換(DFT)是連續(xù)傅立葉變換在離散系統(tǒng)中的表示形式。由于DFT的計(jì)算量很大，因此在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)其應(yīng)用受到很大的限制。直到1965年J．W．Cooty和J．W．Tukey等學(xué)者提出并完成了DFT的快速算法FFT(The Fast Fourier Transform)，使DFT的運(yùn)輸大大簡(jiǎn)化，運(yùn)算時(shí)間縮短1～2個(gè)數(shù)量

22、級(jí)之多。快速傅立葉變換(FFT)技術(shù)是數(shù)字信號(hào)處理中的核心技術(shù)，它已廣泛應(yīng)用于數(shù)字信號(hào)處理的各個(gè)領(lǐng)域。</p><p>　　1.3 論文工作介紹</p><p>　　本文中設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集模塊用來(lái)采集各種傳感器的信號(hào)值、電壓模擬量等等，并對(duì)這些值進(jìn)行FFT分析。在該系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)質(zhì)上是一個(gè)實(shí)時(shí)采集與處理系統(tǒng)，除了完成數(shù)據(jù)采集外，還完成對(duì)數(shù)據(jù)的處理，包括數(shù)據(jù)FFT分析等。</p&g

23、t;<p>　　對(duì)于數(shù)據(jù)采集模塊，必須選擇一個(gè)高速的中央處理器，具備實(shí)時(shí)事務(wù)處理能力和數(shù)據(jù)處理能力。能夠高速完成數(shù)字信號(hào)處理算法。本課題采用了TI公司DSP作為核心處理器件。TI公司的各種型號(hào)DSP專為實(shí)時(shí)信號(hào)而設(shè)計(jì)，在其各種型號(hào)的DSP中，TMS320F28x系列DSP將實(shí)時(shí)信號(hào)處理能力和控制器外設(shè)功能集于一身，為本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供了一個(gè)非常理想的解決方案?；谠撓到y(tǒng)對(duì)于速度，功耗，成本等方面的考慮，本此設(shè)計(jì)采用了TMS

24、320F28x系列中的TMS320F2812作為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的處理器件。</p><p>　　TMS320F2812的指令執(zhí)行速度高達(dá)150MIPS，作為控制器應(yīng)用它具備良好的實(shí)時(shí)控制能力：它的供電電壓為3．3V，與單片機(jī)相比，具有更低的控制器功耗；它的指令系統(tǒng)提供了豐富的“乘累加”，“循環(huán)尋址”等指令，這使得實(shí)時(shí)信號(hào)處理中的濾波，頻譜分析，可以方便快速地實(shí)現(xiàn)。TMS320F2812集成了豐富的片內(nèi)存儲(chǔ)器和控制器

25、外設(shè)，它具備片上128KB的Flash存儲(chǔ)器。TMS320F2812采用兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，具備強(qiáng)大的中斷處理能力，同時(shí)，它具備兩個(gè)事務(wù)管理模塊，能實(shí)時(shí)管理16個(gè)輸入通道的A／D轉(zhuǎn)換器，4個(gè)16通道定時(shí)器以及6個(gè)捕獲單元。</p><p>　　采用TMS320F2812作為本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心處理器件，充分利用DSP的片上資源?？梢詫?shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)采集過(guò)程的高效管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT等運(yùn)算，可以滿足數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的各種要求

26、。</p><p><b>　　論文結(jié)構(gòu)如下：</b></p><p>　　第二章：對(duì)DSP原理包括DSP系統(tǒng)、DSP的選擇、DSP的發(fā)展等作相關(guān)介紹。</p><p>　　第三章；對(duì)論文中使用的F2812板及其開(kāi)發(fā)環(huán)境CCS作詳細(xì)說(shuō)明。</p><p>　　第四章：闡述頻譜分析的原理及頻譜分析儀的實(shí)現(xiàn)方法，對(duì)信號(hào)輸入、

27、A/D轉(zhuǎn)換、</p><p>　　FFT變換的實(shí)現(xiàn)作詳細(xì)說(shuō)明。</p><p>　　第二章 DSP原理 </p><p><b>　　2.1 DSP簡(jiǎn)介</b></p><p>　　數(shù)字信號(hào)處理(Digital Signal Processing，簡(jiǎn)稱DSP)是一個(gè)涉及許多學(xué)科而又廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域的新興學(xué)科。20

28、世紀(jì)60年代以來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并得到迅速的發(fā)展．在過(guò)去的二十多年時(shí)間里，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)已經(jīng)在通信等領(lǐng)域得到極為廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　數(shù)字信號(hào)處理是利用計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ锰幚碓O(shè)備，以數(shù)字形式對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集、變換、濾波、估值、增強(qiáng)、壓縮、識(shí)別等處理，以得到符合人們需要的信號(hào)形式。數(shù)字信號(hào)處理是圍繞著數(shù)字信號(hào)處理的理論、實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用等幾個(gè)方面發(fā)展起來(lái)的。數(shù)字信號(hào)處理在理

29、論上的發(fā)展推動(dòng)了數(shù)字信號(hào)處理應(yīng)用的發(fā)展。反過(guò)來(lái)，數(shù)字信號(hào)處理的應(yīng)用又促進(jìn)了數(shù)字信號(hào)處理理論的提高。而數(shù)字信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)則是理論和應(yīng)用之間的橋梁。</p><p>　　數(shù)字信號(hào)處理是以眾多學(xué)科為理論基礎(chǔ)的，它所涉及的范圍極其廣泛。例如，在數(shù)學(xué)領(lǐng)域，微積分、概率統(tǒng)計(jì)、隨機(jī)過(guò)程、數(shù)值分析等都是數(shù)字信號(hào)處理的基本工具，與網(wǎng)絡(luò)理論、信號(hào)與系統(tǒng)、控制論、通信理論、故障診斷等也密切相關(guān)。一些新興的學(xué)科，如人工智能、模式識(shí)別、神

30、經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，都與數(shù)字信號(hào)處理密不可分．可以說(shuō)，數(shù)字信號(hào)處理是把許多經(jīng)典的理論體系作為自己的理論基礎(chǔ)，同時(shí)又使自己成為一系列新興學(xué)科的理論基礎(chǔ)。</p><p>　　數(shù)字信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)方法一般有以下幾種：</p><p>　　1、在通用的計(jì)算機(jī)(如PC機(jī))上用軟件(如C語(yǔ)言)實(shí)現(xiàn)；</p><p>　　2、在通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中加上專用的加速處理機(jī)實(shí)現(xiàn)；</p>

31、<p>　　3、用通用的單片機(jī)(如MCS51、96系列等)實(shí)現(xiàn)，這種方法可用于一些不太復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理，如數(shù)字控制等；</p><p>　　4、用通用的可編程DSP芯片實(shí)現(xiàn)．與單片機(jī)相比，DSP芯片具有更加適合于數(shù)字信號(hào)處理的軟件和硬件資源，可用于復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理算法；</p><p>　　5、用專用的DSP芯片實(shí)現(xiàn)。在一些特殊的場(chǎng)合，要求的信號(hào)處理速度極高，用通用DSP

32、芯片很難實(shí)現(xiàn)，例如專用于FFT、數(shù)字濾波、卷積、相關(guān)等算法的DSP芯片，這種芯片將相應(yīng)的信號(hào)處理算法在芯片內(nèi)部用硬件實(shí)現(xiàn)，無(wú)需進(jìn)行編程。</p><p>　　在上述幾種方法中，第1種方法的缺點(diǎn)是速度較慢，一般可用于DSP算法的模擬與仿真；第2種和第5種方法專用性強(qiáng)，應(yīng)用受到很大的限制，第2種方法也不便于系統(tǒng)的獨(dú)立運(yùn)行；第3種方法只適用于實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的DSP算法：只有第4種方法才使數(shù)字信號(hào)處理的應(yīng)用打開(kāi)了新的局面。&l

33、t;/p><p>　　2.1.1 DSP應(yīng)用系統(tǒng)介紹</p><p>　　圖2-1所示為一個(gè)典型的DSP系統(tǒng)。圖中的輸入信號(hào)可以有各種各樣的形式，例如，它可以是麥克風(fēng)輸出的語(yǔ)音信號(hào)或是電話線來(lái)的已調(diào)數(shù)據(jù)信號(hào)，也可以是編碼后在數(shù)字鏈路上傳輸或存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中的攝像機(jī)圖像信號(hào)</p><p>　　輸入信號(hào)首先進(jìn)行帶限濾波和抽樣，然后進(jìn)行模數(shù)A／D(Analog to Dig

34、ital)變換將信號(hào)變換成數(shù)字比特流。根據(jù)奈奎斯特抽樣定理，為保證信息不丟失，抽樣頻率至少必須是輸入帶限信號(hào)最高頻率的2倍。</p><p>　　DSP芯片的輸入是A/D變換后得到的以抽樣形式表示的數(shù)字信號(hào)，DSP芯片對(duì)輸入的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行某種形式的處理，如進(jìn)行一系列的乘累加操作(MAC)。數(shù)字處理是DSP的關(guān)鍵，這與其他系統(tǒng)(如電話交換系統(tǒng))有很大的不同。在交換系統(tǒng)中．處理器的作用是進(jìn)行路由選擇，它并不對(duì)輸入數(shù)據(jù)

35、進(jìn)行修改。因此，雖然兩者都是實(shí)時(shí)系統(tǒng)，但兩者的實(shí)時(shí)約束條件卻有很大的不同。最后，經(jīng)過(guò)處理后的數(shù)字樣值再經(jīng)數(shù)模D/A(Digital to Analog )交換轉(zhuǎn)換為模擬樣值，之后再進(jìn)行內(nèi)插和平滑濾波就可得到連續(xù)的模擬波形。</p><p>　　必須指出的是，上面給出的DSP系統(tǒng)模型是一個(gè)典型模型，但并不是所有的DSP系統(tǒng)都必須具有模型中的所有部件。如DSP芯片輸出信號(hào)可直接通入某通信系統(tǒng)而不必經(jīng)過(guò)D/A和平滑濾波

36、；如語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)在輸出端并不是連續(xù)的波形，兩是識(shí)別結(jié)果，如數(shù)字、文字等。有些輸入信號(hào)本身就是數(shù)字信號(hào)(如CD：Compact Disk)，因此就不必進(jìn)行模數(shù)變換了。</p><p>　　數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)是以數(shù)字信號(hào)處理為基礎(chǔ)，因此具有數(shù)字處理的全部?jī)?yōu)點(diǎn)：</p><p>　　1、接口方便。DSP應(yīng)用系統(tǒng)與其他以現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)或設(shè)備都是相互兼容的，與這樣的系統(tǒng)接口以實(shí)現(xiàn)某種功能要比

37、模擬系統(tǒng)與這些系統(tǒng)接口要容易得多；</p><p>　　2、編程方便。DSP應(yīng)用系統(tǒng)中的可編程DSP芯片可使設(shè)計(jì)人員在開(kāi)發(fā)過(guò)程中靈活方便地對(duì)軟件進(jìn)行修改和升級(jí)；</p><p>　　3、穩(wěn)定性好。DSP應(yīng)用系統(tǒng)以數(shù)字處理為基礎(chǔ)，受環(huán)境溫度以及噪聲的影響較小，可靠性高；</p><p>　　4、精度高。16位數(shù)字系統(tǒng)可以達(dá)到10級(jí)的精度；</p><

38、;p>　　5、可重復(fù)性好。模擬系統(tǒng)的性能受元器件參數(shù)性能變化的影響比較大，而數(shù)字系統(tǒng)基本不受影響，因此數(shù)字系統(tǒng)便于鍘試、調(diào)試和大規(guī)模生產(chǎn)；</p><p>　　6、集成方便。DSP系統(tǒng)中的數(shù)字部件有高度的規(guī)范性，便于大規(guī)模集成。</p><p>　　當(dāng)然，數(shù)字信號(hào)處理也存在一定的缺點(diǎn)。例如，對(duì)于簡(jiǎn)單的信號(hào)處理任務(wù)，如與模擬交換線的電話接口，若采用DSP則使成本增加。DSP系統(tǒng)中的高速

39、時(shí)鐘可能帶來(lái)高頻干擾和電磁泄漏等問(wèn)題，而且DSP系統(tǒng)消耗的功率也較大。此外，DSP技術(shù)更新的速度快，對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)要求高，開(kāi)發(fā)和調(diào)試工具還有待完善。</p><p>　　雖然DSP系統(tǒng)存在著一些缺點(diǎn)，但其突出的優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)使之在通信、語(yǔ)音、圖像、雷達(dá)、生物醫(yī)學(xué)、工業(yè)控制，儀器儀表等許多領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　2.2 DSP芯片的基本結(jié)構(gòu)</p><p&g

40、t;　　為了快速地實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算，DSP芯片一般都采用特殊的軟硬件結(jié)構(gòu)。以TMS320系列為例介紹DSP芯片的基本結(jié)構(gòu)。</p><p>　　TMS320系列DSP芯片的基本結(jié)構(gòu)包括：(1)哈佛結(jié)構(gòu)；(2)流水線操作；(3)專用的硬件乘法器；(4)特殊的DSP指令；(5)快速的指令周期。這些特點(diǎn)使得TMS320系列DSP芯片可以實(shí)現(xiàn)快速的DSP運(yùn)算，并使大部分運(yùn)算(例如乘法)能夠在一個(gè)指令周期內(nèi)完成。由于T

41、MS320系列DSP芯片是軟件可編程器件，因此具有通用微處理器具有的方便靈活的特點(diǎn)。下而分別介紹這些特點(diǎn)是如何在TMS320系列DSP芯片中應(yīng)用并使得芯片的功能得加強(qiáng)的。</p><p><b>　　2.2.1哈佛結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　哈佛結(jié)構(gòu)是不同于傳統(tǒng)的馮·諾曼結(jié)構(gòu)的并行體系結(jié)構(gòu)，其主要特點(diǎn)是將程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在不同的存儲(chǔ)空間中，目口程序存儲(chǔ)器

42、和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是兩個(gè)相互獨(dú)立的存儲(chǔ)器，每個(gè)存儲(chǔ)器獨(dú)立編址，獨(dú)立訪問(wèn)。與兩個(gè)存儲(chǔ)器相對(duì)應(yīng)的是系統(tǒng)中設(shè)置了程序總線和數(shù)據(jù)總線兩條總線，從而使數(shù)據(jù)的吞吐率提高了一倍。而馮·諾曼結(jié)構(gòu)則是將指令、數(shù)據(jù)、地址存儲(chǔ)在同一存儲(chǔ)器中，統(tǒng)一編址，依靠指令計(jì)數(shù)器提供的地址來(lái)區(qū)分是指令、數(shù)據(jù)還是地址。取指令和取數(shù)據(jù)都訪問(wèn)同一存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)吞吐率低。</p><p>　　在哈佛結(jié)構(gòu)中，由于程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器在兩個(gè)分開(kāi)的空間中，因此取指

43、和執(zhí)行能完全重疊運(yùn)行。為了進(jìn)一步提高運(yùn)行速度和靈活性，TMS320系列DSP芯片在基本哈佛結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上作了改進(jìn)，一是允許數(shù)據(jù)存放在程序存儲(chǔ)器中，并被算術(shù)運(yùn)算指令直接使用，增強(qiáng)了芯片的靈活性；二是指令存儲(chǔ)在高速緩沖器(Cache)中，當(dāng)執(zhí)行此指令時(shí)，不需要再?gòu)拇鎯?chǔ)器中讀取指令，節(jié)約了1個(gè)指令周期的時(shí)間。如TMS320C30具有64個(gè)字的Cache。</p><p><b>　　2.2.3流水線</b

44、></p><p>　　與哈佛結(jié)構(gòu)相關(guān)，DSP芯片廣泛采用流水線以減少指令執(zhí)行時(shí)間。從而增強(qiáng)了處理器的處理能力。TMS320系列處理器的流水線深度從2～6級(jí)不等。第—代采用TMS320處理器采用2級(jí)流水線，第二代采用3級(jí)流水線，第三代采用4級(jí)流水線，而TMS320C54則采用6級(jí)流水線。采用流水線操作，處理器可以并行處理多條指令，每條指令處于流水線上的不同階段。</p><p>　　

45、在三級(jí)流水線操作中，取指、譯碼和執(zhí)行操作可以獨(dú)立地處理，這可使指令執(zhí)行能完全重疊。在每個(gè)指令周期內(nèi)，三個(gè)不同的指令處于激活狀態(tài)，每個(gè)指令處于不同的階段。例如．在第N個(gè)指令取指時(shí)，前一個(gè)指令即第N-1個(gè)指令正在譯碼。而第N-2個(gè)指令則正在執(zhí)行。一般來(lái)說(shuō)，流水線對(duì)用戶是透明的。</p><p>　　2.2.3專用的硬件乘法器</p><p>　　在一般形式的FIR濾波器中，乘法是DSP的重要組

46、成部分。對(duì)每個(gè)濾波器抽頭，必須做一次乘法和一次加法。乘法速度越快，DSP處理器的性能就越高。在通用的微處理器中，乘法指令是由一系列加法來(lái)實(shí)現(xiàn)的，故需許多個(gè)指令周期來(lái)完成。相比而言，DSP芯片的特征就是有一個(gè)專用的硬件乘法器。在TMS320系列中，由于具有專用的硬件乘法器，乘法可在一個(gè)指令周期內(nèi)完成。從最早的TMS32010實(shí)現(xiàn)FIR的每個(gè)抽頭算法可以看出，濾波器每個(gè)抽頭需要一條乘法指令MPY：</p><p>　

47、　LT ；裝乘數(shù)到T寄存器</p><p>　　DMOV ；在存儲(chǔ)器中移動(dòng)數(shù)據(jù)以實(shí)現(xiàn)延遲</p><p><b>　　MPY ：相乘</b></p><p>　　APAC ；將乘法結(jié)果加到ACC中</p><p>　　其他三條指令用來(lái)將乘數(shù)裝入到乘法器電路(LT)、移動(dòng)數(shù)據(jù)(DMOV)以及將乘法結(jié)果(存在乘積寄存器P中)

48、加到ACC中(APAC)。因此，若采用256抽頭的FIR濾波器，這四條指令必須重復(fù)執(zhí)行256次，且256次乘法必須在一個(gè)抽樣間隔內(nèi)完成。在典型的通用微處理器中，每個(gè)抽頭需要30-40個(gè)指令周期，而TMS32010只需4條指令。如果采用特殊的DSP指令或采用TMS320C54x等新一代的DSP芯片，可進(jìn)一步降低FIR抽頭的計(jì)算時(shí)間。</p><p>　　2.2.4特殊的DSP指令</p><p&

49、gt;　　DSP芯片的另一個(gè)特征是采用特殊的指令。例如DMOV就是一個(gè)特殊的DSP指令，它完成數(shù)據(jù)移位功能。在數(shù)字信號(hào)處理中，延遲操作非常重要，這個(gè)延遲就是由DMOV來(lái)實(shí)現(xiàn)。TMS32010中的另一個(gè)特殊指令是LTD，它在一個(gè)指令周期內(nèi)完成LT、DMOV和APAC三條指令。LTD和MPY指令可以將FIR濾波器抽頭計(jì)算從4條降為2條。在第二代處理器中，如TMS320C25，增加了2條更特殊的指令，即RPT和MACD指令，采用這2條特殊指令

50、，可以進(jìn)一步將每個(gè)抽頭的運(yùn)算時(shí)間從2條降為1條：</p><p>　　RPTK 255 ；重復(fù)執(zhí)行下條指令256次</p><p>　　MACD ：LT，DMOV，MPY及APAC</p><p>　　2.2.5快速的指令周期</p><p>　　哈佛結(jié)構(gòu)、流水線操作、專用的硬件乘法器、特殊的DSP指令再加上集成電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可使DSP芯片

51、的指令周期在200ns以下。TMS320系列處理器的指令周期已經(jīng)從第一代的200ns降低至現(xiàn)在的20ns以下?？焖俚闹噶钪芷谑沟肈SP芯片夠?qū)崟r(shí)實(shí)現(xiàn)許多DSP應(yīng)用。</p><p>　　2.3 TMS320C2000概述</p><p>　　TMS320C2000系列DSP是TI公司繼第_二代定點(diǎn)DSP處理器TMS320C2x和第三代定點(diǎn)DSPTMS320C5x之后出現(xiàn)的一種低價(jià)格、高性能

52、的定點(diǎn)DSP芯片。主要包括TMS320C20x、TMS320C24x兩個(gè)子系列。該產(chǎn)品的主要特點(diǎn)包括一下幾個(gè)方面。</p><p>　　1、運(yùn)算速度：?jiǎn)沃芷谥噶顖?zhí)行時(shí)間為50ms、35ns或25ns，即運(yùn)算能力為20MIPS、28．5MIPS或40MIPS。</p><p>　　2、兼容性：TMS320C2000系列所有DSP芯片的源代碼完全兼容，同時(shí)TMS320C2000系列產(chǎn)品與1MS

53、320C5x系產(chǎn)品向上兼容，即C5x是C2000的超集，因此為T(mén)MS320C2000編寫(xiě)的代碼升級(jí)后可在TMS320C5x上運(yùn)行。</p><p>　　3、片內(nèi)存儲(chǔ)器：TMS320C2000內(nèi)部配置有數(shù)量不同的RAM和ROM存儲(chǔ)器，有的芯片還配有閃速存儲(chǔ)器Flash。LF240x片內(nèi)有高達(dá)32K字的Flash程序存儲(chǔ)器。利用閃速存儲(chǔ)器存儲(chǔ)程序，不僅能降低成本，減小體積，而且系統(tǒng)升級(jí)也比較方便。</p>

54、<p>　　4、片內(nèi)資源配置：TMS320C2000系列DSP芯片資源配置比較靈活。目前該系列已有10多種不同配置的芯片，它們都具有相同的CPU結(jié)構(gòu)和程序控制流程，所以源代碼是相同的。區(qū)別僅在于各自的片內(nèi)存儲(chǔ)器配置和片內(nèi)外設(shè)。</p><p>　　5、功耗：TMS320C2000采用5V或3．3V高性能靜態(tài)CMOS技術(shù)，使控制器的功耗大大減小，從而提高了控制器的實(shí)時(shí)控制能力。</p>

55、<p>　　6、應(yīng)用：TMS320C2000系列DSP的體系結(jié)構(gòu)專為實(shí)時(shí)控制及實(shí)時(shí)信號(hào)處理而設(shè)計(jì)，所配置的片內(nèi)外設(shè)為控制系統(tǒng)應(yīng)用提供了一個(gè)理想的解決方案。其中C24x系列中的通用定時(shí)器、脈寬調(diào)制PWM電路、捕捉器、光電編碼器接口、A／D轉(zhuǎn)換器、串行通信接口、CAN控制器、看門(mén)狗等片內(nèi)外設(shè)為將DSP應(yīng)用于智能測(cè)控、電機(jī)控制、電力電子技術(shù)等領(lǐng)域提供了豐富的資源。</p><p>　　2.4 DSP芯片的選擇

56、</p><p>　　設(shè)計(jì)DSP應(yīng)用系統(tǒng)，選擇DSP芯片是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。只有選定了DSP芯片才能進(jìn)一步設(shè)計(jì)其外圍電路及系統(tǒng)的其他電路。總的來(lái)說(shuō)，DSP芯片的選擇應(yīng)根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)需要而確定。不同的DSP應(yīng)用系統(tǒng)由于應(yīng)用場(chǎng)合、應(yīng)用目的等不盡相同，對(duì)DSP芯片的選擇也是不同的。</p><p>　　1.DSP芯片的運(yùn)算速度:</p><p>　　運(yùn)算速度是DSP

57、芯片的一個(gè)最重要的性能指標(biāo)，也是選擇DSP芯片時(shí)所需要考慮的一個(gè)主要因素。DSP芯片的運(yùn)算速度可以用以下幾種性能指標(biāo)來(lái)衡量。’</p><p>　　(1)指令周期：印執(zhí)行一條指令所需的時(shí)間，通常以ns(納秒)為單位。如TMS320VC5402-100在主頻為100MHz時(shí)的指令周期為1Ons．</p><p>　　(2)MAC時(shí)間：即一次乘法加上一次加法的時(shí)間。大部分DSP芯片可在一個(gè)指令

58、周期內(nèi)完成一次乘法和加法操作，如TMS320VC5402-100的MAC時(shí)問(wèn)就是10ns。</p><p>　　(3)FFT執(zhí)行時(shí)間：即運(yùn)行一個(gè)N點(diǎn)FFT程序所需的時(shí)間。由于FFT運(yùn)算涉及的運(yùn)算在數(shù)字信號(hào)處理中很有代表性，因此FFT運(yùn)算時(shí)間常作為衡量DSP芯片運(yùn)算能力的一個(gè)指標(biāo)。</p><p>　　(4)MIPS：即每秒執(zhí)行百萬(wàn)條指令。如TMS320VC5402-100的處理能力為100

59、MIPS，即每秒可執(zhí)行l(wèi)億條指令。</p><p>　　(5)MOPS：即每秒執(zhí)行百萬(wàn)次操作。如TMS320VC40的運(yùn)算能力為275MOPS。</p><p>　　(6)MFLOPS．"即每秒執(zhí)行百萬(wàn)次浮點(diǎn)操作。如TMS320C31在主頻為40MHz時(shí)的處理能力為40 MFLOPS。</p><p>　　(7)BOPS：即每秒執(zhí)行十億次操作。如TMS32

60、0C80的處理能力為2 BOPS。</p><p>　　2.DSP芯片的價(jià)格</p><p>　　DSP芯片的價(jià)格也是選擇DSP芯片所需考慮的一個(gè)重要因素。如果采用價(jià)格昂貴的DSP芯片，即使性能再高，其應(yīng)用范圍也會(huì)受到一定的限制，尤其是民用產(chǎn)品。因此跟據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的應(yīng)用情況，需確定一個(gè)價(jià)格適中的DSP芯片。當(dāng)然，由于DSP芯片發(fā)展迅速，DSP芯片的價(jià)格往往下降較快，因此在開(kāi)發(fā)階段選用某種價(jià)格

61、稍貴的DSP芯片，等到系統(tǒng)開(kāi)發(fā)完畢，其價(jià)格可能經(jīng)下降一半甚至更多。</p><p>　　3.DSP芯片的硬件資源</p><p>　　不同的DSP芯片所提供的硬件資源是不相同的，如片內(nèi)RAM、ROM的數(shù)量，外部可擴(kuò)展的程序和數(shù)據(jù)空間，總線接口，I／O接口等。即使是同一系列的DSP芯片(如11的TMS320C54x系列)，系列中不同DSP芯片也具有不同的內(nèi)部硬件資源，可以適應(yīng)不同的需要。&l

62、t;/p><p>　　4.DSP芯片的運(yùn)算精度</p><p>　　TMS320系列大部分定點(diǎn)DSP芯片的字長(zhǎng)為16位，但有的公司的定點(diǎn)芯片為24位，如Motorola公司的MC56001等。浮點(diǎn)芯片的字長(zhǎng)一般為32位，累加器為40位。</p><p>　　5.DSP芯片的開(kāi)發(fā)工具</p><p>　　在DSP系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，開(kāi)發(fā)工具是必不可少

63、的。如果沒(méi)有開(kāi)發(fā)工具的支持，想要開(kāi)發(fā)一個(gè)復(fù)雜的DSP系統(tǒng)幾乎是不可能的。如果有功能強(qiáng)大的開(kāi)發(fā)工具的支持，如C語(yǔ)言支持，則開(kāi)發(fā)的時(shí)問(wèn)就會(huì)大大縮短。所以，在選擇DSP芯片的同時(shí)必須注意其開(kāi)發(fā)工具的支持情況，包括軟件和硬件的開(kāi)發(fā)工具。</p><p>　　6.DSP芯片的功耗‘</p><p>　　在某些DSP應(yīng)用場(chǎng)合，功耗也是一個(gè)需要特別注意的問(wèn)題。如便攜式的DSP設(shè)備、手持設(shè)備、野外應(yīng)用的D

64、SP設(shè)備等都對(duì)功耗有特殊的要求。目前，3．3V供電的低功耗高速DSP芯片己大量使用。</p><p><b>　　2．5 小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹了DSP原理，介紹的內(nèi)容包括DSP系統(tǒng)設(shè)計(jì)。DSP選擇，DSP的發(fā)展歷程和應(yīng)用，對(duì)DSP的哈佛結(jié)構(gòu)做了詳細(xì)敘述。對(duì)TMS3202000系列作了引入性介紹，為下面介紹F2812的資源及實(shí)際應(yīng)用做準(zhǔn)備。&

65、lt;/p><p>　　第三章. F2812板及其開(kāi)發(fā)環(huán)境CCS</p><p>　　3.1 F2812結(jié)構(gòu)</p><p>　　TMS320F2812是TI公司的一款用于控制的高性能，多功能，高性價(jià)比的32位定點(diǎn)DSP芯片。該芯片兼容TMS320F2407指令系統(tǒng)，最高可在150MHz主頻下工作，并帶有18K*16位0等待周期片上ARAM和128K*16位片上FLAS

66、H（存取時(shí)間36ns） </p><p>　　TMS320F2812采用哈佛總線結(jié)構(gòu)，具有密碼保護(hù)機(jī)制，可進(jìn)行雙16*16位乘加和32*32位乘加操作，因而可兼顧控制和快速運(yùn)算的雙重功能。</p><p>　　TMS320F2812的片上外設(shè)主要包括2*8路12位ADC（最快80ns轉(zhuǎn)換時(shí)間）、2路SCI、1路SPI、1路McBSP、1路額CAN等，并帶有兩個(gè)事件管理模塊（EVA、EVB）

67、，分別包括6路PWM/CMP、2路QEP、3路CAP、2路16位定時(shí)器（或TxPWM/TxCMP）。另外，該器件還有3獨(dú)立的32位CPU定時(shí)器，以及多達(dá)56個(gè)獨(dú)立編程的GPIO引腳，可外擴(kuò)大于1M*16位程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。</p><p>　　3.1.1 F2812硬件結(jié)構(gòu)</p><p>　　TMS320F2812高速的運(yùn)算能力、強(qiáng)大的實(shí)時(shí)處理能力和高度集成化的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，使得它在控制領(lǐng)域

68、內(nèi)得到了人們的青睞，F(xiàn)28X系列芯片的主要性能如下：</p><p>　　高性能靜態(tài)CMOS（Stctic CMOS0）技術(shù)：</p><p>　　150MHz（時(shí)鐘周期為6.67ns）</p><p>　　低功耗（核心電壓為1.8V，I/O口電壓為3.3V）；</p><p>　　Flash編程電壓為3.3V。</p><

69、;p>　　JTAG邊界掃描（Boundary Scan）支持</p><p>　　高性能的32位中央處理器</p><p>　　哈佛總線結(jié)構(gòu)（Harvard Bus Architecture）；</p><p>　　16位*16位和32位*32位乘且累加操作；</p><p><b>　　強(qiáng)大的操作能力；</b>&

70、lt;/p><p>　　迅速的中斷響應(yīng)和處理；</p><p>　　統(tǒng)一的寄存器編程模式；</p><p>　　可達(dá)4兆字的數(shù)據(jù)地址；</p><p>　　可達(dá)4兆字的線性程序地址；</p><p>　　代碼高效（用C/C++或匯編語(yǔ)言）；</p><p>　　與TMS320F24X/LF240x處

71、理器的源代碼兼容；</p><p><b>　　片內(nèi)寄存器</b></p><p>　　8K*16位的Flash存儲(chǔ)器；</p><p>　　1K*16位的OTP型只讀存儲(chǔ)器；</p><p>　　L0和L1：兩塊4K*16位的單口隨即存儲(chǔ)器（SARAM）；</p><p>　　H0：一塊8K*1

72、6位的單口隨機(jī)存儲(chǔ)器；</p><p>　　M0和M1：兩塊1K*16位的單口隨機(jī)存儲(chǔ)器。</p><p>　?。?） 4K*16位的根只讀存儲(chǔ)器（Boot ROM）</p><p>　　帶有軟件的Boot模式；</p><p><b>　　標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)學(xué)表。</b></p><p>　?。?） 外部

73、寄存器接口</p><p>　　有多達(dá)1MB的存儲(chǔ)器可編程等待狀態(tài)數(shù)；</p><p>　　可編程讀/寫(xiě)選通計(jì)數(shù)器（Strobe Timing）；</p><p><b>　　三個(gè)獨(dú)立的片選端。</b></p><p><b>　　時(shí)鐘與系統(tǒng)控制</b></p><p>　　

74、支持動(dòng)態(tài)的改變鎖相環(huán)的頻率；</p><p><b>　　片內(nèi)震蕩器；</b></p><p><b>　　看門(mén)狗定時(shí)器模塊。</b></p><p><b>　　三個(gè)外部中斷</b></p><p>　　外部中斷擴(kuò)展（PIE）模塊</p><p>　　

75、可支持96個(gè)外部中斷；</p><p>　　當(dāng)前僅使用了45個(gè)外部中斷。</p><p>　　128位的密鑰（Security Key/Lock）</p><p>　　保護(hù)Flash/OTP和L0/L1 SARAM；</p><p>　　防止ROM中的程序被盜。</p><p>　　3個(gè)32位的CPU定時(shí)器</p

76、><p>　　電動(dòng)機(jī)控制外圍設(shè)備 </p><p>　　兩個(gè)事件管理器（EVA、EVB）；</p><p>　　與F240兼容的器件。</p><p><b>　　串口外圍設(shè)備</b></p><p>　　串行外圍接口（SPI）；</p><p>　　兩個(gè)串行通信接口（SCIs

77、），標(biāo)準(zhǔn)的UART；</p><p>　　改進(jìn)的局域網(wǎng)絡(luò)（eCAN）</p><p>　　多通道緩沖串行接口（McBSP）和串行外圍接口模式。</p><p>　　12位ADC，16通道</p><p>　　2*8通道的輸入多路選擇器；</p><p><b>　　兩個(gè)采樣保持器；</b><

78、/p><p>　　單個(gè)的轉(zhuǎn)換時(shí)間：200ns；</p><p>　　單路轉(zhuǎn)換時(shí)間：60ns。</p><p>　　最多有56個(gè)獨(dú)立的可編程，多用途通用輸入/輸出（GPIO）引腳</p><p><b>　　高級(jí)的仿真特性</b></p><p>　　分析和設(shè)置斷點(diǎn)的功能；</p><

79、;p><b>　　實(shí)時(shí)的硬件調(diào)試。</b></p><p><b>　　開(kāi)發(fā)工具</b></p><p>　　ANSI C/C++編譯器/匯編程序/連接器；</p><p>　　支持TMS320F24X/24x的指令；</p><p>　　代碼編輯集成環(huán)境DSP/BIOS；</p>

80、<p>　　JTAG掃描控制器（TI）；</p><p><b>　　硬件評(píng)估版。</b></p><p>　　低功耗模式和節(jié)能模式</p><p>　　支持空閑模式、等待模式、掛起模式；</p><p><b>　　停止單個(gè)外圍的時(shí)鐘</b></p><p>

81、　　圖3-1 F2812功能框圖</p><p><b>　　封裝方式</b></p><p>　　帶外部存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器借口的；</p><p>　　179引腳的球形觸點(diǎn)BGA封裝</p><p>　　帶外部存儲(chǔ)器借口的176引腳低剖面四芯線扁平LQEP封裝</p><p><b>　

82、　溫度選擇</b></p><p>　　A：-40℃~+85℃</p><p>　　S：-40℃~+125℃</p><p>　　3.1.2 F2812功能模塊</p><p>　　下面主要介紹F2812DSP集成的主要功能模塊。</p><p><b>　　FLSASH內(nèi)存</b>&

83、lt;/p><p>　　用戶可以通過(guò)內(nèi)部Flash存儲(chǔ)器固化應(yīng)用軟件以及產(chǎn)品的升級(jí)換代。F2812的內(nèi)部Flash存儲(chǔ)器大小為128KB，提供分區(qū)（sector）的Flash內(nèi)存，允許改寫(xiě)每個(gè)分區(qū)，但不清除整個(gè)Flash內(nèi)存；內(nèi)部還包括用來(lái)保護(hù)用戶程序的密碼保護(hù)程序代碼。</p><p>　　事件管理器（Event Manager）</p><p>　　（1）可編程死區(qū)

84、設(shè)置。</p><p>　?。?）定時(shí)器/比較器模塊減少了CPU完成事件定時(shí)、采樣循環(huán)以及PWM生成等任務(wù)的開(kāi)銷。</p><p>　?。?）PDP中斷為系統(tǒng)提供無(wú)條件保護(hù)。</p><p>　?。?）捕捉單元和正交編碼電路能夠同時(shí)檢測(cè)元件的直接接口</p><p>　　模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器（A/D Converter）</p>&

85、lt;p>　　（1）12位模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，16個(gè)模擬輸入通道。</p><p>　?。?）最快轉(zhuǎn)換時(shí)間為60ns。</p><p>　?。?）外部模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換以及事件（EV）觸發(fā)的模數(shù)轉(zhuǎn)換不需要占用額外CPU時(shí)間</p><p>　?。?）具有雙緩沖的結(jié)果寄存器，減少中斷到去的轉(zhuǎn)換結(jié)果所需要的時(shí)間。</p><p>　　（5）轉(zhuǎn)換排

86、序器可以增加通道數(shù)目，不需要CPU的參與</p><p><b>　　CAN模塊</b></p><p>　?。?）0~8位可編程數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，帶有32個(gè)信箱。</p><p>　　（2）完整的CAN控制器，符合CAN2.0規(guī)范。</p><p>　?。?）發(fā)送、接收標(biāo)準(zhǔn)幀（11位標(biāo)識(shí)符）以及擴(kuò)展幀（29位標(biāo)識(shí)符）。<

87、/p><p>　?。?）提供接收信箱、發(fā)送信箱以及可配置的發(fā)送/接收信箱（信箱0/1）。</p><p>　　（5）提供低耗電模式，定時(shí)郵遞功能。</p><p>　?。?）數(shù)字回路自測(cè)試模式。</p><p>　?。?）可編程通信速率和中斷控制。</p><p>　　串行通信接口（SCI-UART）</p>

88、<p>　?。?）具有16層的接收及發(fā)送緩沖器。</p><p>　?。?）異步通信格式（NRZ）。</p><p>　?。?）可編程波特率，可編程停止位長(zhǎng)度1或2位。</p><p>　?。?）數(shù)據(jù)長(zhǎng)度1~8位可編程。</p><p>　　（5）錯(cuò)誤檢測(cè)：極性錯(cuò)誤、過(guò)載錯(cuò)誤、幀錯(cuò)誤、中止錯(cuò)誤等。</p><p

89、>　?。?）兩種喚醒模式：線空閑呼喚以及地址位呼喚。</p><p>　　（7）半雙工或全雙工操作。</p><p>　?。?）獨(dú)立的接收/發(fā)送中斷使能位</p><p>　　串行外圍接口（SPI）</p><p>　　（1）1~16位可編程數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。</p><p>　?。?）主/從操作模式。</p>

90、;<p>　?。?）同步的發(fā)送/接收幀。</p><p>　?。?）SPI時(shí)鐘極性控制。</p><p>　　（5）支持多處理器通信</p><p>　　多信道緩沖串行接口（McBSP）</p><p>　?。?）獨(dú)立的發(fā)送時(shí)鐘，全雙工通信。</p><p>　?。?）雙緩沖發(fā)送，三緩沖發(fā)送，允許連續(xù)的數(shù)

91、據(jù)流。</p><p>　?。?）支持128個(gè)通道的發(fā)送及接收。</p><p>　?。?）多通道選擇模式使能每個(gè)通道的塊傳輸</p><p>　　3.1.3 F2812系統(tǒng)配置</p><p>　　下面通過(guò)對(duì)TMS320F2812的時(shí)鐘，存儲(chǔ)空間和中斷介紹DSP的基本系統(tǒng)配置。</p><p>　　1.TMS320F

92、2812時(shí)鐘</p><p>　　TMS320F2812的片上外設(shè)按輸入時(shí)鐘可分為如下四個(gè)組：</p><p>　　低速組：有SCI、SPI、MCBSP，可由LOSPCP寄存器設(shè)置分頻系數(shù)；</p><p>　　高速組：包括EVA/B、ADC，可由HISPCP寄存器設(shè)置分頻系數(shù)；</p><p>　　OSCCLK組：主要是看門(mén)狗電路，由WDC

93、R寄存器設(shè)置分頻系數(shù)；</p><p>　　SYSOUTCLK組：包括CPU定時(shí)器和eCAN總線，可由PLLCCR寄存器動(dòng)態(tài)地修改。</p><p>　　為了使系統(tǒng)有較快的工作速度，除了定時(shí)器和SCI等少數(shù)需要低俗時(shí)鐘的地方，其他外設(shè)均可以再150MHz時(shí)鐘下工作。</p><p><b>　　2.存儲(chǔ)空間</b></p><

94、;p>　　TMS320F2812的內(nèi)部存儲(chǔ)空間映射圖如圖3-2所示</p><p>　　圖3-2 ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２的內(nèi)部存儲(chǔ)空間映射圖</p><p>　　TMS320F2812為哈佛（Harvard）結(jié)構(gòu)的DSP，即在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)可同時(shí)進(jìn)行一次取指令、讀數(shù)據(jù)和寫(xiě)數(shù)據(jù)的操作。TMS320F2812的內(nèi)部存儲(chǔ)空間在邏輯上有低64K位程序空間和高64位數(shù)據(jù)空間，但物理上已將程序空

95、間和數(shù)據(jù)空間統(tǒng)一為一個(gè)總大小為128K位的存儲(chǔ)空間，各總線按優(yōu)先級(jí)由高到低的順序?yàn)椋簲?shù)據(jù)寫(xiě)、程序?qū)憽?shù)據(jù)讀、程序讀。</p><p>　　為了盡可能提高器件的工作 速度，在對(duì)Flash寄存器使其在較高速度下工作的同時(shí)可將時(shí)間要求比較嚴(yán)格的程序、變量各堆棧空間搬移到H0、L0、L1、M0、M1空間來(lái)運(yùn)行。</p><p><b>　　3.中斷</b></p>

96、<p>　　TMS320F28X系列DSP芯片上都有非常豐富的外設(shè)，每個(gè)片上外設(shè)均可產(chǎn)生中斷請(qǐng)求。</p><p>　　中斷由兩級(jí)組成，其中一級(jí)是PLE中斷，另一級(jí)是CPU中斷。CPU中斷有32個(gè)中斷源，包括RESET、NMI、EMUINT、ILLEGAL、12個(gè)用戶自定義的軟件中斷USER1~USER12和16個(gè)可屏蔽中斷（INT1~INT14、RTOSINT和DLOGINT）。所有軟件中斷均屬于

97、非屏蔽中斷。由于CPU沒(méi)有足夠的中斷源來(lái)管理所有的片上外設(shè)中斷請(qǐng)求，所以在TMS320F28x系列DSP中設(shè)置了一個(gè)外設(shè)中斷擴(kuò)展控制器（PIE）來(lái)管理片上外設(shè)和外部引腳引起的中斷請(qǐng)求。</p><p>　　PIE中斷共有96個(gè)，被分為12個(gè)組，每組內(nèi)有8個(gè)片上外設(shè)中斷請(qǐng)求，96個(gè)片上外設(shè)中斷請(qǐng)求信號(hào)可記為INTx.y（x=1,2……12，y=1,2……8）。每個(gè)組輸出一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)給CPU即PIE的輸出INTx

98、（x=1,2……12）對(duì)應(yīng)CPU中斷輸入的INT1~INT12。TMS320F28x系列DSP的96個(gè) 可能的PIE中斷源中有45個(gè)被TMS320F2812使用，其余的被保留作以后的DSP器件使用。</p><p>　　3.1.4 中央處理單元（CPU）</p><p>　　F2812處理器采用C/C++編寫(xiě)的軟件，效率很高，可以應(yīng)用高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)系統(tǒng)程序，也能夠采用C/C++開(kāi)發(fā)高效的數(shù)學(xué)

99、算法。數(shù)字信號(hào)處理器在完成數(shù)學(xué)算法和系統(tǒng)控制等任務(wù)是都具有相當(dāng)高的性能，這樣可以避免用戶在一個(gè)系統(tǒng)中需要多個(gè)處理器的麻煩。</p><p>　　F2812處理器內(nèi)核包括一個(gè)32*32位的乘法累加（MAC）單元，能夠完成64位的數(shù)據(jù)處理，從而使該處理器能夠?qū)崿F(xiàn)更高精度的處理任務(wù)?？焖俚闹袛囗憫?yīng)能夠使F2812保護(hù)關(guān)鍵的寄存器變快速的響應(yīng)外部異步事件。F2812有8級(jí)帶有流水線存儲(chǔ)器訪問(wèn)流水線的保護(hù)機(jī)制，使F2812

100、高速運(yùn)行時(shí)不需要大容量的快速存儲(chǔ)器。專門(mén)的分支跳轉(zhuǎn)引薦減少了條件指令的反應(yīng)時(shí)間，條件存儲(chǔ)操作更進(jìn)一步提高了F2812的性能。</p><p><b>　　F2812 內(nèi)核</b></p><p>　　F2812內(nèi)核主要包括中央處理單元（CPU）、測(cè)試單元、存儲(chǔ)器以及外設(shè)的接口單元4個(gè)部分，如圖3-3所示。</p><p>　　CPU單元完成數(shù)據(jù)

101、/程序存儲(chǔ)器的訪問(wèn)地址的產(chǎn)生。譯碼和執(zhí)行指令，算數(shù)、邏輯和移位操作，控制CPU寄存器以及數(shù)據(jù)/程序存儲(chǔ)器之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔僮?。測(cè)試邏輯單元主要是用來(lái)檢測(cè)、控制DSP的每個(gè)部分及其運(yùn)行狀態(tài)，方便進(jìn)行調(diào)試。接口信號(hào)單元完全能夠是存儲(chǔ)器、外設(shè)、時(shí)鐘、CPU以及調(diào)試單元的信號(hào)傳遞通道。</p><p><b>　　乘法器模塊</b></p><p><b>　　乘法

102、部分包括：</b></p><p>　?。?）32位的臨時(shí)寄存器（TREG），他含有一個(gè)乘數(shù)；</p><p>　　乘法器，他把臨時(shí)寄存器的值與來(lái)自于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器的被乘數(shù)相乘；</p><p>　　64位的乘積寄存器（PREG），它接收收相乘運(yùn)算的結(jié)果；</p><p>　　乘積移位器，使乘積寄存器的值在送到中央算數(shù)邏輯

103、單元或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器前進(jìn)行移位定標(biāo)。</p><p>　　圖3-3 CPU內(nèi)部功能框圖</p><p>　　DSP乘法器可以在一個(gè)周期內(nèi)完成32*32位的2的補(bǔ)碼的乘法運(yùn)算，乘積為64位。如圖3-4所示。</p><p>　　乘法器接收以下兩個(gè)32位的輸入：</p><p>　　輸入（乘數(shù)）總是來(lái)自臨時(shí)寄存器TREG，在乘法之前把數(shù)據(jù)讀數(shù)據(jù)總線的

104、值加載到臨時(shí)寄存器；</p><p>　　輸入（被乘數(shù)） 來(lái)自數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器。</p><p>　　乘積移位器可四種形式的移位，由狀態(tài)寄存器STI中的乘積移位模式位（PM）確定，乘積移位器可把乘積結(jié)果送到中央算數(shù)邏輯單元或者經(jīng)指令SPH（SPL）將乘積移位器的高位字（低位字）送到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。</p><p><b>　　中央邏輯模塊</b&g

105、t;</p><p>　　32位中央算數(shù)邏輯模塊（ALU）完成2的補(bǔ)碼的算數(shù)和布爾運(yùn)算。</p><p>　　中央算數(shù)邏輯部分的主要組成如下：</p><p>　　中央算數(shù)邏輯單元（CALU）。實(shí)現(xiàn)大動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)的算數(shù)和邏輯運(yùn)算。</p><p>　　1、32位累加器（ACC）。接收來(lái)自CALU的輸出，并且可以根據(jù)進(jìn)位位（C）的值來(lái)實(shí)現(xiàn)移位。&

106、lt;/p><p>　　2、輸出位移器。將累加器的高位字和低位字在送入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器之前進(jìn)行移位。</p><p>　　中央算數(shù)邏輯單元有兩個(gè)輸入：</p><p>　　1、輸入總是來(lái)自累加器（所有的加減法指令都隱含累加器作為一個(gè)操作數(shù)）。</p><p>　　2、輸入來(lái)自輸入移位器的輸出或者乘積移位器的輸出。</p><p>

107、;　　3.2 CCS概述以及配置</p><p>　　3.2.1 CCS概述</p><p>　　CCS(Code Composer Studio)是11推出的用于開(kāi)發(fā)其DSP芯片的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。它采用Windows風(fēng)格界面，集編輯、編譯、鏈接、軟件仿真、硬件調(diào)試及實(shí)時(shí)跟蹤等功能于一體，極大地方便了DSP程序的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。CCS支持如圖所示3-4的開(kāi)發(fā)周期的所有階段。</p>

108、<p>　　CCS包括如下各部分：</p><p>　　·CCS代碼生成工具</p><p>　　·CCS集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(IDE)</p><p>　　·DSP／B10S插件程序和API</p><p>　　·RTDX插件、主機(jī)接口和API</p><p>　　3.2.

109、2 CCS的配置</p><p>　　CCS Setup步驟，在設(shè)計(jì)中采用的F2812芯片以及CCS2．0開(kāi)發(fā)環(huán)境。</p><p>　　(1)雙擊TDS510USB．A用戶光盤(pán)上的Setup．exe，按照提示安裝TDS510USB-A仿真工具支持軟件。</p><p>　　(2)點(diǎn)擊桌面圖標(biāo)“Setup CCS3.3”，啟動(dòng)CCS Setup程序。</p&g

110、t;<p>　　(3)出現(xiàn)“Import Configuration”窗口，點(diǎn)擊clear，然后關(guān)閉。(若以前沒(méi)有進(jìn)行過(guò)配置，可直接關(guān)閉)。</p><p>　　(4)雙擊中間列的“F28xxXDS510 Emulator”，彈出“Board Properties”，點(diǎn)擊“Auto-generate board file”選擇下拉框“Auto—generate board file with ext

111、ra configuration”。點(diǎn)擊下面‘'Browse”按鈕，在我的CCS目錄下找到“Wtusb5102．efg”，進(jìn)行“打開(kāi)”配置。</p><p>　　(5)點(diǎn)擊“next’進(jìn)入端口號(hào)設(shè)置，I/O Port設(shè)置為0x240。</p><p>　　(6)點(diǎn)擊“next'’，由于我的目標(biāo)板為一片F(xiàn)2812，所以按“Add Single'’添加TMS320C28

112、xx。</p><p>　　(7)點(diǎn)擊“next”，進(jìn)行g(shù)el文件選擇，選擇“F2812．gel”，按“Finish”按鈕完成設(shè)置。</p><p>　　配置成功后，出現(xiàn)界面如圖3-5所示。</p><p>　　圖3-5 CCS配置完成圖</p><p>　　仿真復(fù)位程序執(zhí)行的功能有：</p><p>　　·

113、檢查仿真器硬件的I／O地址正確與否；</p><p>　　·確認(rèn)沒(méi)有調(diào)試器工作于多處理器模式；</p><p>　　·復(fù)位測(cè)試總線控制器；</p><p>　　·檢查目標(biāo)電壓檢測(cè)引腳是否上電；</p><p>　　·置仿真器于測(cè)試邏輯復(fù)位狀態(tài)；</p><p>　　·檢

114、查仿真器是否處于TLR狀態(tài)，如果不是，將會(huì)給出出錯(cuò)信息。</p><p>　　3.3軟件開(kāi)發(fā)流程及代碼生成工具</p><p>　　3.3.1軟件開(kāi)發(fā)流程</p><p>　　代碼生成工具奠定了CCS所提供的開(kāi)發(fā)環(huán)境的基礎(chǔ)。</p><p>　　圖3-6是一個(gè)典型的軟件開(kāi)發(fā)流程圖。圖中框內(nèi)部分表示通常的C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)途徑，其它部分是為了強(qiáng)化開(kāi)發(fā)過(guò)

115、程而設(shè)置的附加功能。</p><p>　　如果源程序?yàn)镃，C++語(yǔ)言，需調(diào)用DSP的C編譯器將其編譯成匯編語(yǔ)言后，送DSP的匯編器進(jìn)行匯編。對(duì)于用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的程序則直接送給匯編器進(jìn)行匯編，匯編后產(chǎn)生COFF(公共目標(biāo)文件格式)格式的目標(biāo)文件，再用鏈接器進(jìn)行鏈接，生成在DSP上可執(zhí)行的COFF格式的目標(biāo)代碼，并利用調(diào)試工具對(duì)可執(zhí)行的目標(biāo)代碼在基于PC的TMS320系統(tǒng)仿真器(XDS)上進(jìn)行調(diào)試，以保證應(yīng)用軟件的正