第九章基于DSP应用系统的硬件设计举例
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DSP系统处理的模拟带宽。 实时性要求。 算法的复杂度。 DSP系统处理精度要求。 成本要求。 可靠性要求。 方便开发和使用。
2. DSP算法的验证与模拟
DSP处理系统所选 用的算法无非是各种通用算 法的组合和改进，DSP系统设计师应尽量选用成 熟可靠、经过时间考验的算法，而支持各种通用 算法的DSP模拟软件市场上已有不少。 SPW工作站 Matlab工具包 Dalisp软件
3. DSP开发工具的选择
ASM/LINK 汇编/链接器； JTAG硬件仿真器，可全透明地访问DSP的所有 资源而不占用用户任何资源； Debugger调试器； 其他选件还有：C编译器、实时操作系统和算 法库。
4. DSP系统调试
认真处理好复位和时钟信号； 在DSP电路中，对所有的输入信号必须有明确 的处理，不能悬浮和置之不理； 模拟电路和数字电路独立布线，最后单点连接 电源和地。软件设计则应严格按照软件工程的 方法进行管理。
9.4.1 DSP控制电路
图9-2 DSP56805电路
9.4.2 FPGA电路
图9-3 FPGA及外围电路
9.4.3信号调理及模/数转换电路
经模拟通道后的被测信号首先进行调理，再分 别送高速A/D转换电路和信号整形电路进行处 理。高速A/D转换器可采用TI的TLC5580。其 分辨率为8位，转换速率可根据需要调整，最 高为80MHz。A/D转换的数据结果送FPGA内的 FIFO缓存。整形电路用高速比较器TLC3016， 将任意形状的模拟信号转换为标准的矩形脉冲 信号，送FPGA的频率电路进行频率/周期的测 量。
通信；
声音/语音信号处理； 图形/图像信号处理 ； 控制,包括：磁盘/光盘伺服控制、激光打印机伺 服控制、机器人控制、发动机控制、卡尔曼滤波 等；
仪器,包括：频谱分析、函数发生、波形发生、 数据采集、暂态分析、模态分析、石油/地质助 探、飞行器风洞试验等；
医学电子学；
军事； 计算机和消费电子。
DSP在通信设备领域的应用: 1.数字式蜂房系统
DSP器件还提供了高度专业化的指令集，提高 了FFT快速傅里叶变换和滤波器的运算速度。
DSP芯片一般具有如下一些主要特征： 硬件乘法累加操作（MACs） 具有哈佛结构 零消耗循环控制 特殊寻址模式 执行时间的可预测性 可以并行执行多个操作 具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器 支持流水线操作
DSP的典型应用如下： 通用数字信号处理；
第九章 基于DSP应用系统的 硬件设计举例
9.1 DSP介绍及其应用
与单片机相比，DSP器件具有较高的集成度。 DSP具有更快的CPU，更大容量的存储器，内 置有波特率发生器和FIFO缓冲器。提供高速、 同步串口和标准异步串口。有的片内集成了 A/D和采样/保持电路，可提供PWM输出。
DSP器件采用改进的哈佛结构，具有独立的 程序和数据空间，允许同时存取程序和数据。 内置高速的硬件乘法器，增强的多级流水线， 使DSP器件具有高速的数据运算能力。DSP器 件比16位单片机单指令执行时间快8～10倍， 完成一次乘加运算快16～30倍。
◆语音合成、语音压缩与编码 ◆纠错编码 ◆基带调制与解调 2.软件电台（Software rideo） 3.均衡和信道估计 4.语音和字符识别算法 5.调制解调器（Modem） 6.综合业务数字网（ISDN） 7.多媒体
9.2 DSP系统的总体设计
图9-1 典型的DSP系统
1. DSP系统的功能需求分析
9.4 DSP应用系统硬件电路设计
以Motorola的DSP56805芯片为例，介绍其在数 字示波表中的应用。 硬件电路主要由Motorola的数字信号处理芯片 DSP56805、XILINX的现场可编程门阵列XC2S50 、GSI的静态存储器GS71116、TI的高速模/数 转换芯片TLC5580、Microtips的MTG-F32240液 晶显示器和其他辅助器件组成。
9.2.2 DSP应用系统的低功耗设计
合理选择DSP处理器器件 让DSP以适当的速度运行 在软件设计中降低功耗 存储器类型对功耗的影响 正确处理外围电路
9.3 DSP芯片的选择及其介绍
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。 按数据格式分 这是根据DSP芯片工作的数据格 式来分类的。数据以定点格式工作的DSP芯片称 之为定点DSP芯片。以浮点格式工作的称为DSP 芯片 按用途分 可分为通用型DSP芯片和专用型的 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DSP芯片。专用型DSP芯片是为 特定的DSP运算而设计，更适合特殊的运算，如 数字滤波、卷积和FFT等。
9.4.4 软件结构
图9-4 示波表软Leabharlann Baidu结构
DSP芯片的选择
DSP芯片的运算速度 1)按样点处理 2)按帧处理 DSP芯片的价格 DSP芯片的硬件资源 DSP芯片的运算速度 DSP芯片的开发工具 DSP 芯片的功耗 其他的因素，如封装的形式、质量标准、生命 周期等
ADELANTE 科技公司的Saturn系列 AGERE系统公司的 DSP16XXX 模拟器件公司的 ADSP-21XX 模拟器件公司的 ADSP-21XXX SHARC 系列 模拟器件公司的 ADSP-215XX BLACKFIN 系列 模拟器件公司的 ADSP-TS101 TIGERSHARC 系列 CHIPWRIGHTS公司的 CW4011和CW451 CIRRUS LOGIC 公司的 CS494XX DSP 体系结构公司的 DSP24 日立半导体公司的 SH-DSP 系列和 SH3-DSP 系列 LSI 逻辑公司的 ZSP400、LSI402ZX 和 LSI403LP LSI 逻辑公司的 ZSP500 LSI 逻辑公司的 ZSP600
2. DSP算法的验证与模拟
DSP处理系统所选 用的算法无非是各种通用算 法的组合和改进，DSP系统设计师应尽量选用成 熟可靠、经过时间考验的算法，而支持各种通用 算法的DSP模拟软件市场上已有不少。 SPW工作站 Matlab工具包 Dalisp软件
3. DSP开发工具的选择
ASM/LINK 汇编/链接器； JTAG硬件仿真器，可全透明地访问DSP的所有 资源而不占用用户任何资源； Debugger调试器； 其他选件还有：C编译器、实时操作系统和算 法库。
4. DSP系统调试
认真处理好复位和时钟信号； 在DSP电路中，对所有的输入信号必须有明确 的处理，不能悬浮和置之不理； 模拟电路和数字电路独立布线，最后单点连接 电源和地。软件设计则应严格按照软件工程的 方法进行管理。
9.4.1 DSP控制电路
图9-2 DSP56805电路
9.4.2 FPGA电路
图9-3 FPGA及外围电路
9.4.3信号调理及模/数转换电路
经模拟通道后的被测信号首先进行调理，再分 别送高速A/D转换电路和信号整形电路进行处 理。高速A/D转换器可采用TI的TLC5580。其 分辨率为8位，转换速率可根据需要调整，最 高为80MHz。A/D转换的数据结果送FPGA内的 FIFO缓存。整形电路用高速比较器TLC3016， 将任意形状的模拟信号转换为标准的矩形脉冲 信号，送FPGA的频率电路进行频率/周期的测 量。
通信；
声音/语音信号处理； 图形/图像信号处理 ； 控制,包括：磁盘/光盘伺服控制、激光打印机伺 服控制、机器人控制、发动机控制、卡尔曼滤波 等；
仪器,包括：频谱分析、函数发生、波形发生、 数据采集、暂态分析、模态分析、石油/地质助 探、飞行器风洞试验等；
医学电子学；
军事； 计算机和消费电子。
DSP在通信设备领域的应用: 1.数字式蜂房系统
DSP器件还提供了高度专业化的指令集，提高 了FFT快速傅里叶变换和滤波器的运算速度。
DSP芯片一般具有如下一些主要特征： 硬件乘法累加操作（MACs） 具有哈佛结构 零消耗循环控制 特殊寻址模式 执行时间的可预测性 可以并行执行多个操作 具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器 支持流水线操作
DSP的典型应用如下： 通用数字信号处理；
第九章 基于DSP应用系统的 硬件设计举例
9.1 DSP介绍及其应用
与单片机相比，DSP器件具有较高的集成度。 DSP具有更快的CPU，更大容量的存储器，内 置有波特率发生器和FIFO缓冲器。提供高速、 同步串口和标准异步串口。有的片内集成了 A/D和采样/保持电路，可提供PWM输出。
DSP器件采用改进的哈佛结构，具有独立的 程序和数据空间，允许同时存取程序和数据。 内置高速的硬件乘法器，增强的多级流水线， 使DSP器件具有高速的数据运算能力。DSP器 件比16位单片机单指令执行时间快8～10倍， 完成一次乘加运算快16～30倍。
◆语音合成、语音压缩与编码 ◆纠错编码 ◆基带调制与解调 2.软件电台（Software rideo） 3.均衡和信道估计 4.语音和字符识别算法 5.调制解调器（Modem） 6.综合业务数字网（ISDN） 7.多媒体
9.2 DSP系统的总体设计
图9-1 典型的DSP系统
1. DSP系统的功能需求分析
9.4 DSP应用系统硬件电路设计
以Motorola的DSP56805芯片为例，介绍其在数 字示波表中的应用。 硬件电路主要由Motorola的数字信号处理芯片 DSP56805、XILINX的现场可编程门阵列XC2S50 、GSI的静态存储器GS71116、TI的高速模/数 转换芯片TLC5580、Microtips的MTG-F32240液 晶显示器和其他辅助器件组成。
9.2.2 DSP应用系统的低功耗设计
合理选择DSP处理器器件 让DSP以适当的速度运行 在软件设计中降低功耗 存储器类型对功耗的影响 正确处理外围电路
9.3 DSP芯片的选择及其介绍
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。 按数据格式分 这是根据DSP芯片工作的数据格 式来分类的。数据以定点格式工作的DSP芯片称 之为定点DSP芯片。以浮点格式工作的称为DSP 芯片 按用途分 可分为通用型DSP芯片和专用型的 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DSP芯片。专用型DSP芯片是为 特定的DSP运算而设计，更适合特殊的运算，如 数字滤波、卷积和FFT等。
9.4.4 软件结构
图9-4 示波表软Leabharlann Baidu结构
DSP芯片的选择
DSP芯片的运算速度 1)按样点处理 2)按帧处理 DSP芯片的价格 DSP芯片的硬件资源 DSP芯片的运算速度 DSP芯片的开发工具 DSP 芯片的功耗 其他的因素，如封装的形式、质量标准、生命 周期等
ADELANTE 科技公司的Saturn系列 AGERE系统公司的 DSP16XXX 模拟器件公司的 ADSP-21XX 模拟器件公司的 ADSP-21XXX SHARC 系列 模拟器件公司的 ADSP-215XX BLACKFIN 系列 模拟器件公司的 ADSP-TS101 TIGERSHARC 系列 CHIPWRIGHTS公司的 CW4011和CW451 CIRRUS LOGIC 公司的 CS494XX DSP 体系结构公司的 DSP24 日立半导体公司的 SH-DSP 系列和 SH3-DSP 系列 LSI 逻辑公司的 ZSP400、LSI402ZX 和 LSI403LP LSI 逻辑公司的 ZSP500 LSI 逻辑公司的 ZSP600