(完整版)基于DSP最小应用系统设计实现本科毕业设计

第一章绪论

1.1 本论文的背景

随着信息技术的飞速发展，数字信号处理技术已经发展成为一门关键的技术学科，而DSP芯片的出现则为数字信号处理算法的实现提供了可能，这一方面促进了数字信号处理技术的进一步发展,也使数字信号处理的应用领域得到了极大的拓展。在近20年里，DSP芯片已经在通信和家用电器等领域得到了广泛的应用。

1.1.1 数字信号处理器的发展状况

DSP(Digital Signal Processing)也称数字信号处理器，是一种具有特殊结构的微处理器，是建立在数字信号处理的各种理论和算法基础上，专门完成各种实时数字信息处理的芯片。与单片机相比，DSP有着更适合数字信号处理的优点。芯片内部采用程序和数据分开的哈佛结构，具有专门的硬件乘法器，广泛采用流水线操作，具有良好的并行特性，提供特殊的DSP指令，可以快速地实现各种数字信号处理算法[1]。

DSP发展历程大致分为三个阶段：70年代理论先行，80年代产品普及，90年代突飞猛进。在DSP出现之前数字信号处理主要依靠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，直到70年代才提出了DSP的理论和算法基础。随着大规模集成电路技术的发展，1982年世界上诞生了首枚通用可编程DSP芯片TI的TMS32010。DSP芯片的问世是个里程碑，它标志着DSP应用系统由大型系统向小型化迈进了一大步。进入80年代后期，随着数字信号处理技术应用范围的扩大，要求提高处理速

度，到1988年出现了浮点DSP，同时提供了高级语言的编译器，使运算速度进一步提高，其应用范围逐步扩大到通信、计算机领域。90年代相继出现了第四代和第五代DSP器件。以DSP作为主要元件，再加上外围设备和特定功能单元综合成的单一芯片，加速了DSP解决方案的发展，同时产品价格降低，运算速度和集成度大幅提高[2]。

进入21世纪，现在DSP向着高速，高系统集成，高性能方向发展。当前的DSP多数基于RISC(精简指令集计算机)结构，且进入了VLSI(超大规模集成电路)阶段。如TI公司的TMS320C80代表了新一代芯片集成技术，它将4个32位的DSP，1个32位RISC主处理器，1个传输控制器，2个视频控制器和50Kb SRAM集成在一个芯片上。这样的芯片通常称之为MVP(多媒体视频处理器)。它可支持各种图像规格和各种算法，功能相当强。而第六代TMSC6000系列则是目前速度最快，性能最高的DSP芯片，该系列芯片的发展蓝图中有高至5000MIPS，3G FLOPS的处理性能。而按照CMOS的发展趋势，DSP的运算速度提高到1000MIPS是完全有可能的。TI公司将常用的DSP芯片归纳为三大系列，即TMS320C2000系列(TMS320C2xC2xx)，TMS320C5000系列(TMS320C5xC54x54xxC55x)，TMS320C6000系列(TMS320C62x67x)。其中C54xx以其低廉的价格，低功耗和高性能等特点被广泛应用到通信和个人消费电子领域。而以C54xx系列内核为基础的新一代DSP器件TMS320C5402不仅继承了上述优点，而且存储器被组织进三个独立的可选择的空间：程序存储空间、数据存储空间和IO空间。大小都是64K，总共是192K大小。包括随机存储器(RAM)和只读存储器(RAM)。其中，5402所采用的RAM是双存取访问RAM(DARAM)。片上双存取访问RAM(DARAM)被组织在一些块上，因为每个DARAM块能够在每个机器周期中被访问两次，结合并行的体系结构，使得5402得以在一个指定的周期内完成四个并发的存储器操作：一个取指令操作、两个数据读操作和一个数据写操作。DARAM总是被映射到数据存

储空间上，也可被映射进程序存储空间用于保存程序代码。5402的26个CPU 寄存器和片上外设寄存器被映射在数据存储空间[2]。所以，TMS320C5402

是54系列芯片的典型代表，也是目前国内DSP教材上介绍最多的芯片。1.1.2 数字信号处理的实现方法

数字信号处理是围绕着数字信号处理的理论、实现和应用等几个方面发展起来的。数字信号处理在理论上的发展推动了其应用的发展。反过来，数字信号处理的应用又促进了其理论的提高。而数字信号处理的实现则是理论和应用的桥梁。数字信号处理的实现方法一般有以下几种[1]:

1、在通用的计算机(如PC机)上用软件(如Fortran，C语言)实现。

2、在通用的计算机系统中加上专用的加速片来实现。在此类系统中的加速片上带有智能芯片DSP，加速片在计算机系统中充当处理器的角色，通用计算机仅充当没有实时要求的管理者角色，而不参与实时的数字信号处理。DSP与通用计算机的数据交流及控制可以通过PCI等扩展槽完成。

3、用通用的单片机(如MCS-51，96系列等)实现，这种方法可用于一些不太复杂的数字信号处理，如数字控制等。

4、用专用DSP芯片来实现。国际上已经推出了不少专用于FFT、FIR滤波、卷积、相关等算法的专用芯片，如，TDCl028可以实现FIR滤波器和相关运算。Motorola公司的DSP56200，Zoron公司的ZR34881，也都属于专用型DSP芯片。在专用的DSP芯片中，其软件算法已经在芯片内部用硬件实现，无需进行编程。使用者给出输入数据，经过简单的组合即可在输出端得到结果。这一般用于对速度要求很高的场合。这种方案的缺点是灵活性差，并且开发工具还不完善。

5、用通用的可编程DSP芯片实现。同其它智能芯片相比，通用DSP有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、并设计有专门用于数字信号处理的指令系统等。目前市场上的DSP芯片以美国德州仪器(TI)的系列芯片为主流。

1.2 本论文目的及意义

DSP最小系统是DSP应用系统的最核心部分，本课题设计基于TMS320VC5402 DSP芯片，构建了TMS320VC5402 DSP最小系统，并通过IO口电路测试了DSP最小系统板的可用性，为以后的学习提供了最核心的电路模块。

1.3 本论文的主要内容

本论文的主要内容有：

(1)基于TMS320VC5402的结构和功能，结合TMS320VC54X系列DSP实验教学的内容和要求，对DSP最小系统进行总体设计。

(2)基于TMS320VC5402的DSP最小系统的设计，包括电源电路、时钟和复位电路、片外存储器电路以及JTAG仿真电路的设计。

(3)在CCS集成开发环境下，实现系统自举加载和IO口电路测试实验。

第二章系统总体设计

本章介绍了TMS320VC5402芯片的结构和功能，在此基础上对DSP最小系统的功能方框图进行了规划，并对整个系统的设计方法进行了介绍。