DSP系统设计及应用实例
《DSP原理及应用》课程实验报告
[《DSP原理及应用》课程实验报告]（软、硬件实验）实验名称：[《DSP原理及应用》实验]专业班级：[ ]学生姓名：[ ]学号：[ ]指导教师：[ ]完成时间：[ ]目录第一部分．基于DSP系统的实验 (1)实验3.1：指示灯实验 (1)实验3.2：DSP的定时器 (3)实验3.5 单路，多路模数转换（AD） (5)第二部分．DSP算法实验 (13)实验5.1：有限冲击响应滤波器（FIR）算法实验 (13)实验5.2：无限冲激响应滤波器(IIR)算法 (17)实验5.3：快速傅立叶变换(FFT)算法 (20)第一部分．基于DSP系统的实验实验3.1：指示灯实验一．实验目的1．了解ICETEK–F2812-A评估板在TMS320F2812DSP外部扩展存储空间上的扩展。
2．了解ICETEK–F2812-A评估板上指示灯扩展原理。
1．学习在C语言中使用扩展的控制寄存器的方法。
二．实验设备计算机，ICETEK-F2812-A实验箱（或ICETEK仿真器+ICETEK–F2812-A系统板+相关连线及电源）。
三．实验原理1．TMS320F2812DSP的存储器扩展接口存储器扩展接口是DSP扩展片外资源的主要接口，它提供了一组控制信号和地址、数据线，可以扩展各类存储器和存储器、寄存器映射的外设。
-ICETEK–F2812-A评估板在扩展接口上除了扩展了片外SRAM外，还扩展了指示灯、DIP开关和D/A设备。
具体扩展地址如下：C0002-C0003h：D/A转换控制寄存器C0001h：板上DIP开关控制寄存器C0000h：板上指示灯控制寄存器详细说明见第一部分表1.7。
-与ICETEK–F2812-A评估板连接的ICETEK-CTR显示控制模块也使用扩展空间控制主要设备：108000-108004h：读-键盘扫描值，写-液晶控制寄存器108002-108002h：液晶辅助控制寄存器2．指示灯扩展原理3．实验程序流程图开始初始化DSP时钟正向顺序送控制字并延时四．实验步骤1．实验准备连接实验设备：请参看本书第三部分、第一章、二。
基于DSP的瞬变电磁探测系统设计与实现
（3）抗干扰设计：由于瞬变电磁探测系统的工作环境通常比较复杂，因此 需要采取一系列抗干扰措施来保证系统的稳定性和可靠性。例如，采用屏蔽电缆 和低噪声放大器等硬件手段降低外界干扰；采用数字滤波等方法对数据进行处理， 去除噪声干扰；同时，还可以通过软件算法实现信号的自动跟踪和补偿，提高系 统的测量精度和稳定性。
1、3功能实现
瞬变电磁软件的功能实现主要包括以下几个方面：
1、数据导入：支持多种数据格式的导入，包括二进制文件、文本次演示件 等。通过读取文件头信息，判断文件类型并自动转换为软件支持的格式。
2、数据处理：包括数据滤波、噪声抑制、数据插值、拟合等功能。通过对 数据进行预处理，提高数据的信噪比，提取有用的地质信息。
3、实现方法
基于DSP的瞬变电磁探测系统的实现方法主要包括以下几个步骤：
（1）系统集成：将各个子系统进行集成，构建完整的瞬变电磁探测系统。 这包括硬件和软件的集成以及各个模块之间的通信和协调控制等。
（2）测试与调试：对系统进行测试和调试，确保系统的各个组成部分正常 工作并能够协调运行。这包括对硬件电路的测试、对软件程序的调试以及对整个 系统的联合测试等。
1、系统组成
瞬变电磁探测系统主要由发射和接收两大部分组成。发射部分包括一个脉冲 发生器和发射线圈，用于产生一定强度的脉冲磁场。接收部分包括一个接收线圈 和信号处理电路，用于接收和检测由地下物体反射回来的脉冲磁场信号。
数字信号处理器（DSP）是整个系统的重要组成部分，它对接收到的信号进 行数据采集、预处理、分析和解释，提取出有用的信号，并将其转化为可以理解 和分析的数据。DSP还通过控制系统实现系统的自动化和智能化操作。
二、开发实现
2、1开发环境
瞬变电磁软件的开发环境主要包括Windows操作系统、Visual Studio集成 开发环境、MySQL数据库等。其中，Windows操作系统提供了良好的开发环境和丰 富的开发资源；Visual Studio集成开发环境提供了高效的开发工具和丰富的调 试工具；MySQL数据库用于存储和管理大量的数据信息。
基于MATLAB的DSP系统设计与实现
基于MATLAB的DSP系统设计与实现数字信号处理(DSP)技术在现代通信技术中的应用越来越广泛，其中MATLAB是一种广泛使用的开发工具。
在本文中，我们将探讨基于MATLAB的DSP系统设计与实现。
1. DSP的基本概念数字信号处理是将连续时间的模拟信号转换成数字信号，并在数字域中对信号进行处理的一种技术。
DSP技术在音频、视频、图像等领域都有广泛的应用。
2. DSP系统的基本架构一个典型的DSP系统由数据输入/输出部分、数字信号处理器、存储器和控制器等组成。
其中，DSP芯片是实现数字信号处理的核心部分。
DSP芯片一般采用定点运算方式，其运算速度较快，且电路比较简单，易于实现。
另外，DSP还需要使用各种算法来实现数字信号处理功能。
这些算法包括滤波、变换、傅里叶分析等等。
3. MATLAB在DSP系统中的应用MATLAB是一种广泛使用的数学软件，其在数字信号处理领域中也有广泛的应用。
使用MATLAB，可以快速地开发和调试各种DSP算法。
MATLAB提供了丰富的函数库和工具箱，包括数字信号处理工具箱(DSP Toolbox)、信号处理工具箱(Signal Processing Toolbox)等。
这些工具箱提供了各种滤波、变换等数字信号处理算法的实现。
另外，MATLAB也提供了各种绘图和分析工具，方便用户对数字信号进行分析和可视化。
4. DSP系统的设计与实现在基于MATLAB的DSP系统设计与实现过程中，一般需要遵循以下步骤：（1）定义问题：明确数字信号处理系统的输入、输出、处理方式和性能要求等。
（2）算法设计：根据问题的要求，选择合适的数字信号处理算法，并进行算法设计。
（3）算法实现：将算法实现成MATLAB程序，并进行调试和优化。
（4）系统集成：将算法和DSP硬件进行集成并进行测试。
5. 结语基于MATLAB的DSP系统设计与实现可以大大提高数字信号处理的效率和准确性。
在实际应用中，需要对系统进行合理设计和优化，才能达到更好的效果。
DSP系统设计
INT3 有 ？ 效 否
有 并 效 行 自 ？ 举 否
是 传 数 输 据
是 装 代 载 码 A
A
初 化 行 始 串 口 拉 XF 低
I/O 自 举 准 行 自 标 串 口 举
McB P1 S ？ 否 是 有 效 数 ？ 据 否 传 输 数 据 是 是 否 否 B IO 低 ？ 是 有 效 数 ？ 据 传 输 数 据
W =0x--A ？ A 是 8位 式 模
否
-1个 以 读 取R 字 初 始 寄 器 化 存 。 8位 式 ， 个 模 下 每 字 按 节 取 要 字 读 两 。 次 读 起 地 的 取 始 址 X PC 读 起 地 的 取 始 址 PC
读 段 大 取 的 小R 是
R =0？ 否 读 段 标 址 取 目 地 读 段 内 并 取 的 容 放 到 标 址 置 目 地
标准串行自举 标准串行口方式McBSP1（8位模式）
B IN R T1=1 否
D R R =0x08？ 是 读 一 节 下 字
检 M SP0 测 cB 自 举
D R R =0xA ？ A 是 8位 式 模 读4 个 元 哑 传 代 输 码
否
标准串行自举(续) 标准串行口方式McBSP0（16位模式）
复位周期TRP
TRP = 3.125 × CRP
看门狗周期TWP
TWP = 25 × CWP
带手动复位和电压监控 TPS3808 主要特性：
复位延迟时间可设（1.25ms～10s）； 小尺寸SOT23；
上电顺序连接
带手动复位和电压监控(TPS3808)
复位过程时序（tD电容预设）
带手动复位和电压监控（TPS3808）
跳 到 始 址 转 起 地 开 运 始 行
dsp基本系统设计
04
同时，随着人工智能、物联网等技术的快速发展， DSP技术将与这些技术进行更紧密的结合，以实现更 高效、智能的数据处理和分析。
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算法实现与优化
总结词
DSP系统的核心是实现各种数字信号处理算法，因此算法实现与优化是DSP系统软件设计的关键环节 。
详细描述
在算法实现与优化方面，需要考虑算法的复杂度、运算量、存储需求等因素，并采用适当的优化技术 ，如循环展开、流水线设计、并行计算等，以提高DSP系统的性能。
程序结构与流程控制
总结词
存储器与I/O接口设计
存储器设计
根据DSP系统的需求，设 计适当的存储器容量和类 型，如SRAM、DRAM、 Flash等。
I/O接口设计
根据应用需求，设计适当 的I/O接口，如GPIO、SPI、 I2C、UART等。
考虑因素
在存储器和I/O接口设计时， 需要考虑容量、速度、功 耗以及与处理器的兼容性 等因素。
信号的频域分析
频域分析是将信号从 时域转换到频域进行 分析的方法。
频谱分析可以揭示信 号的频率成分、频率 范围和频率变化等特 性。
傅里叶变换是频域分 析的基础，可以将信 号表示为不同频率分 量的叠加。
04 DSP系统硬件设计
硬件平台选择
通用硬件平台
选择通用的DSP硬件平台，如TI 的TMS320系列或ADI的Blackfin 系列，这些平台具有成熟的开发 工具和丰富的应用案例。
05 DSP系统软件设计
软件开发环境选择
总结词
选择合适的软件开发环境是DSP系统设计的重要步骤，它影响着软件开发的效 率、可维护性和可扩展性。
基于TMS320F2808 DSP最小系统设计及应用
基于TMS320F2808 DSP 最小系统设计及应用TMS320F2808 是德州仪器(TI)公司推出的C2000 平台上的定点DSP 芯片，具有低成本、低功耗和高性能处理能力，特别适用于大量数据处理的测控领域和复杂运算的电机控制领域。
本文在介绍TMS320F2808 的性能基础上设计了以TMS320F2808 DSP 为核心的最小应用系统，并给出了各部分具体硬件电路的设计和典型扩展应用。
1 TMS320F2808 特点TMS320F2808 是美国TI 公司推出的C2000 平台上的32 位定点DSP 芯片，具有低成本、低功耗和高性能处理能力，外设功能增强且极具价格优势，采用100 引脚封装，所有产品引脚兼容，具有高达64 kB 的闪存和100MIPS 的性能。
片上集成了丰富而又先进的增强型外设，如16 路PWM 输出通道、6 路HRPWM 输出通道、4 个eCAP 输入接口、6 个32 位／16 位定时器；串行外没模块，如4 个SPI 模块、2 个SCI 模块、2 个CAN 模块、1 个I2C 模块；12 位16 通道的A／D 转换器；35 个可独立编程复用的通用I／O 引脚(GPIO)，其输入引脚具有窄脉冲限定器。
使其具有强大的数字信号处理能力，又具有强大的事件管理能力和嵌入式控制功能，非常适用于工业、汽车、医疗和消费类市场中的数字电机控制、数字电源和高级感应技术。
2 TMS320F2808 最小系统结构DSP 最小系统由DSP 芯片及其基本的外围电路和接口组成，如果去掉其中的任何一部分，都无法成为一个独立的DSP系统工作。
最小系统通常包括DSP 芯片、电源变换电路、JTAG 仿真接口、复位电路、引导模式电路等。
3 硬件电路设计3．1 电源电路及复位电路TMS320F2808 是一个低功耗芯片，内核电源电压为1．8 V，芯片与外部接口间采用3．3 V 电源电压，考虑到硬件系统要求电源具有稳定功能和纹波小的特点，另外也考虑到硬件系统的功耗等特点，因此本设计中采用TI 公司的的TPS70151 电源芯片。
基于DSP控制的电力电子系统设计
基于DSP控制的电力电子系统设计引言电力电子系统在现代社会中扮演着至关重要的角色，从电力传输和转换到工业控制和家庭电器等各个领域。
而基于数字信号处理（DSP）控制的电力电子系统设计，以其高效、可靠和灵活性强的特点，成为了当前研究热点之一。
本文将讨论基于DSP控制的电力电子系统设计，介绍其原理和应用，并探讨其在未来的发展趋势。
一、DSP控制在电力电子系统中的应用1.1 逆变器逆变器是一种将直流电转换为交流电的装置，在可再生能源和工业应用中广泛使用。
传统的逆变器采用模拟控制方法，但随着DSP技术的发展，基于DSP控制的逆变器能够提供更高的效率和更好的响应速度。
DSP控制可以实时监测电网条件和负载情况，并进行相应的调整，以确保系统稳定运行。
1.2 整流器整流器是将交流电转换为直流电的设备，主要应用于电力传输和工业领域。
传统的整流器通常采用开环控制，但基于DSP控制的整流器可以实现闭环控制，通过监测输入电流和电压，实时调整开关器件的工作状态，提高功率因数和电网质量。
1.3 机电传动系统机电传动系统在工业自动化和交通运输领域中得到广泛应用，用于驱动各种设备和机械。
基于DSP控制的电力电子系统可以实现精确的速度和扭矩控制，提高系统的稳定性和性能。
二、基于DSP控制的电力电子系统设计原理2.1 DSP芯片选择在基于DSP控制的电力电子系统设计中，选择合适的DSP芯片至关重要。
不同芯片具有不同的运算速度、存储容量和接口数量，需要根据实际应用需求来选择合适的芯片。
常用的DSP芯片有TI的TMS320系列和ADI的Blackfin系列等。
2.2 控制算法设计控制算法是基于DSP控制的电力电子系统设计中的核心部分。
常见的控制算法包括PID控制、模糊控制和神经网络控制等。
根据系统的特点和需求，选择适合的控制算法，并通过编程将其实现在DSP芯片上。
2.3 信号采集和处理基于DSP控制的电力电子系统需要实时采集和处理各种信号，如电流、电压和温度等。
基于DSP的电力电子系统设计与实现
基于DSP的电力电子系统设计与实现概述随着电力电子技术的不断发展和应用，数字信号处理（DSP）在电力电子系统中的应用日益广泛。
DSP技术的引入为电力电子系统的设计和实现带来了诸多创新和改进，提升了系统的性能和可靠性。
本文将探讨基于DSP的电力电子系统设计与实现的相关内容，以及其在实际应用中的优势和挑战。
一、DSP在电力电子系统中的作用DSP技术是将模拟信号转换为数字信号，并对数字信号进行处理和分析的一种技术手段。
在电力电子系统中，DSP可用于控制策略的设计、信号采集与处理、功率变换和滤波等方面。
它不仅提供了强大的数据处理和计算能力，还能实现控制策略的灵活调整。
1. 控制策略设计DSP技术在电力电子系统中最主要的应用是控制策略的设计与实现。
通过采集电力电子系统中的各种信号（如电流、电压等），使用DSP芯片进行实时处理，并根据系统的控制要求生成相应的PWM信号，从而实现对系统的精确控制。
这种基于DSP的控制策略具有响应快、稳定性好、可靠性高等优点，对于电力电子系统的稳态和动态性能的提升起到了重要的作用。
2. 信号采集与处理电力电子系统中的信号采集与处理是指通过传感器等装置将模拟信号转换为数字信号，并对其进行滤波、放大、修正等处理。
采用DSP技术进行信号采集与处理具有高精度、低延迟和高灵活性的优势。
通过合理的滤波和处理算法，可以有效减少系统中的噪声和干扰，提高系统的信号质量和可靠性。
3. 功率变换基于DSP的电力电子系统设计与实现中，功率变换是其中的重要环节。
DSP 技术可以实现电力电子器件的高效控制和变换，通过对电流和电压的调节，实现电能的传输与变换。
此外，DSP技术还可以实现多电平逆变器的控制策略，提高变频器的输出精度和稳定性，减小谐波失真和电流畸变。
二、基于DSP的电力电子系统设计与实现的优势1. 高性能和高可靠性基于DSP的电力电子系统设计与实现具有高性能和高可靠性的优势。
DSP芯片具有强大的计算能力和高速运算能力，能够满足电力电子系统中复杂控制算法的需求。
基于DSP的音频信号处理系统设计
基于DSP的音频信号处理系统设计一、导言随着数字信号处理（DSP）技术的不断发展和成熟，其在音频信号处理领域的应用也越来越广泛。
基于DSP的音频信号处理系统不仅可以实现高质量的音频处理和增强，也可以满足不同应用场景下的需求，如音频通信、娱乐、音频分析等。
本文将针对基于DSP的音频信号处理系统进行设计，从系统结构、信号处理算法、硬件平台等方面进行介绍和分析。
二、系统结构设计基于DSP的音频信号处理系统的设计首先需要确定系统的结构框架。
一般来说，这个结构包括了输入模块、DSP处理模块、输出模块和控制模块。
输入模块用于接收音频信号，可以是来自麦克风、音乐播放器、电视等各种音频设备。
DSP处理模块是音频信号处理的核心部分，其中包括了各种信号处理算法和算法的实现。
输出模块用于将处理后的音频信号输出到扬声器、耳机等输出设备中，以供用户听取。
控制模块可以用来控制和调节系统参数、算法选择、音频效果等。
三、信号处理算法音频信号处理系统的设计离不开各种信号处理算法的选择和实现。
常见的音频信号处理算法包括了滤波、均衡器、混响、压缩、编码解码等。
滤波算法用于去除音频信号中的杂音和干扰，使音频信号更加清晰；均衡器算法可以调节音频信号的频谱特性，使音频输出更加平衡；混响算法用于模拟不同的音频环境和效果；压缩算法可以调节音频信号的动态范围，使音频输出更加均衡；编码解码算法用于音频信号的数字化和解码处理。
在实际应用中，根据不同场景和需求，可以选择不同的信号处理算法，并通过DSP处理模块进行实现和调节。
四、硬件平台设计在基于DSP的音频信号处理系统的设计中，硬件平台的选择和设计也是非常重要的一部分。
常见的DSP芯片有TI的TMS320系列、ADI的Blackfin系列、Freescale的i.MX系列等。
在选择DSP芯片的还需要考虑到外围设备的选择和接口设计，如ADC（模数转换器）、DAC（数模转换器）、存储器、通信接口等。
为了提高系统的性能和稳定性，还需要考虑到功耗、体积、散热等方面的问题。
DSP原理及应用TMS320C54x片内外设及应用实例
应用领域拓展
随着数字信号处理技术的不断发展，DSP的应用领 域也在不断拓展，需要不断探索新的应用场景和市 场需求。
人才培养和生态系统建设
为了推动DSP技术的发展和应用，需要加强 人才培养和生态系统建设，建立完善的开发 环境和工具链。
06
参考文献
参考文献
1
[1] 张雄伟, 杨吉斌. 数字信号处理——原理、算 法与实现[M]. 北京: 清华大学出版社, 2011.
应用场景
在音频处理、信号测量、控制系统 等领域广泛应用。
存储器和I/O引脚
存储器和I/O引脚功能
01
TMS320C54x芯片具有外部存储器和多个I/O引脚，用于扩展外
部存储空间和连接外设。
工作原理
02
通过读写外部存储器实现数据存储，I/O引脚用于输入输出电平
信号。
应用场景
03
在数据存储、外设控制、信号采集等方面具有广泛应用。
FFT在TMS320C54x上的实现
TMS320C54x的硬件结构支持FFT运算，其乘法器和累加器运算单元可以高效地完成 FFT计算。在实现FFT时，需要注意数据的位序和存储方式。
FFT应用实例
通过FFT算法，可以分析语音、图像、雷达等信号的频谱成分，从而实现信号的频域分 析、滤波、调制解调等功能。
TMS320C54x的优势与局限性
• 丰富的外设接口：TMS320C54x系列DSP具有多种外设接口， 如串行通信接口、并行输入输出接口等，方便与外部设备进行 数据交换。
TMS320C54x的优势与局限性
价格较高
由于TMS320C54x系列DSP采用高性能的制程技术和复杂的内 部结构，导致其价格较高，增加了应用成本。
《DSP系统设计及应用》第三章
3.2.3
TMS320F206引脚 TMS320F206引脚
6
7
8
9
10
11
3.2.4
包括： 包括：
中央处理单元（CPU）
一个16位的比例转移器、 一个16位的比例转移器、 16位的比例转移器 一个16*16位并行乘法器 16*16位并行乘法器、 一个16*16位并行乘法器、 一个32 中央算术逻辑单元、 32位 一个32位中央算术逻辑单元、 一个32 累加器以及一个条件转移器。 32位 以及一个条件转移器 一个32位累加器以及一个条件转移器。 1．状态和控制寄存器 ST0和ST1两个状态寄存器保存各种各样的条件和模式的状态 两个状态寄存器保存各种各样的条件和模式的状态， ST0和ST1两个状态寄存器保存各种各样的条件和模式的状态， 包含状态位和控制位。 包含状态位和控制位。
12
13
2．输入比例转移器 （参看结构图）
DRDB它有一个 16 位的输入连到了数据总线DRDB DRDB 它有一个16 位的输入连到了数据总线 DRDB ， 它有一个 16位的输入连到了数据总线 DRDB， 一个32位输出连到了CALU 32位输出连到 据空间来的数据得到CALU的路径， CALU的路径 据空间来的数据得到CALU的路径，这部分操作不需要 时钟周期，它用来把从内存来的16位数据与32 16位数据与32位 时钟周期，它用来把从内存来的16位数据与32位CALU 对齐。这对于位逻辑运算是很有用的。 对齐。这对于位逻辑运算是很有用的。 这个比例转移器在输入数据上产生一个0 16位 这个比例转移器在输入数据上产生一个0到16位 的左移，输出的LBS LBS用 填满；MSB可以被 可以被0 的左移，输出的LBS用0填满；MSB可以被0或有符号扩 展位填满，具体由状态寄存器的ST1的SXM位的值决定。 展位填满， 具体由状态寄存器的ST1 SXM位 的值决定。 ST 转移数据由一个存在于指令的常数或TREG TREG中的一 转移数据由一个存在于指令的常数或TREG中的一 个变量来确立。 个变量来确立。在指令中的转移数允许为特定的比例 或调整操作在代码中特定的点。TREG基本转移允许比 或调整操作在代码中特定的点。TREG基本转移允许比 例因素去适应系统。 例因素去适应系统。
数字信号处理器(DSP)原理与应用.ppt
数字信号处理的实现方法
实现方法 PC机 高级语言 编程 速度 中等 快 慢 应用场合 非嵌入式 非嵌入式 嵌入式 适应性 复杂算法 复杂算法 简单算法
Tianjin University
性价比 较好 中等 较好
PC机＋高 速处理
单片机
硬件＋ 专用指令
汇编语言 编程
通用DSP
专用DSP
专用指令
硬件＋ 专用指令
•机器人视觉
•图像传输/压缩 •同态处理 •模式识别 •工作站
•动画/数字地图
Tianjin University
DSP芯片的主要应用领域
（1）信号处理
•频谱分析
（2）图像处理
•函数发生器
•模式匹配 •地震信号处理 •数字滤波 •锁相环
（3）仪器
（4）声音/语言 （5）控制 （6）军事应用 （7）电信 （8）无线电
MIPS(Million Instruction per second)是 一种评估DSP速度的一个指标。DSP运行频率也 是评估DSP的一个指标，他们二者之间的联系 需要考虑到DSP体系结构（是否多路并行结构、 是执行定点还是浮点运算）。
Tianjin University
价格 商业级 ：一般应用；适用于实验室等环境较好 场合； 工业级 ：可靠性好；适用于工业现场等环境恶 劣场合； 军品 ：可靠性高；适用于各种恶劣场合； 航空级 ：可靠性很高；适用于特殊场合；
Tianjin University
血压计
DSP系统基本构成
Tianjin University
输入
抗混叠 滤波 A/D DSP
平滑 滤波 D/A
输出
存储器
Tianjin University
CH08 - TMS320C54x应用系统设计举例
第8章 TMS320C54x应用系统设计举例教学提示：对于DSP工程技术人员来说，面对具体的开发目标，分析其技术指标和要求，确定适当的算法、估计运算量、存储器的使用量和功耗，从而选择适当的DSP处理器，进行软硬件的设计、实现和调试，是难度和工作量都很大的工作。
只有在大量的实践工作中，不断地积累经验，不断地学习与完善，才能越做越好。
本章通过DSP应用中几个典型的案例讨论，希望对读者在DSP系统的设计、方案的选择和实现等方面有所帮助。
教学要求：了解DSP应用系统设计基本步骤，掌握正弦信号发生器、FIR数字滤波器的设计和实现方法，了解快速傅里叶变换、语音信号采集和回放的实现方法，并简单了解C语言编程的基本方法。
8.1 DSP应用系统设计基本步骤一个DSP应用系统设计包括硬件设计和软件设计两部分。
硬件设计又称为目标板设计，是基于算法需求分析和成本、体积、功耗核算等全面考虑的基础上完成的，典型的DSP目标板结构如图8.1所示。
图8.1 典型的DSP目标板结构框图从结构框图可以看出，典型的DSP目标板包括DSP及DSP基本系统、存储器、模拟数字信号转换电路、模拟控制与处理电路、各种控制口与通信口、电源处理以及为并行处理或协处理提供的同步电路等。
软件设计是指设计包括信号处理算法的程序，用DSP汇编语言或通用的高级语言(C/C++)编写出来并进行调试。
这些程序要放在DSP片内或片外存储器中运行，在程序执行时，DSP会执行与DSP外围设备传递数据或互相控制的指令，因此，DSP的软件与硬件设计调试是密不可分的。
图8.2是一般DSP系统的设计开发过程。
主要有以下几个步骤：第8章 TMS320C54x应用系统设计举例·245·图8.2 DSP系统的设计开发过程1. 确定系统的性能指标设计一个DSP系统，首先要根据系统的使用目标确定系统的性能指标、系统功能的要求。
2. 进行算法模拟对一个实时数字信号处理的任务，选择一种方案和多种算法，用计算机高级语言(如C、MATLAB等工具)验证算法能否满足系统性能指标，然后从多种信号处理算法中找出最佳的算法。
DSP串行通信系统设计与实现
Ｔ Ｓ２ Ｌ ２０ Ａ的串行通信系统。该系统通过 串行外设接 口（Ｐ ） Ｍ ３０ Ｆ４ ７ Ｓ Ｉ 和通用异步收发器（ Ｒ Ｔ 两 Ｕ Ａ） 个 通信模块 实现 Ｄ Ｐ与 Ｐ Ｓ Ｃ主机 和 数显 外设 的 串行通 信 。详细 介绍 了 Ｄ Ｐ串行 通信 系统 的硬 件设 Ｓ 计原 理和方 法 ， 出 了系统运 行 流程 和相 关 的软 件构 架 。通 信 实验 表 明， 系 统 电路 设计 简 单 ， 给 该 传 输数 据稳定 准确 ， Ｄ Ｐ系统在 通信 方面 的开发具 有 一定 的参考 价值 和 实际意 义。 对 Ｓ
Ｋ ｅ ｏ ｄｓ： ｇ ｔ ｉｎ ｌｐｒ ｃ ｓｏ ； ｅ ｉｌｃ ｍｍ ｕ ｉａ ｉｎ； ｅ ｐ ｅ ａ ｎ ｅ ｆｃ ｙｗ ｒ Ｄｉｉａ ｓｇ ａ ｏ ｅ ｓ ｒ Ｓ ｒａ ｏ ｌ ｎｃ ｔ ｏ Ｐ ｒ ｈ ｒ ｌｉ ｔｒ Ｓｇａ Ｐｏｅｓ ｇ 简称 Ｄ Ｐ） Ｓ （ ｉｔ ｉ ｌ ｒｃｓｉ ， ｉｌ ｎ ｎ Ｓ 和计算机 技术 的发 展 ， Ｓ Ｄ Ｐ已广 泛 应 用 于 各个 控 制
关键 词 ： 字信 号处 理 ； 数 串行 通信 ； 外设 接 口
Ｄ Ｉ Ｏ 编码 ：０ ３ ６ ／．ｓｎ １０ ２ ７ ． ０ ０ ０ ． ０ １ ．９ ９ ｊｉ ． ０ ２— ２ ９ ２ １ ．６ ０ ９ ｓ
中图分 类号 ：Ｎ １ ． ２ Ｔ ９ １７
文 献标 识码 ： Ｂ
文章编 号 ：０ ２— ２ ９ ２ １ ） ６— ０ ３— ４ １０ ２７ （００ ０ ０２ ０
（ ｏｅｅｏ ｕ ｍ ｔ ｎ Ｎ ｒ ｗ ｓ ｒ ｏ ｔ ｈｉ ｌＵ ｉ ｒｔ， ｉａ １０ ２ Ｃ ｉ ） Ｃ ｌｇ ｌ ｆＡ ｔ ａｉ ， ｏ ｈ ｅｅｎＰ ｌ ｅ ｎｃ ｎ ｅ ｉ Ｘ ’ｎ７ ０ ７ ， ｈｎ ｏ ｏ ｔ ｔ ｙｃ ａ ｖ ｓｙ ａ
高速DSP系统的电路板级电磁兼容性设计-设计应用
高速DSP系统的电路板级电磁兼容性设计-设计应用0 引言印制线路板(PCB)提供电路元件和器件之间的电气连接，是各种电子设备基本的组成部分，它的性能直接关系到电子设备质量的好坏。
随着电子技术的发展，各种电子产品经常在一起工作，它们之间的干扰越来越严重，所以电磁兼容问题成为一个电子系统能否正常工作的关键。
同样，随着PCB的密度越来越高，PCB设计的好坏对电路的干扰及抗干扰能力影响很大。
要使电子电路获得性能，除了元器件的选择和电路设计之外，良好的PCB布线在电磁兼容性中也是一个非常重要的因素。
随着高速DSP技术的广泛应用，相应的高速DSP的PCB设计就显得十分重要。
由于DSP是一个相当复杂、种类繁多并有许多分系统的数、模混合系统，所以来自外部的电磁辐射以及内部元器件之间、分系统之间和各传输通道间的串扰对DSP及其数据信息所产生的干扰，已严重地威胁着其工作的稳定性、可靠性和安全性。
据统计，干扰引起的DSP事故占其总事故的90％左右。
因此设计一个稳定、可靠的DSP系统，电磁兼容和抗干扰至关重要。
1 DSP的电磁干扰环境电磁干扰的基本模型由电磁干扰源、耦合路径和接收机3部分组成，如图1所示。
电磁干扰源包含微处理器、微控制器、静电放电、瞬时功率执行元件等。
随着大量高速半导体器件的应用，其边沿跳变速率非常快，这种电路可以产生高达300 MHz的谐波干扰。
耦合路径可以分为空间辐射电磁波和导线传导的电压与电流。
噪声被耦合到电路中的简单方式是通过导体的传递，例如，有一条导线在一个有噪声的环境中经过，这条导线通过感应接收这个噪声并且将其传递到电路的其他部分，所有的电子电路都可以接收传送的电磁干扰。
例如，在数字电路中，临界信号容易受到电磁干扰的影响；模拟的低级放大器、控制电路和电源调整电路也容易受到噪声的影响。
2 DSP电路板的布线和设计良好的电路板布线在电磁兼容性中是一个非常重要的因素，一个拙劣的电路板布线和设计会产生很多电磁兼容问题，即使加上滤波器和其他元器件也不能解决这些问题。
DSP原理与应用DSP系统设计PPT课件
3.3V 3A
EN PG
可调 5A
EN PG
3.3V 5A
EN PG
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电源
电源器件选型：常用器件（2）
开关电源控制器：
➢ 双路输出
TPS56300： 5V 1.3V～3.3V（可设置） 取决于MOS 管
TPS5602： 管
5V 可调节
取决于MOS
➢ 单路输出
TPS56100： 5V 1.3～2.6V（可设置） 管
优点：
➢ 电路简单 ➢ 占地小 ➢ 频率范围宽：1Hz～400MHz ➢ 驱动能力强：可提供多个器件使用
缺点：
➢ 成本较高 ➢ 频率生产时已确定，多个独立的时钟需
要多个晶振
注意：
➢ 使用时要注意时钟信号电平，一般为5V 或3.3V，要求1.8V电平的时钟不能选用， 如VC5401、VC5402、VC5409和F281x
TI DSP更提供多种灵活的时钟选项：
➢ 片内／片外振荡器 ➢ 片内PLL ➢ PLL分频／倍频系数可由硬件／软件配置
不同的DSP时钟可配置的能力可能不同，使用前应参考各自的数据 手册
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时钟
时钟电路：晶体
优点：
➢ 电路简单：只需晶体＋2个电容 ➢ 价格便宜，占地小 ➢ 时钟信号电平自然满足要求
UART（RS232、RS422/RS485） CAN总线 USB ……
DSP系统需要的电源种类 数字电源和模拟电源 电源滤波 电源对PCB布局的影响 供电方案及器件选型 上电次序 电源监视与系统监视 电源电路实例
电源
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电源
给TI DSP供电
核
I/O
电源 电源
基于DSP的音频信号处理与放大系统设计(毕业设计)
基于DSP的音频信号处理与放大系统设计一、前言数字信号处理（DSP）技术在音频处理中得到了广泛的应用。
本文旨在设计一个基于DSP的音频信号处理与放大系统，实现对音频信号的处理、调节和放大。
该系统采用了TMS320C6713 DSP芯片作为核心处理器，能够实现高效率、高精度的数字信号处理。
本文将从系统设计的需求出发，分析系统架构、设计参数、算法实现和系统性能等方面进行详细阐述。
二、系统需求分析输入/输出该系统的输入为音频信号，一般来自音频采集器、CD、MP3等设备。
输出为音频放大信号，一般连接至功放、扬声器等设备。
为保证音频信号质量，系统应具有输入阻抗高、噪声低、失真小的特点。
放大输出信号应具有高保真度、低失真度、大输出功率等特点。
系统性能该系统应满足以下要求：（1）输入阻抗：> 10kΩ（2）噪声：< 0.1mV（3）失真：< 0.1%（4）输出功率：> 50W（5）频率响应：20Hz-20kHz（6）信噪比：> 90dB（7）总谐波失真：< 0.5%系统算法系统应支持以下算法：（1）音频采集（2）滤波处理（3）音量调节（4）均衡器（5）混响效果三、系统设计系统架构该系统采用了TMS320C6713 DSP芯片作为核心处理器，外围连接音频采集器、音频处理器、音频放大器等模块。
系统框图如下所示：+--------+ +--------+ +--------+|音频采集器|------->| DSP芯片|------->| 音频放大器|+--------+ +--------+ +--------+|+--------+| 音频处理器|+--------+系统参数（1）输入阻抗：系统采用运放作为输入级，输入阻抗可达到10MΩ以上。
（2）噪声：系统采用低噪声运放，噪声可控制在0.1mV以下。
（3）失真：系统采用高精度ADC/DAC芯片和高质量音频放大器，失真可控制在0.1%以下。
DSP与智能化系统------第8章 dsp硬件设计基础
二、DSP系统的设计思路
输
输
入 抗混
DSP
平滑 出
叠滤 A/D 芯片 D/A 滤波
波器
器
典型的DSP系统
20
1.总体方案设计
DSP应用
DSP系统设计前：
定义系统性能指标
•明确设计任务 •给出设计任务书
选择DSP芯片
功能描述准确
软件编程
硬件设计
功能描述清楚 描述的方式
软件调试
硬件调试
人工语言
系统集成
29
器件的选型原则 4
逻辑控制
先 确 定 所 用 器 件 ， 如 PLD 、 EPLD或FPGA；
再根据自己的特长和公司芯片 的特点决定采用哪家公司的哪一 系列产品；
最 后 根 据 DSP 芯 片 的 频 率 决 定 芯片的工作频率，并以此来确定 使用的芯片。
30
器件的选型原则 5
通信接口
根据与其他系 统通信的速率 决定采用的通 信方式： 串口 并口 总线
INTEL&AD 的新DSP CORE 15
选择芯片考虑的因素
1．DSP芯片的运算速度 MAC时间：一次乘法和一次加法的时间。大部分 DSP芯片可在一个指令周期内完成一次乘法和一次 加法操作。 FFT执行时间：运行一个N点FFT程序所需时间。 由于FFT运算在数字信号处理中很有代表性，因此 FFT运算时间常作为衡量DSP芯片运算能力的一个指 标。 MIPS：每秒执行百万条指令。 MOPS：每秒执行百万次操作。 MFLOPS：每秒执行百万次浮点操作。 BOPS：每秒执行十亿次操作。
Target Application (目标应用)
» Digital Cres (双核心)
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1.5V 1.8V 2.5V 3.3V
45 k 88k 191k 309k
169k 169k 169k 169k
3.6V 4V 5V 6.4V
348k 402k 549k 750k
169k 169k 169k 169k
TMS320C54x的硬件设计
程序和数据存储器 数/模和模/数转换器 模拟控制与处理电路 各种控制口和通信口
TMS320C54x的硬件设计
硬件设计概述
一个典型的DSP目标板结构如下图。
信 号 预 处 理 、 MUX 、 程 控 放 大 等
防混叠 滤波器
ADC
控制口
防混叠 滤波器 平滑 滤波器
ADC TMS320C54x DAC
硬件调试 一个DSP硬件系统除了DSP芯片外， 还包括ADC、DAC、存储器、电源、逻辑控制、通信、人机 接口、总线等基本部件。
TMS320C54x的硬件设计
硬件设计概述
第二步：器件的选择；
① DSP芯片的选择 选择DSP芯片要综合多种因素，折衷考虑。 首先要根据系统对运算量的需求来选择； 其次要根据系统所应用领域来选择合适的DSP芯片； 最后要根据DSP的片上资源、价格、外设配置以及与 其他元部件的配套性等因素来选择。 ② ADC和DAC的选择 A/D转换器的选择应根据采样频率、精度以及是否要 求片上自带采样、多路选择器、基准电源等因素来选择； D/A转换器应根据信号频率、精度以及是否要求自带 基准电源、多路选择器、输出运放等因素来选择。
硬件设计概述
第三步：原理图设计； 原理图设计包括： 系统结构设计 可分为单DSP结构和多DSP结构、并行结构和串 行结构、全DSP结构和DSP/MCU混合结构等； 模拟数字混合电路的设计 主要用来实现DSP与模拟混合产品的无逢连接。 包括信号的调理、A/D和D/A转换电路、数据缓 冲等。
TMS320C54x的硬件设计
③ 采用双电源供电 TI公司提供的双电源芯片： 固定的输出电压: 3.3V TPS73HD301 TPS73HD325 可调的输出电压: 1.2V~9.75V — 固定的输出电压: 3.3V和2.5V
— 固定的输出电压: 3.3V和1.8V 每路电源的最大输出电流为750mA，并且提供两 TPS73HD318 个宽度为200ms的低电平复位脉冲。
时钟电路
TMS320C54x的硬件设计
DSP系统的基本设计 电源电路的设计
为了降低芯片功耗，’C54x系列芯片大部分都 采用低电压设计，并且采用双电源供电，即
内核电源CVDD ——采用3.3V、2.5V，或1.8V电源；
I/O电源DVDD ——采用3.3V供电。
TMS320C54x的硬件设计
电源电路的设计
TMS320C54x的硬件设计
电源解决方案 DSP系统电源方案有以下几种： 采用3.3V单电源供电 可选用TI公司的TPS7133、TPS7233和TPS7333； Maxim公司的MAX604、MAX748。 采用可调电压的单电源供电 可选用TI公司的TPS7101、TPS7201和TPS7301。 采用双电源供电 可选用TI公司的TPS73HD301、TPS73HD325、 TPS73HD318等芯片。
TMS320C54x的硬件设计
电源电路的设计
电源电压的产生 DSP芯片采用的供电方式，主要取决于应用系 统中提供什么样的电源。在实际中，大部分数字系 统所使用的电源可工作于5V或3.3V，因此有两种产 生芯片电源电压的方案。
TMS320C54x的硬件设计
电源电路的设计
电源电压的产生 第一种方案：
TMS320C54x的硬件设计
① 采用3.3V单电源供电
由MAX748芯片构成的电源。 电源电压：3.3V
1 2 1000pF 3 4 5 6 0.047F 7 8
330pF
V+ MAX748 V+ SHEN REF NC V+ LX LX
NC
NC SS CC
LX
GND GND OUT
16 15 14 13 12 11 10 9
TMS320C54x的硬件设计
电源电压和电流要求 ’C5402芯片的加电次序： 理想情况下，两电源应同时加电。 若不能做到同时加电，应先对DVDD加电，然后 CV 再对CVDD加电。 DV 内部静电保护电路：
DD
DD
要求: DVDD电压不超过CVDD 电压2V； CVDD电压不超过DVDD 电压0.5V。
TMS320C54x的硬件设计 内容提要
DSP系统的硬件设计，在设计思路和资源组织上 与一般的CPU和MCU有所不同。本章主要介绍基于 TMS320C54x芯片的DSP系统硬件设计，内容有： ● 硬件设计概述 ● DSP系统的基本设计 ● DSP的电平转换电路设计 ● DSP存储器和I/O的扩展 ● DSP与A/D和D/A转换器的接口 首先介绍硬件设计概述，给出DSP系统硬件设计 过程；然后介绍DSP系统的基本设计和电平转换电路 设计。在基本设计中，讲述了DSP芯片的电源电路、 复位电路和时钟电路的设计方法，并在此基础上介绍 了电平转换电路；接着介绍了存储器和I/O的扩展以
PCB图的设计要求设计人员既要熟 悉系统的工作原理，还要清楚布线工艺 和系统结构设计。
确定硬件方案 器件选型
原理图设计
PCB图设计
第五步：硬件调试；
硬件调试
TMS320C54x的硬件设计
DSP系统的基本设计
一个完整的DSP系统通常是由DSP芯片和其他相 应的外围器件构成。 本节主要以TMS320C54x系列芯片为例，介绍 DSP硬件系统的基本设计，包括: 电源电路 复位电路
5V
电压调节器1
DVDD (3.3V) CVDD (1.8V)
5V电源通过两个电压 调节器，分别产生3.3V和 1.8V电压。 使用一个电压调节器， 产生1.8V电压，而DVDD直接 取自3.3V电源。
电压调节器2
第二种方案：
3.3V DVDD (3.3V)
电压调节器
CVDD (1.8V)
TMS320C54x的硬件设计
电源电路的设计
电源解决方案
产生电源的芯片: Maxim公司：MAX604、MAX748；
TI公司：TPS71xx、TPS72xx、TPS73xx等系列。 这些芯片可分为: 线性稳压芯片 —— 使用方法简单，电源纹波电压较低， 对系统的干扰较小，但功耗高。 开关电源芯片 —— 电源效率高，但电源所产生的纹波电 压较高，容易对系统产生干扰。
TMS320C54x的硬件设计
硬件设计概述 DSP系统的基本设计
DSP的电平转换电路设计
DSP存储器和I/O的扩展 DSP与A/D和D/A转换器的接口
TMS320C54x的硬件设计
硬件设计概述
DSP系统的硬件设计又称为目标板设计，是在 考虑算法需求、成本、体积和功耗核算的基础上完 成的，一个典型的DSP目标板主要包括： DSP芯片及DSP基本系统
TMS320C54x的硬件设计
③ 采用双电源供电 由TPS73HD318芯片组成的双电源电路。
R1 100k TPS73HD318 1 NC 1RESET 28 27 2 NC 26 3 NC NC 25 4 1GND 5 1EN FB/SENSE 24 6 1IN 1OUT 23 7 1IN 1OUT 22 21 8 NC 2RESET 20 9 NC 19 10 NC NC 18 11 2GND 12 2EN 2SENSE 17 13 2IN 2OUT 16 15 14 2IN 2OUT NC NC NC NC R2 100k & 1.8V DL4148 D1 C3 33F D2 RESET to DSP
电源电压和电流要求 为了获得更好的电源性能，’C5402芯片采用双 电源供电方式。 内核电源CVDD：采用1.8V。 主要为芯片的内部逻辑提供电压。 包括CPU、时钟电路和所有的外设逻辑。 I/O电源DVDD：采用3.3V。 主要供I/O接口使用。 可直接与外部低压器件接口，而无需额外的电 平变换电路。
IN
RESET
250k
至系统复位 V0
R1
EN
0.1F
OUT
10F
CSR=1
FB
GND
R2
TMS320C54x的硬件设计
② 采用可调电压的单电源供电
输出电压与外接电阻的关系式：
V0 Vref R1 (1 ) R2
输出电压V0与外电阻R1和R2的编程表: Vref为基准电压，典型值为1.182V。R1和R2为外接电阻， 通常所选择的阻值使分压器电流近似为7A。 R R R R 输出电压V 输出电压V
硬件设计概述
系统硬件设计过程：
第一步：确定硬件实现方案； 第二步：器件的选择； 第三步：原理图设计；
从第三步开始就进入系统的综合。 在原理图设计阶段必须清楚地了解器件 的特性、使用方法和系统的开发，必要 时可对单元电路进行功能仿真。
确定硬件方案 器件选型
原理图设计
PCB图设计
硬件调试
TMS320C54x的硬件设计
TMS320C54x的硬件设计
硬件设计概述
第二步：器件的选择；
⑤ 通信器件的选择 通常系统都要求有通信接口。 首先要根据系统对通信速率的要求来选择通信方式。 一般串行口只能达到19kb/s，而并行口可达到1Mb/s以 上，若要求过高可考虑通过总线进行通信； 然后根据通信方式来选择通信器件。 ⑥ 总线的选择 常用总线：PCI、ISA以及现场总线(包括CAN、3xbus等)。 可以根据使用的场合、数据传输要求、总线的宽度、传 输频率和同步方式等来选择。
EPROM RAM
平滑 滤波器
DAC