DSP原理及結(jié)構(gòu)

1、第六章第六章 DSP原理及結(jié)構(gòu)原理及結(jié)構(gòu)6.1 DSP技術(shù)概述技術(shù)概述 數(shù)字信號(hào)處理數(shù)字信號(hào)處理（Digital Signal Process, DPS）是利用計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ锰幚碓O(shè)備，）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，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。以得到符合人們需要的信號(hào)形式。一、數(shù)字信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)方法一、數(shù)字信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)方法1、在通用計(jì)算機(jī)上用軟件（如、在通用計(jì)算機(jī)上用軟件（如Fortran、C語言）實(shí)現(xiàn)；語言）實(shí)現(xiàn)；2、在通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中加上專用的加速處、在通

2、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)；理機(jī)實(shí)現(xiàn)；3、用通用的單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，這種方法可用于、用通用的單片機(jī)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)字一些不太復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理，如數(shù)字控制等；控制等；4、用通用的可編程、用通用的可編程DSP芯片實(shí)現(xiàn)。與單片機(jī)相芯片實(shí)現(xiàn)。與單片機(jī)相比，比，DSP芯片具有更加適合于數(shù)字信號(hào)處理的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)處理軟件和硬件資源，可用于復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理算法；算法；5、用專用的用專用的DSP芯片實(shí)現(xiàn)芯片實(shí)現(xiàn)，在一些特殊的場(chǎng)合，在一些特殊的場(chǎng)合，要求的信號(hào)處理速度極高，用通用要求的信號(hào)處理速度極高，用通用D

3、SP芯片很芯片很難實(shí)現(xiàn)，例如專用于難實(shí)現(xiàn)，例如專用于FFT、數(shù)字濾波、卷積等、數(shù)字濾波、卷積等算法的算法的DSP芯片，這種芯片將相應(yīng)的信號(hào)處理芯片，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)，無需軟件編程。算法在芯片內(nèi)部用硬件實(shí)現(xiàn)，無需軟件編程。二、二、DSP系統(tǒng)系統(tǒng)1、 DSP系統(tǒng)的構(gòu)成系統(tǒng)的構(gòu)成典型典型DSPDSP系統(tǒng)系統(tǒng)2、DSP的主要特點(diǎn)的主要特點(diǎn) （1）普遍采用數(shù)據(jù)總線和程序總線分離）普遍采用數(shù)據(jù)總線和程序總線分離的的哈佛結(jié)構(gòu)哈佛結(jié)構(gòu)，允許取指令和執(zhí)行指令進(jìn)，允許取指令和執(zhí)行指令進(jìn)行全部重疊進(jìn)行；可直接在程序和數(shù)據(jù)行全部重疊進(jìn)行；可直接在程序和數(shù)據(jù)空間之間進(jìn)行信息傳送，減少訪問

4、沖突，空間之間進(jìn)行信息傳送，減少訪問沖突，從而獲得高速運(yùn)算能力。從而獲得高速運(yùn)算能力。（2）大多采用）大多采用流水技術(shù)流水技術(shù)，即每條指令都由，即每條指令都由片內(nèi)多個(gè)功能單元分別完成取指、譯碼、片內(nèi)多個(gè)功能單元分別完成取指、譯碼、取數(shù)、執(zhí)行等步驟，從而在不提高時(shí)鐘取數(shù)、執(zhí)行等步驟，從而在不提高時(shí)鐘頻率的條件下減少了每條指令的執(zhí)行時(shí)頻率的條件下減少了每條指令的執(zhí)行時(shí)間。間。DSP通常有三級(jí)以上的流水線。通常有三級(jí)以上的流水線。（3）在每個(gè)時(shí)鐘周期執(zhí)行）在每個(gè)時(shí)鐘周期執(zhí)行多個(gè)操作多個(gè)操作。針對(duì)。針對(duì)濾波、相關(guān)、矩陣運(yùn)算等需要大量乘法濾波、相關(guān)、矩陣運(yùn)算等需要大量乘法累加運(yùn)算的特點(diǎn)，累加運(yùn)算的特點(diǎn)，

5、DSP大都配有獨(dú)立的大都配有獨(dú)立的乘法器和加法器，使得在同一周期內(nèi)可乘法器和加法器，使得在同一周期內(nèi)可以完成相乘、累加兩個(gè)運(yùn)算。有的以完成相乘、累加兩個(gè)運(yùn)算。有的DSP可以同時(shí)進(jìn)行乘、加、減運(yùn)算，大大加可以同時(shí)進(jìn)行乘、加、減運(yùn)算，大大加快了快了FFT的蝶形運(yùn)算速度。的蝶形運(yùn)算速度。（4）片內(nèi)有多種總線可以同時(shí)進(jìn)行取指令和多）片內(nèi)有多種總線可以同時(shí)進(jìn)行取指令和多個(gè)數(shù)據(jù)存取操作，并且有輔助寄存器用于尋址，個(gè)數(shù)據(jù)存取操作，并且有輔助寄存器用于尋址，它們可以在當(dāng)前訪問前它們可以在當(dāng)前訪問前/后自動(dòng)修改內(nèi)容以指后自動(dòng)修改內(nèi)容以指向下一個(gè)要訪問的地址（自動(dòng)變址），并且支向下一個(gè)要訪問的地址（自動(dòng)變址），并

6、且支持循環(huán)尋址和位反序?qū)ぶ?。持循環(huán)尋址和位反序?qū)ぶ贰＃?）具有軟、硬件等待功能，能與各種存儲(chǔ)器）具有軟、硬件等待功能，能與各種存儲(chǔ)器接口。接口。（6）許多）許多DSP芯片帶有芯片帶有DMA通道控制器通道控制器，以及以及串行通信口串行通信口等，配合片內(nèi)多總線結(jié)等，配合片內(nèi)多總線結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)塊傳送速度大大提高。構(gòu)，數(shù)據(jù)塊傳送速度大大提高。（7）具有功能強(qiáng)大的）具有功能強(qiáng)大的DSP指令，如乘法指令，如乘法指令（指令（MPY）、倍乘累加指令（）、倍乘累加指令（MAC）等。等。3、DSP系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域（1）通用數(shù)字信號(hào)處理：數(shù)字濾波、卷積、）通用數(shù)字信號(hào)處理：數(shù)字濾波、卷積、相關(guān)、相關(guān)、FF

7、T、自適應(yīng)濾波、波形發(fā)生等。、自適應(yīng)濾波、波形發(fā)生等。（2）通信領(lǐng)域：高速調(diào)制解調(diào)器、編）通信領(lǐng)域：高速調(diào)制解調(diào)器、編/譯譯碼器、傳真、程控交換機(jī)、衛(wèi)星通信、碼器、傳真、程控交換機(jī)、衛(wèi)星通信、IP電話等。電話等。（3）語音處理：語音識(shí)別、合成、矢量編）語音處理：語音識(shí)別、合成、矢量編碼、語音信箱等。碼、語音信箱等。（4）自動(dòng)控制：磁盤、光盤、發(fā)動(dòng)機(jī)控制）自動(dòng)控制：磁盤、光盤、發(fā)動(dòng)機(jī)控制等。等。（5）儀器儀表：測(cè)量數(shù)據(jù)譜分析、自動(dòng)監(jiān)）儀器儀表：測(cè)量數(shù)據(jù)譜分析、自動(dòng)監(jiān)測(cè)及分析、暫態(tài)分析等。測(cè)及分析、暫態(tài)分析等。（6）圖形）圖形/圖像處理：三維圖像變換、模圖像處理：三維圖像變換、模式識(shí)別、圖像增強(qiáng)等

8、。式識(shí)別、圖像增強(qiáng)等。（7）醫(yī)學(xué)電子：）醫(yī)學(xué)電子：CT掃描、超聲波、核磁掃描、超聲波、核磁共振等。共振等。（8）軍事與尖端科技：雷達(dá)和聲納信號(hào)處）軍事與尖端科技：雷達(dá)和聲納信號(hào)處理、雷達(dá)成像、導(dǎo)彈制導(dǎo)等。理、雷達(dá)成像、導(dǎo)彈制導(dǎo)等。（9）計(jì)算機(jī)與工作站：計(jì)算機(jī)加速卡、圖）計(jì)算機(jī)與工作站：計(jì)算機(jī)加速卡、圖形加速卡。形加速卡。（10）消費(fèi)電子：數(shù)字電視、圖形）消費(fèi)電子：數(shù)字電視、圖形/聲音壓聲音壓縮解壓裝置。縮解壓裝置。4、DSP產(chǎn)品的現(xiàn)狀定點(diǎn)DSP有200多種，浮點(diǎn)DSP有100多種。主要生產(chǎn):TI 公司、AD公司、Lucent、Motorola和LSI Logic公司。主導(dǎo)產(chǎn)品： TI 公司的T

9、MS320C54xx(16bit 定點(diǎn))、 TMS320C55xx(16bit 定點(diǎn))、 TMS320C62xx(32bit 定點(diǎn))、 TMS320C67xx(16bit 浮點(diǎn)) Motorola公司的DSP68000系列三、三、DSP系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程1、器件選擇、器件選擇16bit定點(diǎn)定點(diǎn)DSP：最早以：最早以TMS320C10/C2X為代表，現(xiàn)在以為代表，現(xiàn)在以TM320C2XX/C54XX為為代表。代表。32 bit浮點(diǎn)浮點(diǎn)DSP：代表產(chǎn)品：代表產(chǎn)品ADSP21020、TMS320C3X 通用通用DSP芯片的代表性產(chǎn)品包括芯片的代表性產(chǎn)品包括TI公司公司的的TMS320系系列

10、、列、AD公司公司ADSP21xx系列、系列、MOTOROLA公司公司的的DSP56xx系列和系列和DSP96xx系列、系列、AT&T公司公司的的DSP16/16A和和DSP32/32C等單片器件。等單片器件。 TI的三大主力的三大主力DSP產(chǎn)品系列為產(chǎn)品系列為C2000系列主要用于系列主要用于數(shù)數(shù)字控制系統(tǒng)字控制系統(tǒng)；C5000（C54x、C55x）系列主要用于）系列主要用于低功耗、便攜的無線通信終端產(chǎn)品低功耗、便攜的無線通信終端產(chǎn)品；C6000系列主要系列主要用于用于高性能復(fù)雜的通信系統(tǒng)高性能復(fù)雜的通信系統(tǒng)。C5000系列中的系列中的TMS320C54x系列系列DSP芯片被廣泛應(yīng)用

11、于芯片被廣泛應(yīng)用于通信和個(gè)人通信和個(gè)人消費(fèi)電子領(lǐng)域消費(fèi)電子領(lǐng)域。器件選擇時(shí)應(yīng)考慮的因素：器件選擇時(shí)應(yīng)考慮的因素：（1）速度指標(biāo)：）速度指標(biāo)： DSP最基本的速度指標(biāo)是最基本的速度指標(biāo)是MIPS（百（百萬條指令每秒）和萬條指令每秒）和MFLOPS（百萬次浮（百萬次浮點(diǎn)運(yùn)算每秒），還有點(diǎn)運(yùn)算每秒），還有FFT和和FIR濾波器的濾波器的速度及除法、求平房根等特殊運(yùn)算的速速度及除法、求平房根等特殊運(yùn)算的速度。度。TI公司DSP芯片（2）輸入輸出的帶寬）輸入輸出的帶寬 在運(yùn)算速度達(dá)到要求時(shí)，還要考慮在運(yùn)算速度達(dá)到要求時(shí)，還要考慮DSP輸入輸入/輸出數(shù)據(jù)的速度是否足夠快。輸出數(shù)據(jù)的速度是否足夠快。（3）精

12、度和動(dòng)態(tài)范圍：精度和動(dòng)態(tài)范圍由）精度和動(dòng)態(tài)范圍：精度和動(dòng)態(tài)范圍由DSP的數(shù)據(jù)字寬和定點(diǎn)的數(shù)據(jù)字寬和定點(diǎn)/浮點(diǎn)數(shù)據(jù)格式?jīng)Q定。浮點(diǎn)數(shù)據(jù)格式?jīng)Q定。（4）特定功能：若）特定功能：若DSP上集成了多種上電加載上集成了多種上電加載功能、同步功能、同步/異步串口、異步串口、A/D、D/A、片內(nèi)語音、片內(nèi)語音處理功能、編解碼等，可以方便設(shè)計(jì)，降低成處理功能、編解碼等，可以方便設(shè)計(jì)，降低成本。本。（5）片內(nèi)存儲(chǔ)器）片內(nèi)存儲(chǔ)器 DSP片內(nèi)存儲(chǔ)器可用來放程序和數(shù)據(jù)，片內(nèi)存儲(chǔ)器可用來放程序和數(shù)據(jù)，當(dāng)程序和數(shù)據(jù)都放在片內(nèi)時(shí)，當(dāng)程序和數(shù)據(jù)都放在片內(nèi)時(shí)，DSP的運(yùn)的運(yùn)行速度要高得多，所以片內(nèi)存儲(chǔ)器越多行速度要高得多，所以片

13、內(nèi)存儲(chǔ)器越多越好。越好。（6）DSP開發(fā)工具開發(fā)工具 選擇選擇DSP芯片時(shí)必須注意其開發(fā)工具的芯片時(shí)必須注意其開發(fā)工具的支持情況，包括硬件和軟件。支持情況，包括硬件和軟件。（7）功耗問題和硬件封裝問題）功耗問題和硬件封裝問題（8）成本問題）成本問題 定點(diǎn)定點(diǎn)DSP較便宜，功耗較低，但運(yùn)算較便宜，功耗較低，但運(yùn)算精度稍低。精度稍低。 浮點(diǎn)浮點(diǎn)DSP稍貴，功耗較高，但運(yùn)算精稍貴，功耗較高，但運(yùn)算精度高，度高，C語言編程調(diào)試方便。語言編程調(diào)試方便。2、軟件、硬件設(shè)計(jì)、軟件、硬件設(shè)計(jì) 軟件是指將包括信號(hào)處理算法的程軟件是指將包括信號(hào)處理算法的程序用序用DSP的匯編語言或通用的高級(jí)語言的匯編語言或通用的

14、高級(jí)語言（C語言）編寫出來并進(jìn)行調(diào)試。這些程語言）編寫出來并進(jìn)行調(diào)試。這些程序是要放在序是要放在DSP片內(nèi)片內(nèi)或或片外存儲(chǔ)器片外存儲(chǔ)器中進(jìn)中進(jìn)行的。在程序工作時(shí)，行的。在程序工作時(shí)，DSP會(huì)執(zhí)行與會(huì)執(zhí)行與DSP外圍設(shè)備傳遞數(shù)據(jù)或互相控制的指外圍設(shè)備傳遞數(shù)據(jù)或互相控制的指令。令。 硬件設(shè)計(jì)涉及較多的電路設(shè)計(jì)技術(shù)。硬件設(shè)計(jì)涉及較多的電路設(shè)計(jì)技術(shù)。由由DSP構(gòu)成的電路一般包括：構(gòu)成的電路一般包括： EPROM/FLASH、RAM、A/D、D/A、同步同步/異步串口、電源模塊、電平轉(zhuǎn)換模異步串口、電源模塊、電平轉(zhuǎn)換模塊、塊、FPGA、接口電路、仿真接口等。、接口電路、仿真接口等。3、調(diào)試、調(diào)試 對(duì)對(duì)D

15、SP的調(diào)試更多地依賴于仿真器，的調(diào)試更多地依賴于仿真器，而示波器或邏輯分析儀等測(cè)量?jī)x器主要而示波器或邏輯分析儀等測(cè)量?jī)x器主要用于外圍器件的信號(hào)測(cè)量等。用于外圍器件的信號(hào)測(cè)量等。 當(dāng)軟件、硬件聯(lián)調(diào)滿足要求后，還當(dāng)軟件、硬件聯(lián)調(diào)滿足要求后，還需要將程序固化到系統(tǒng)中，脫離仿真器需要將程序固化到系統(tǒng)中，脫離仿真器工作。工作。6.2 DSP芯片的基本結(jié)構(gòu)芯片的基本結(jié)構(gòu)一、一、DSP芯片的基本結(jié)構(gòu)芯片的基本結(jié)構(gòu)TMS320系列系列DSP芯片的基本結(jié)構(gòu)包括：芯片的基本結(jié)構(gòu)包括：（1）哈佛結(jié)構(gòu)）哈佛結(jié)構(gòu)（2）流水線結(jié)構(gòu)）流水線結(jié)構(gòu)（3）專用的硬件乘法器）專用的硬件乘法器（4）快速的指令周期）快速的指令周期1、

16、哈佛結(jié)構(gòu)、哈佛結(jié)構(gòu) 哈佛結(jié)構(gòu)將程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)哈佛結(jié)構(gòu)將程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開，每個(gè)存儲(chǔ)器獨(dú)立編址，獨(dú)立訪器分開，每個(gè)存儲(chǔ)器獨(dú)立編址，獨(dú)立訪問。與兩個(gè)存儲(chǔ)器相對(duì)應(yīng)的是系統(tǒng)中設(shè)問。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。而使數(shù)據(jù)的吞吐率提高了一倍。 TMS320TMS320系列系列DSPDSP芯片在基本哈佛結(jié)構(gòu)的基芯片在基本哈佛結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上作了改進(jìn)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)了芯片的被算術(shù)運(yùn)算指令直接使用，增強(qiáng)了芯片的靈

17、活性；靈活性； 二是指令存儲(chǔ)在高速緩沖器中，當(dāng)執(zhí)行二是指令存儲(chǔ)在高速緩沖器中，當(dāng)執(zhí)行此指令時(shí)，不需要再從存儲(chǔ)器中讀取指令，此指令時(shí)，不需要再從存儲(chǔ)器中讀取指令，節(jié)約了一個(gè)指令周期的時(shí)間。節(jié)約了一個(gè)指令周期的時(shí)間。2、流水線結(jié)構(gòu)、流水線結(jié)構(gòu) 與哈佛結(jié)構(gòu)相關(guān)，與哈佛結(jié)構(gòu)相關(guān)，DSP芯片廣泛采用流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。處理器的處理能力。 三級(jí)流水線操作中，取指、譯碼和執(zhí)行三級(jí)流水線操作中，取指、譯碼和執(zhí)行操作可以獨(dú)立執(zhí)行。操作可以獨(dú)立執(zhí)行。3、專用的硬件乘法器、專用的硬件乘法器 在通用的微處理器中，乘法指令是在通用的微處理

18、器中，乘法指令是由一系列加法來實(shí)現(xiàn)的，故需要許多個(gè)由一系列加法來實(shí)現(xiàn)的，故需要許多個(gè)指令周期來完成。而指令周期來完成。而DSP芯片中有一個(gè)芯片中有一個(gè)專用的硬件乘法器，使乘法可以在一個(gè)專用的硬件乘法器，使乘法可以在一個(gè)指令周期內(nèi)完成。指令周期內(nèi)完成。4、快速的指令周期、快速的指令周期 以上的幾種結(jié)構(gòu)可使以上的幾種結(jié)構(gòu)可使DSP芯片的指芯片的指令周期在令周期在200ns以下。以下。TMS320系列處理系列處理器的指令周期已經(jīng)從第一代的器的指令周期已經(jīng)從第一代的200ns降降至至20ns以下?？焖俚闹噶钪芷谑挂韵隆？焖俚闹噶钪芷谑笵SP芯芯片能夠?qū)崟r(shí)實(shí)現(xiàn)許多片能夠?qū)崟r(shí)實(shí)現(xiàn)許多DSP應(yīng)用應(yīng)用二、二、

19、TMS320系列系列DSP的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)1、多總線結(jié)構(gòu)、多總線結(jié)構(gòu) 由哈佛結(jié)構(gòu)決定了具有獨(dú)立的程序由哈佛結(jié)構(gòu)決定了具有獨(dú)立的程序總線和數(shù)據(jù)總線，以及獨(dú)立的程序存儲(chǔ)總線和數(shù)據(jù)總線，以及獨(dú)立的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，這樣就可以同時(shí)獲得器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，這樣就可以同時(shí)獲得指令字和操作數(shù)互不干擾，即一個(gè)指令指令字和操作數(shù)互不干擾，即一個(gè)指令周期內(nèi)可以同時(shí)準(zhǔn)備好指令和操作數(shù)。周期內(nèi)可以同時(shí)準(zhǔn)備好指令和操作數(shù)。實(shí)際實(shí)際DSPDSP由四套或更多的總線由四套或更多的總線例如例如TMS320內(nèi)部由內(nèi)部由6條獨(dú)立的總線條獨(dú)立的總線 程序讀總線程序讀總線PRDB 程序地址總線程序地址總線PAB 數(shù)據(jù)讀總線數(shù)據(jù)讀總線PR

20、DB 數(shù)據(jù)寫總線數(shù)據(jù)寫總線DWEB 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀地址總線數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀地址總線DRAB 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫地址總線數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫地址總線DWAB6.3 硬件電路設(shè)計(jì)1、電源電路設(shè)計(jì)、電源電路設(shè)計(jì)（1）電源電壓要求）電源電壓要求 DSP芯片大部分采用低電壓供電方式，這樣可芯片大部分采用低電壓供電方式，這樣可以大大降低以大大降低DSP芯片的功耗。芯片的功耗。內(nèi)核電源內(nèi)核電源CVdd:對(duì)內(nèi)部邏輯進(jìn)行供電，一般為對(duì)內(nèi)部邏輯進(jìn)行供電，一般為3.3V或或2.5V，甚至更低。，甚至更低。I/O電源電源DVdd:給外部邏輯（擴(kuò)展接口邏輯）供給外部邏輯（擴(kuò)展接口邏輯）供電，一般為電，一般為3.3V。（2）電流要求）電流要

21、求電流消耗取決于器件的激活度。電流消耗取決于器件的激活度。 CVdd 消耗的電流主要決定于消耗的電流主要決定于CPU的激活度。的激活度。外設(shè)消耗的電流決定于正在工作的外設(shè)外設(shè)消耗的電流決定于正在工作的外設(shè)的數(shù)量及速度，以及在這些輸出上的負(fù)的數(shù)量及速度，以及在這些輸出上的負(fù)載電容。載電容。（3）加電次序）加電次序 理想情況理想情況下，兩個(gè)電源應(yīng)同時(shí)加電，下，兩個(gè)電源應(yīng)同時(shí)加電，但在一些場(chǎng)合很難做到。不同型號(hào)器件但在一些場(chǎng)合很難做到。不同型號(hào)器件上電順序不一樣。上電順序不一樣。 TMS320VC5402TMS320VC5402與大多數(shù)與大多數(shù)DSPDSP芯片的上電順序芯片的上電順序： 低電壓電源低

22、電壓電源CVdd先上電；高電壓電源先上電；高電壓電源DVdd后電壓；后電壓；高電壓電源高電壓電源DVdd先斷電；低電壓電源先斷電；低電壓電源CVdd后斷電；后斷電； *若不遵照此次序，那么若不遵照此次序，那么CVdd與與DVdd的差值必的差值必須小于須小于2.8V。 TMS320VC549具有具有靜電保護(hù)靜電保護(hù)結(jié)構(gòu)，所以上電順結(jié)構(gòu)，所以上電順序與上相反。序與上相反。（4）電源解決方案）電源解決方案從從5V5V產(chǎn)生雙電源產(chǎn)生雙電源從從3.3V3.3V產(chǎn)生雙電源產(chǎn)生雙電源單單3.3V電壓輸出電壓輸出：TI公司的公司的TPS7133、TPST7233單電源可調(diào)電壓輸出單電源可調(diào)電壓輸出：TI公司的

23、公司的TPS7101、TPST7201雙電源輸出（兩路輸出的芯片）：雙電源輸出（兩路輸出的芯片）：TPS73H301、TPS73H325、TPS73H318(5)3.3V和和5V混合邏輯系統(tǒng)設(shè)計(jì)混合邏輯系統(tǒng)設(shè)計(jì)各種電平轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)各種電平轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)3.3V3.3V和和5V5V電平轉(zhuǎn)換的電平轉(zhuǎn)換的4 4種情形種情形：A）5V TTL器件驅(qū)動(dòng)器件驅(qū)動(dòng)3.3V TTL器件器件 由于由于5V TTL和和 3.3V TTL電平轉(zhuǎn)換標(biāo)電平轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)相同，只要準(zhǔn)相同，只要3.3V器件能夠承受器件能夠承受5V電壓，電壓，直接相接從電平上來說完全可以。直接相接從電平上來說完全可以。B) 3.3V TTL器件驅(qū)動(dòng)器件驅(qū)動(dòng)

24、5V TTL器件器件 不需要額外器件可以直接相接，只不需要額外器件可以直接相接，只要讀入是有效電平即可。要讀入是有效電平即可。C) 5V COMS器件驅(qū)動(dòng)器件驅(qū)動(dòng)3.3V TTL器件器件 雖然轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)不同，但是能夠承受雖然轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)不同，但是能夠承受5V電壓的電壓的3.3V器件能夠正確識(shí)別器件能夠正確識(shí)別5V器件器件送來的電平值。采用能夠承受送來的電平值。采用能夠承受5V的的LVC器件，器件，5V器件的輸出可以直接與器件的輸出可以直接與3.3V的的輸入端相接。輸入端相接。D)3.3V TTL(LVC)器件驅(qū)動(dòng)器件驅(qū)動(dòng)5V COMS器件器件 由于由于3.3V LVC的的VOH為為2.4V（可以高到

25、（可以高到3.3V），而），而5V CMOS器件要求的器件要求的VIH為為3.5V，所以所以3.3V LVC器件的輸出器件的輸出不能直接不能直接與與5V CMOS器件的輸入相接。在這種情況下，可以器件的輸入相接。在這種情況下，可以采用雙電壓（一邊為采用雙電壓（一邊為3.3V 供電，一邊為供電，一邊為5V供供電）的驅(qū)動(dòng)器。如電）的驅(qū)動(dòng)器。如TI的的SN74ALVC16245、SN74LVC64245等。等。2、最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)、最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 由由DSP器件為核心構(gòu)成的最小系統(tǒng)器件為核心構(gòu)成的最小系統(tǒng)包括電壓調(diào)整器、復(fù)位電路、晶體振蕩包括電壓調(diào)整器、復(fù)位電路、晶體振蕩器以及程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（一般

26、器以及程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（一般利用利用DSP器件的內(nèi)部資源）。器件的內(nèi)部資源）。時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路（1）利用）利用DSP芯片內(nèi)部提供的晶振電路，芯片內(nèi)部提供的晶振電路，在在DSP芯片的芯片的X1、X2之間連接晶體振蕩之間連接晶體振蕩器。器。（2）將外部時(shí)鐘源直接輸入）將外部時(shí)鐘源直接輸入X2/CLKIN引引腳，腳，X1懸空。懸空。2、確定、確定DSP的工作方式的工作方式（以以TMS320VC2812為例為例）由復(fù)位時(shí)由復(fù)位時(shí)MP/MC管腳的值決定管腳的值決定TMS320VC2812的兩種工作方式的兩種工作方式：微控制器工作方式微控制器工作方式微處理器工作方式微處理器工作方式MP/MC=1 微

27、控制器工作方式，復(fù)位結(jié)束后，微控制器工作方式，復(fù)位結(jié)束后，CPU從外部程序存儲(chǔ)器從外部程序存儲(chǔ)器3FFC00h處開始執(zhí)行處開始執(zhí)行用戶程序。用戶程序。MP/MC=0 微處理器工作方式，復(fù)位結(jié)束后，微處理器工作方式，復(fù)位結(jié)束后，CPU跳到片外跳到片外ROM開始執(zhí)行自舉加載程序，開始執(zhí)行自舉加載程序，將用戶程序從外部存儲(chǔ)器將用戶程序從外部存儲(chǔ)器EPROM、串行、串行口或口或I/O口引導(dǎo)到程序空間中全速運(yùn)行?？谝龑?dǎo)到程序空間中全速運(yùn)行。3、等待狀態(tài)的設(shè)置、等待狀態(tài)的設(shè)置 選取存儲(chǔ)器要考慮的因素選取存儲(chǔ)器要考慮的因素：存取時(shí)間、：存取時(shí)間、容量和類型。容量和類型。 若選取慢速存儲(chǔ)器件則必須用軟件或硬若

28、選取慢速存儲(chǔ)器件則必須用軟件或硬件方法為件方法為DSP插入等待狀態(tài)，以保證存插入等待狀態(tài)，以保證存儲(chǔ)器的速度能跟上儲(chǔ)器的速度能跟上DSP的讀寫速度。的讀寫速度。（1）插入等待狀態(tài)數(shù)的確定）插入等待狀態(tài)數(shù)的確定 DSP存儲(chǔ)器的讀操作是最快的，只存儲(chǔ)器的讀操作是最快的，只要一個(gè)機(jī)器周期，且存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)在機(jī)要一個(gè)機(jī)器周期，且存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)在機(jī)器周期的后半個(gè)周期讀出，這就要求存器周期的后半個(gè)周期讀出，這就要求存儲(chǔ)器的存取時(shí)間儲(chǔ)器的存取時(shí)間t AA小于小于60的機(jī)器周期。的機(jī)器周期。 例如例如TMS32VC5402工作速度為工作速度為100MIPS，對(duì)應(yīng)的機(jī)器周期為，對(duì)應(yīng)的機(jī)器周期為10 ns，如，如果不

29、插入等待狀態(tài)，則要求存儲(chǔ)器的果不插入等待狀態(tài)，則要求存儲(chǔ)器的t AA小于小于6 ns。 如果存儲(chǔ)器的如果存儲(chǔ)器的t t AAAA大于大于6 ns6 ns，則必須插入，則必須插入一定數(shù)目的等待狀態(tài)，其具體關(guān)系如表一定數(shù)目的等待狀態(tài)，其具體關(guān)系如表6 61818。（2）插入等待狀態(tài)的實(shí)現(xiàn)方法）插入等待狀態(tài)的實(shí)現(xiàn)方法 軟件實(shí)現(xiàn)軟件實(shí)現(xiàn)：用軟件可編程等待發(fā)生器實(shí)：用軟件可編程等待發(fā)生器實(shí)現(xiàn)插入狀態(tài)，但最多不超過現(xiàn)插入狀態(tài)，但最多不超過7個(gè)。個(gè)。 以以VC5402為例為例，復(fù)位時(shí)，復(fù)位時(shí)SWWSR(軟件軟件等待寄存器等待寄存器)=7FFFh，所有程序、數(shù)據(jù)，所有程序、數(shù)據(jù)和和I/O空間都被插入空間都被插

30、入7個(gè)等待狀態(tài)。復(fù)位個(gè)等待狀態(tài)。復(fù)位后，用后，用STM指令修改指令修改SWWSR值，以獲值，以獲得期望的等待狀態(tài)數(shù)。得期望的等待狀態(tài)數(shù)。 硬件實(shí)現(xiàn)硬件實(shí)現(xiàn)：用硬件產(chǎn)生的等待信號(hào)去控：用硬件產(chǎn)生的等待信號(hào)去控制制DSP的的READY管腳來實(shí)現(xiàn)。管腳來實(shí)現(xiàn)。 可以把可以把/MSC的輸出接到的輸出接到READY，就，就能實(shí)現(xiàn)在軟件等待狀態(tài)結(jié)束之后插入一能實(shí)現(xiàn)在軟件等待狀態(tài)結(jié)束之后插入一個(gè)外部等待狀態(tài)（如圖個(gè)外部等待狀態(tài)（如圖6.35）。）。 若在若在/MSC與與READY之間插入一個(gè)硬之間插入一個(gè)硬件等待發(fā)生器，就能插入一個(gè)以上的等件等待發(fā)生器，就能插入一個(gè)以上的等待狀態(tài)。待狀態(tài)。6.4 DSP在測(cè)

31、控系統(tǒng)應(yīng)用中的硬件結(jié)構(gòu)在測(cè)控系統(tǒng)應(yīng)用中的硬件結(jié)構(gòu)DSPDSP芯片在測(cè)控系統(tǒng)中的芯片在測(cè)控系統(tǒng)中的3 3種應(yīng)用方式種應(yīng)用方式：（1）根據(jù)控制對(duì)象要求設(shè)計(jì)）根據(jù)控制對(duì)象要求設(shè)計(jì)DSP芯片控芯片控制器電路和有關(guān)的輸入和輸出接口硬件。制器電路和有關(guān)的輸入和輸出接口硬件。 （2）在微型計(jì)算機(jī)上插入）在微型計(jì)算機(jī)上插入DSP芯片開發(fā)芯片開發(fā)擴(kuò)展板及輸入擴(kuò)展板及輸入/輸出擴(kuò)展板，利用現(xiàn)有微輸出擴(kuò)展板，利用現(xiàn)有微機(jī)的操作環(huán)境開發(fā)算法軟件。機(jī)的操作環(huán)境開發(fā)算法軟件。（3）根據(jù)控制對(duì)象的需要，實(shí)現(xiàn)）根據(jù)控制對(duì)象的需要，實(shí)現(xiàn)DSP與與MCU雙處理系統(tǒng)。雙處理系統(tǒng)。 通用的智能測(cè)控系統(tǒng)一般由處理器、數(shù)通用的智能測(cè)控系

32、統(tǒng)一般由處理器、數(shù)據(jù)采集前后向通道、人機(jī)接口以及異步據(jù)采集前后向通道、人機(jī)接口以及異步串行通信單元等組成。串行通信單元等組成。1、A/D和和D/A接口接口 DSP與與A/D間的連接線通常包括數(shù)據(jù)間的連接線通常包括數(shù)據(jù)線、讀線、讀/寫線、片選線。數(shù)據(jù)線連接有并寫線、片選線。數(shù)據(jù)線連接有并行、串行兩種方式。行、串行兩種方式。 DSP的數(shù)據(jù)總線為的數(shù)據(jù)總線為16位或位或32位，比位，比A/D數(shù)據(jù)寬，在接法上有兩種：數(shù)據(jù)寬，在接法上有兩種：一是將一是將A/D的數(shù)據(jù)線與的數(shù)據(jù)線與DSP的高位數(shù)據(jù)的高位數(shù)據(jù)對(duì)齊，對(duì)齊，DSP的低位數(shù)據(jù)不連，這樣省去的低位數(shù)據(jù)不連，這樣省去了了DSP對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行符號(hào)擴(kuò)展的預(yù)處

33、理。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行符號(hào)擴(kuò)展的預(yù)處理。二是將二是將A/D的數(shù)據(jù)線與的數(shù)據(jù)線與DSP的低位連接，的低位連接，如果如果DSP的數(shù)據(jù)線高位不連，的數(shù)據(jù)線高位不連，DSP就要就要用指令將數(shù)據(jù)左移，使數(shù)據(jù)的符號(hào)位擴(kuò)用指令將數(shù)據(jù)左移，使數(shù)據(jù)的符號(hào)位擴(kuò)展到高位。展到高位。DSPDSP與與A/DA/D間數(shù)據(jù)通信的方式有兩種間數(shù)據(jù)通信的方式有兩種：一種方式是一種方式是DSP用指令從用指令從A/D讀數(shù)，讀數(shù)，DSP必須定期地訪問必須定期地訪問A/D?？梢栽??？梢栽贏/D和和DSP之間加入一個(gè)之間加入一個(gè)FIFO，這樣可以使，這樣可以使DSP不不必在每次必在每次A/D轉(zhuǎn)換之后都訪問轉(zhuǎn)換之后都訪問A/D。另外另外DSP以以

34、DMA的方式從的方式從A/D取數(shù)據(jù)，并取數(shù)據(jù)，并自動(dòng)放到指定的數(shù)據(jù)地址上，這樣自動(dòng)放到指定的數(shù)據(jù)地址上，這樣DSP可以全速進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的其他操作?？梢匀龠M(jìn)行數(shù)據(jù)處理的其他操作。DSPDSP與與A/DA/D間連接方式和間連接方式和A/DA/D類似類似2)人機(jī)接口人機(jī)接口 最常用的就是鍵盤、數(shù)碼管以及液最常用的就是鍵盤、數(shù)碼管以及液晶顯示器。由于器件較慢，所以需加入晶顯示器。由于器件較慢，所以需加入接口電路?？刹捎媒涌陔娐??？刹捎肅PLD進(jìn)行人機(jī)接口的進(jìn)行人機(jī)接口的設(shè)計(jì)。具體設(shè)計(jì)見前面的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)。具體設(shè)計(jì)見前面的設(shè)計(jì)。3）串口）串口 DSP廣泛采用同步串口的傳輸方式，最高傳輸速度可廣泛采用同步

35、串口的傳輸方式，最高傳輸速度可以達(dá)到以達(dá)到40Mb/s，需要，需要6根信號(hào)線。只有根信號(hào)線。只有TMS320C2XXX系列的系列的DSP帶有與帶有與RS232標(biāo)準(zhǔn)一致的標(biāo)準(zhǔn)一致的異步串口（異步串口（UART）。）。 設(shè)有異步串口的設(shè)有異步串口的DSP為了能夠與計(jì)算機(jī)等的為了能夠與計(jì)算機(jī)等的RS232串串口通信，可以采用口通信，可以采用DSP上的一些通用上的一些通用I/O管腳，用軟件管腳，用軟件的方法形成的方法形成RS232串口通信協(xié)議，也可以利用串口通信協(xié)議，也可以利用8250、8251、160等異步串口通信芯片，完成等異步串口通信芯片，完成DSP的并行數(shù)的并行數(shù)據(jù)總線與據(jù)總線與RS232串行

36、線間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。串行線間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。TMS320C5000TMS320C5000系列的串行接口外部管腳系列的串行接口外部管腳 同步串口的同步串口的CLKX/CLKR、FSR/FSX都可以由都可以由DSP內(nèi)部設(shè)備提供，內(nèi)部設(shè)備提供，也可以由外部輸入，其速率由內(nèi)也可以由外部輸入，其速率由內(nèi)/外時(shí)鐘外時(shí)鐘基準(zhǔn)按任意分頻比例產(chǎn)生，傳送字長(zhǎng)可基準(zhǔn)按任意分頻比例產(chǎn)生，傳送字長(zhǎng)可以設(shè)置位多種位寬。以設(shè)置位多種位寬。DSP串口有兩種工作方式：串口有兩種工作方式： 脈沖串方式脈沖串方式以及以及SPI相兼容的方式相兼容的方式。（1）脈沖串方式：發(fā)送接收脈沖（）脈沖串方式：發(fā)送接收脈沖（CLKX和和CLKR）只要啟

37、動(dòng)后一直有，并用同）只要啟動(dòng)后一直有，并用同步脈沖（步脈沖（FSR和和FSX）來指示有效數(shù)據(jù)）來指示有效數(shù)據(jù)的開始。的開始。（2） SPI相兼容的方式相兼容的方式 SPISPI協(xié)議是以主從方式工作的，這種模協(xié)議是以主從方式工作的，這種模式通常有一個(gè)主設(shè)備和多個(gè)從設(shè)備。式通常有一個(gè)主設(shè)備和多個(gè)從設(shè)備。 其接口包括：其接口包括： 串行數(shù)據(jù)輸入（串行數(shù)據(jù)輸入（MISO） 串行數(shù)據(jù)輸出（串行數(shù)據(jù)輸出（MOSI） 串行移位時(shí)鐘（串行移位時(shí)鐘（SCK） 從使能信號(hào)（從使能信號(hào)（SS） SPI相兼容的方式只有當(dāng)有數(shù)據(jù)發(fā)相兼容的方式只有當(dāng)有數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，送時(shí)，CLKX管腳才有脈沖，管腳才有脈沖，F(xiàn)SX用作從用作

38、從器件的使能信號(hào)，外部不用器件的使能信號(hào)，外部不用CLKR、FSR，它們由內(nèi)部分別連接到，它們由內(nèi)部分別連接到CLKX和和FSX。4）DSP與串行與串行A/D D/A接口設(shè)計(jì)接口設(shè)計(jì) TLV1572是一種高速是一種高速10位逐次逼近位逐次逼近式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它的串口可以與式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它的串口可以與DSP串串口直接連接，無須使用另外的連接邏輯。口直接連接，無須使用另外的連接邏輯。*串行通信串行通信 TMS320VC5402的串行口是同步口，可的串行口是同步口，可配置為配置為SPI口?？衫每??？衫?9C51的三條口線作為的三條口線作為SPI的的SCLK、MOSI以及以及MISO，并用軟件來，并用軟件來實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)SPI協(xié)議。協(xié)議。還可以利用還可以利用TMS320VC5402的通用的通用I/O口口的的XF和和/BIO作為異步串行通信的作為異步串行通信的TXD和和RXD，以軟件來實(shí)現(xiàn)，以軟件來實(shí)現(xiàn)RS