《DSP器件及應(yīng)用》6.4-DSP應(yīng)用系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)考慮(精)

1、QSR 器件及盜用6.4 DSP應(yīng)用系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)考慮余勇成都信息工程學(xué)院新技術(shù)研究所11 M DSP 片仗懺 1 創(chuàng)屆片I總體沒計(jì).俺定敦吻 ft 分 1I 廠欽件設(shè) it V! K! fl il ift *1 liW M W Ml IXM! tl ili糸統(tǒng)iMIn m u功能指標(biāo)的設(shè)定(1)由信號(hào)的頻率決定系統(tǒng)的采樣頻率4 (2)由采樣頻率確定完成任務(wù)書中最復(fù)雜的算法所需的 最大時(shí)間5 (3)根據(jù)系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)程度的要求判斷系統(tǒng)能夠完成要求 的功能f (4)由數(shù)據(jù)量及程序的長(zhǎng)短決定片內(nèi)存儲(chǔ)的容量，以及 是否需要擴(kuò)展片外存儲(chǔ)器及片外存儲(chǔ)器的容童s (5)根據(jù)系統(tǒng)所要求的精度確定采用的數(shù)據(jù)處理方法

2、f (6)根據(jù)目標(biāo)系統(tǒng)主要是用作計(jì)算還是用作控制來決定 對(duì)輸入/輸出端口的需求心1、掌握數(shù)字信號(hào)處理的原理和算法&2、了解應(yīng)用系統(tǒng)的基本工作模型 熟悉DSP芯片 DSP系統(tǒng)模型心物理模型(郵件) &數(shù)學(xué)模型(軟件) 人工分析fMatlab總體方案設(shè)計(jì)建立合理系統(tǒng)模型建立DSP系統(tǒng)模型的要求:模型建立的方法PID控制數(shù)學(xué)模型PID(比例、積分、微分)控制為經(jīng)典控制方法.PID的數(shù)學(xué)模型見圖5.2示，表達(dá)式如下：“(/) = Kp(/) + f e(t)dt77 Jo利用Z變換可將連續(xù)域離散化。亨實(shí)上，當(dāng)At-4)時(shí), 用差分代替微分，用求和代替積分，可得離散化的PID公式為( (T為周期)：1二

3、itn) = Kpe(n) + 工 )丁+ TdTi1 )2)w(n - I) = Kpe(n - I) + Y e(k)T十Td-Ti i-oT兩式相減：w(/?) - u(n - 1) = Kpe(n) - e(n - 1) + Ki * e(n)5 坯dt- e(nT+ Kde(n) - 2e(n - 1) + e(n一2)其中，Ki=Kp*TZTi, Kd=Kp*Td/T位置控制模型：u(n) = u(n一1) + Kpen)一e(n一1) + Ki* e(n)+ Kde(n) 2e(n 1) + e(n 2)增量控制模型：|“(“)= u(n) - u(n - I) = Kpe(n)

4、-e(n - 1) + Ki *en)+ Kde(n)一2e(n一1) + e(n一2)建立數(shù)學(xué)模型時(shí)，還要考慮可實(shí)現(xiàn)性問題.一個(gè) 好的算法應(yīng)具有快速收斂性和軟件可實(shí)現(xiàn)性.可 實(shí)現(xiàn)性意味著要將計(jì)算變成DSP具有的指令形式; 快速收斂性意味著計(jì)算量的減少.例如，要計(jì)算arctg(x), |x|1,在DSP中沒有此函數(shù)的指令， 可按泰勒級(jí)數(shù)展開若要達(dá)到0.0007的誤差精度， 貝UN應(yīng)不小于714,即要計(jì)算714項(xiàng)才能滿足精度要求若按切比雪夫多項(xiàng)式逼近， 則相同精度的表達(dá)式為：arctg(x)= -0.055802%5+ 0.27972x4- 0.4646x31+0.028377“ +099768

5、x +3.19291*10”(還有一個(gè)同精度的表達(dá)式為：/arctg(x) = 0.07933 if -0.288679.? + 0.995354xDSP器件選擇與電路設(shè)計(jì)選擇合適DSP芯片心DSP芯片的性能價(jià)格比心開發(fā)工具的成本心 良好的技術(shù)支持、完整的處理器文檔（用戶手（ 冊(cè)） 心 代碼產(chǎn)生工具（最好有高級(jí)語(yǔ)言編譯器）f 完備的調(diào)試工具心 其他幫助設(shè)計(jì)的資料（如公司提供的樣例設(shè)計(jì) 等）；f 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)支持心供貨周期和器件生命周期配置適當(dāng)外圍電路:配置適當(dāng)?shù)耐鈬娐?，可更充分的發(fā)揮DSP器件的效能，提高DSP系統(tǒng)的性能，完善DSP系統(tǒng)的功能：9 模擬接口電路AIC心模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADCv 數(shù)模

6、轉(zhuǎn)換器DAC&帶RESET和WATCH DOG的CPU監(jiān)控電路從各種存儲(chǔ)器心高速鎖存、緩沖器v 專用功能ASIC.高速大規(guī)?？删幊唐骷﨔PGA或:在DSP系統(tǒng)中常用高速、 高分辨率ADC,在 一些尺寸要求較高的場(chǎng)合還要使用小體積的 串行ADC高速采樣過程可分為兩類：v 滿足基帶釆樣定理的過采樣(oversampling )過程心滿足通帶釆樣定理的欠釆樣(undersampling )過程模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC高速A/D常見電路結(jié)構(gòu)逐次逼近式（SAR） A/D:f 同普通A/D,目前分辨率已超過16位的SARA/D采樣率 可達(dá)1MSPS 閃爍或全并行式（flash or parallel）A/D：f

7、是一種轉(zhuǎn)換率晟快的A/D,釆用大童的比較器和電阻器來 實(shí)現(xiàn)，一個(gè)N位的A/D需要2N個(gè)電阻器和2N 1個(gè)比較器. 這種A/D功耗較大， 位數(shù)在10位以下， 最高速度已超過1GSPS 心分級(jí)式或稱流水線式.多級(jí)式A/D:f 當(dāng)前世界上最流行的方式，是將兩個(gè)或多個(gè)較低分辨率 的閃爍式A/D組合起來構(gòu)成一個(gè)高分辨率.高轉(zhuǎn)換率的A/D.這種A/D分辨位數(shù)已達(dá)16位且速度已超過120MSPS.高速A/D輸入考慮模擬信號(hào)輸入：f 驅(qū)動(dòng)電路宜采用低噪、高速、高精運(yùn)放心在A/D輸入前端應(yīng)加入抗混疊濾波器心適應(yīng)A/D的輸入輛合方式（單端或差模）基準(zhǔn)電壓源：具有內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源的，一般使用內(nèi)部基準(zhǔn)，因?yàn)殡m然 內(nèi)部基

8、準(zhǔn)不是很準(zhǔn)確，但利用內(nèi)部懇準(zhǔn)已經(jīng)將A/D調(diào)整到 很高的荷度，外部基準(zhǔn)反而回降低A/D的直流精度冷采樣時(shí)鐘：f 采樣時(shí)鐘輸入傳號(hào)的染聲（相位和幅度）會(huì)彩響A/D孔徑 抖動(dòng)時(shí)間，降低A/D性能.時(shí)鐘源必須釆用晶體振蕩器，且放置的位置要合理.CPU監(jiān)控電路:復(fù)位功能 WATCH DOG心獨(dú)立硬件Watch Dog:掉電監(jiān)控存儲(chǔ)器:象TMS320C6000系列的高級(jí)DSP器件，其本身具有DRAM接口，可直接使用高速的、 廉價(jià)的動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器多DSP器件不具備這種接口，要使用動(dòng)態(tài)存 儲(chǔ)器就要增加刷新電路，使系統(tǒng)復(fù)雜程度大 為增加，因此一般情況下都使用靜態(tài)存儲(chǔ)器VRAM其它外圍電路:對(duì)輸入輸出接口，應(yīng)采用高速

9、鎖存緩沖器加 以隔離，這有兩個(gè)好處：DSP和外界不直接接觸，降低了受干擾的可能性 心由于器件的中間阻隔，使DSP產(chǎn)生的脈沖干擾最 大程度的被抑制，對(duì)模擬電路的夠響減到最低:專用功能ASIC如濾波器、FFT運(yùn)算器等，可 加強(qiáng)DSP應(yīng)用系統(tǒng)的功能和處理速度:相對(duì)簡(jiǎn)單的、要求處理速度極高的邏輯和接 口功能邏輯則一般可用高速大規(guī)?？删幊唐?件FPGA或CPLD等實(shí)現(xiàn):根據(jù)性能指標(biāo)、工期.成本等，來確定最優(yōu) 硬件實(shí) 現(xiàn)方案，并畫出其硬件系統(tǒng)框圖進(jìn)行器件的選擇 :進(jìn)行原理圖設(shè)計(jì) PCB圖設(shè)計(jì)硬:硬件調(diào)試程序模塊調(diào)試軟常見錯(cuò)誤：:軟硬件系統(tǒng)的調(diào)試工作十分重要，通過系統(tǒng) 調(diào)試找出錯(cuò)誤和不足，使系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定 的運(yùn)行:理想的調(diào)試工具應(yīng)具有完全仿真調(diào)試功能， 支持帶符號(hào)調(diào)試，支持單步STEP.跟蹤TRACK.斷點(diǎn)BREAK,DSP片內(nèi)資源可視 化等。XDS-510可作為調(diào)試工具，以加快DSP目標(biāo)系統(tǒng)的開發(fā)開發(fā)工具的選擇:代碼生成工具sTMS320優(yōu)化C編譯器心匯編器和鏈接器:代碼調(diào)試工具IvC源代碼調(diào)試器(CSource Debugger)v 軟件模擬器( (Software Simulator)學(xué)者入門卅DSK ( DSP Start