基于TM320C5510的FIR滤波器系统设计说明

基于TM320C5510的FIR滤波器系统设计摘要在信号处理中，滤波占有十分重要的地位。数字滤波是数字信号处理的基本方法，数字滤波技术是数字信号处理的重要组成部分，滤波器的设计是信号处理的核心问题之一。数字滤波与模拟滤波相比有很多优点，它除了可避免模拟滤波器固有的电压漂移、温度漂移和噪声等问题外，还能满足滤波器对幅度和相位的严格要求。DSP由于其本身具有并行的硬件乘法器、流水结构以及快速的片存储器等资源，已广泛地应用于数字信号处理各个领域。DSP芯片是一种特别适合数字信号处理运算的微处理器，主要用来实时、快速地实现各种数字信号处理算法。用DSP芯片实现FIR数字滤波器，不仅具有精确度高、不受环境影响等优点，而且因DSP芯片的可编程性，可方便地修改滤波器参数，从而改变滤波器的特性，设计十分灵活。本课题主要应用MATLAB软件设计FIR数字滤波器，并对所设计的滤波器进行仿真；应用DSP集成开发环境——CCS调试汇编程序，文章结合TM320C5510的结构特点，介绍了一种FIR滤波器在TM320C5510中的实现方法。文中程序已经过硬件验证，仿真结果表明该设计符合要求。关键词 数字滤波；FIR；DSP；MAC目录摘要……...........................................................I第1章绪论 错误!未定义书签。1.1数字滤波器的优越性 错误!未定义书签。1.2国外相关领域的相关进展 51.3主要研究容 2第2章FIR滤波器基础 72.1FIR滤波器的特点 72.2FIR滤波器的设计方法及原理 72.3本章小结 8第3章基于MATLAB的FIR滤波器的设计 93.1MATLAB简介 93.2基于MATLAB的FIR滤波器的设计 143.3FIR滤波器的MATLAB仿真 103.4本章小结 11第4章数字滤波器的DSP实现 124.1TMS320C5510简介 124.2TMS320C5510芯片参数 144.3DSP系统的设计与开发 164.3.1DSP系统的特点 164.3.2DSP系统的设计流程 174.3.3DSP系统的开发工具CCS 174.3.4FIR滤波器的设计框图 184.3.5FIR滤波器的程序流程图 194.3.6程序源代码 204.3.7仿真图形 224.4总结 错误!未定义书签。参考文献 35第一章绪论1.1数字滤波器的优越性数字信号处理由于具有精度高、灵活性强等优点，已广泛应用于图像处理、数字通信、雷达等领域。数字滤波技术在数字信号处理中占有极其重要的地位，数字滤波器根据其单位脉冲响应可分为IIR（无限长冲激响应滤波器）和FIR（有限长冲激响应滤波器）两类。IIR滤波器可以用较少的阶数获得很高的选择特性，但在有限精度的运算中，可能出现不稳定现象，而且相位特性不好控制。在许多实际应用，为了保证滤波后的信号不产生相位失真，一般均采用FIR滤波器。数字信号处理由于运算速度快，具有可编程特性和接口灵活的特点，使得它在许多电子产品的研制、开发和应用中，发挥着重要的作用。采用DSP芯片来实现数字信号处理系统是当前发展的趋势。近年来，DSP技术在我国也得到了迅速的发展，不论是在科学技术研究，还是在产品的开发等方面，其应用越来越广泛，并取得了丰硕的成果。在数字信号处理中，数字滤波占有极其重要的地位。数字滤波是语音和图象处理、模式识别、谱分析等应用中的一个基本处理算法。在许多信号处理应用中用数字滤波器替代模拟滤波器具有许多优势。数字滤波器容易实现不同的幅度和相位频率特性指标，克服了与模拟滤波器器件性能相关的电压漂移、温度漂移和噪声问题。用DSP芯片实现数字滤波除了具有稳定性好、精确度高、不受环境影响外，还具有灵活性好的特点。DSP（数字信号处理器）与一般的微处理器相比有很大的区别，它所特有的系统结构、指令集合、数据流程方式为解决复杂的数字信号处理问题提供了便利，本文选用TMS320C5510作为DSP处理芯片，通过对其编程来实现FIR滤波器。有限冲激响应滤波器(FIR滤波器)有其独特的优点，因为FIR系统只有零点，因此，系统总是稳定的，而且容易实现线性相位和允许实现多通道滤波器。对数字滤波器而言,从实现方法上，有FIR滤波器和无限冲激响应(IIR)滤波器之分。由于FIR滤波器只有零点，因此这一类系统不像IIR系统那样易取得比较好的通带与阻带衰减特性。但是FIR系统与传统的通过硬件电路实现的模拟滤波器相比有以下优点：1、系统总是稳定的；2、易实现线性相位；3、允许设计多通带(阻带)滤波器。4、其中后两项是IIR系统不易实现的。1.2国外相关领域的相关进展20世纪70年代末80年代初DSP芯片诞生以来DSP芯片得到了飞速的发展。在20多年时间里DSP芯片已经在信号处理、通信、自动控制、仪表技术、信息家电等许多领域得到广泛的应用。1978年AMI公司生产出世界上第一片DSP芯片S2811。1979年美国Intel公司发布的商用可编程器S2920是DSP芯片的一个重要里程碑。1980年日本NEC公司推出的PD7720是第一个具有乘法器的商DSP芯片。在这之后，最成功的DSP芯片当数美国仪器公司(TexasInstruments，简称TI)的一系列产品，其DSP市场份额占全世界份额近的50%。目前DSP芯片的价格越来越低，性能价格比日益提高，具有巨大的应用潜力。经20年的发展，DSP器件在高速度，可编程，小型化，低功耗等方面都有了长足的发展，单片DSP芯片最快每秒可完成16亿次(1600MIPS)的运算，生产DSP器件的公司也不断壮大。在国外的研究中，设计FIR滤波器所涉及的乘法运算方式有：并行乘法、位串行乘法和采用分布式算法的乘法。并行乘法运行速度快，但占用的硬件资源极大。如果滤波器的阶数增加，乘法器位数也将变大，硬件规模将变得十分庞大。位串行乘法器的实现方法主要是通过对乘法运算进行分解，用加法器来完成乘法的功能，也即无乘法操作的乘法器。位串行乘法器使得乘法器的硬件规模达到了最省，但是由于是串行运算，使得它的运算周期过长，运算速度与硬件规模综合考虑时不是最优的。1.3主要研究容本文主要研究了数字滤波器的基本理论和实现方法。接着研究分析了如何利MATLAB仿真软件来设计出符合各种要求的数字滤波器，并对所设计的滤波器进行仿真得到系数，本文还应用DSP集成开发环境——CCS调试汇编程序，为后面在DSP上实现提供必要的数据。本课题选择在TM320C5510DSP综合实验开发系统平台上进行开发。最后采用窗函数法在CCS环境下，利用MATLAB仿真得到的滤波器系数，编程实现FIR数字滤波器，得出滤波结果波形，并对结果进行分析与总结。第2章FIR滤波器基础2.1FIR滤波器的特点在数字信号处理应用中往往需要设计线性相位的滤波器，FIR滤波器在保证幅度特性满足技术要求的同时，很容易做到严格的线性相位特性。FIR滤波器不断地对输入样本x(n)延时后，再作乘法累加算法，将滤波结果y(n)输出，因此，FIR实际上是一种乘法累加运算。在数字滤波器中，FIR滤波器的最主要的特点是没有反馈回路，故不存在不稳定的问题；同时，可以在幅度特性是随意设置的同时，保证精确的线性相位。稳定和线性相位特性是FIR滤波器的突出优点。另外，它还有以下特点：设计方式是线性的；硬件容易实现；滤波器过渡过程具有有限区间；相对IIR滤波器而言，阶次较高，其延迟也要比同样性能的IIR滤波器大得多。2.2FIR滤波器的设计方法及原理FIR滤波器的基本结构可以理解为一个分节的延时线，把每一节的输出加权累加，得到滤波器的输出。FIR的冲激响应h(n)是有限长的，设ai(i=0，1，2，…，N-1)为滤波器的冲激响应,输入信号为x(n),则FIR滤波器的输入输出关系为：FIR滤波器的结构如图2.2所示：X(n)X(n-1)X(n-2)X(n-N+1)z1z1z1z1a0a1aaN2N1y(n)2.2FIR滤波器的结构FIR滤波器的传递函数一般有如下形式：H(z)N1h[n]znn0FIR滤波器的设计方法：利用DSP实现FIR滤波器的设计方法主要有窗函数法和频率抽样法，其中窗函数法是基本的设计方法，这里采用窗函数法设计FIR滤波器。设希望得到的滤波器理想响应为 ,那么FIR滤波器的设计就在于寻找一个传递函数去逼进 ，设这里就是傅立叶级数的系数。在这种逼近中，最直接的一种方法就是从单位脉冲响应入手，使逼近理想的单位脉冲响应。由于是一个无限长序列，因此，最简单的方法就是对做截尾处理，即得到一个近似的传递函数上式中，Q就是最终确定FIR滤波器的阶数，Q越大，近似程度就越高。对截尾，实际上就是对乘上一个矩形窗口，即z=，则其脉冲响应系数为 ， ，…， ， ，，…， ， 。为使 具有因果性，延时Q个样值，可得：n+Q=k，上式成为令 ,N=2Q,得式 中 ， 是 脉 冲 响 应 系 数 ， 这 里…, ,…,。循环缓冲算法：对于N级的FIR滤波器，在数据存储器中开辟一个称之为滑窗的N个单元的缓冲区，滑窗中存放最新的N个输入样本。每次输入新的样本时，一新样本改写滑窗中的最老的数据，而滑窗中的其他数据不需要移动。利用片BK（循环缓冲区长度）寄存器对滑窗进行间接寻址，环缓冲区地址首位相邻。下面，以N=5的FIR滤波器循环缓冲区为例，说明循环缓冲区中数据是如何寻址的。5级循环缓冲区的结构如图3.3所示，顶部为低地址。数据存储器数据存储器数据存储器顶部x(n)x(n)x(n)x(n-1)x(n-1)x(n-1)x(n-2)x(n-2)x(n-2)x(n-3)x(n-3)x(n-2)底部x(n-4)x(n+1)x(n-1)图2.3循环缓冲区的结构y(n)4ax(ni)当第一次执行完i之后，间接寻址的辅助寄存器ARx指向i0x(n-4)。然后，从I/O口输入数据x(n+1)，将原来存放x(n-4)的数据存储单元y(n1)4ax(n1i)改写为x(n+1)。接着，进行第二次乘法累加运算，i，最i0ARx指向x(n-3)。然后从I/O口输入数据x(n+2)，将原来存放x(n-4)的数据存储器单元改写为x(n+2)。2.3本章小结本章主要介绍了FIR滤波器设计的理论基础，分别介绍了FIR滤波器的几种设计方法和实现方法，为后面FIR滤波器的设计奠定理论基础。第3章基于MATLAB的FIR滤波器的设计3.1MATLAB简介MATLAB语言是当今国际上科学界最具影响力、也是最有活力的软件之一。它起源于矩阵运算，并己经发展成一种高度集成的计算机语言。它提供了强大的科学运算、灵活的程序设计流程、高质量的图形可视化与界面设计、便捷的与其他程序和语言接口的功能。MATLAB语言在教学及科学研究起着重大的作用。MATLAB语言由美国TheMathWorks开发，2003年推出了其全新的MATLAB6.5.l正式版。2004年9月正式推出Release14(MATLAB7.0)的ServicePack1。MATLAB语言中提供了数字信号处理工具箱，使数字信号处理较以前更简洁方便且效果更好。在MATLAB中提供了一些滤波器的函数，使FIR滤波器的运算更加方便和快速。在MATLAB中提供的滤波函数有fir1()，此函数以经典的方法实现加窗线性相位FIR数字滤波器设计，可以设计出低通、高通、带通和带阻滤波器；fir2()函数设计的FIR滤波器，其滤波器的频率特性由矢量f和m决定，f，分别为滤波器的期望幅频响应的频率相量和幅值相量。fir1s()和remez()的基本格式用于设计I型和Ⅱ型线性相立FIR滤波器，是偶对称滤波器，I型和Ⅱ型的区别在于滤波器的阶数是偶数还是奇数。firrcos()用于设计具有光滑，正弦过渡带的低通线性相位滤波器。filter()用于实现IIR和FIR滤波器对数据的滤波，常用来计算滤波器对输入配响应。ftfilt()利用效率高灼基于FFT重叠相加算法实现对数据滤波，该函数只适用FIR滤波器。freqz()用于求数字滤波器的频率响应。并且提供了各种窗函数的函数，比如，hamming是海明窗函数，kaiser()是凯塞窗函数，使在设计的过程中，不用自己重新设计窗函数。新版本的MATLAB软件(MATLAB7.l)己经集成了TI公司的C2000，C5000，C6000系列DSP的开发工具包，可在MATLAB/SIMULINK环境中用图形化的方式进DSP的设计和仿真验证，并能将设计的图形文件.mdl直接转换成C语言程序，其中C2000系列的开发工具是EmbeddedTargetforTIC2000DSP。该工具包是TI公司与Mathmorks公司共同开发的产品，在MATLAB/SIMULINK环境中嵌入了eXpressDSP工具箱，支持C24X及C28X系列的DSP处理器。在C24X系列DSP工具箱中包含了DSP处理器中的模/数转换ADC，CAN发送及接收、PWM控制等模块。用户可以在MATLAB中调用这些图形化的功能模块及SIMLTLINK环境中的其他模块建立数字信号处理的模型，并可以对模块进行仿真验证，然后生成DSP的C语言代码及CCS的工程项目文件，在CCS中修改、编译后就可以下载到DSP目标板中运行[12]。MATLAB提供了相应的子程序来实现窗函数，例如：wd=boxcar(N)%数组wd中返回N点矩形窗函数wd=triang(N)%数组wd中返回N点三角窗函数wd=hanning(N)%数组wd中返回N点汉宁窗函数wd=hamming(N)%数组wd中返回N点哈明窗函数wd=Blackman(N)%数组wd中返回N点布莱克曼窗函数wd=kaiser(N，beta)%数组wd中返回给定beta值时N点凯泽窗函数这些函数的输入一般只要窗函数的长度N就够了，只有凯泽窗还需要规定beta值。输出单元就是中心值归一化为1的窗函数序列wd，它是列向量。MATLAB是用颜色区分并标注各条曲线的，在黑白印刷时无法表示。用户可以在计算机上得到相似的以不同颜色区分的图形。3.2基于MATLAB的FIR滤波器的设计前文中已简要介绍了MATLAB软件，及其FIR数字滤波器的设计方法，在本小节中将使用MATLAB来进行FIR数字滤波器的设计。MATLAB中的fdatool工具集成了数字滤波器的各种设计方法，简化了设计过程。本文利用MATLAB中的fdatool工具设计一个fir数字低通滤波器。3.3FIR滤波器的MATLAB仿真为了验证所设计的滤波器是否满足要求，用MATLAB进行仿真。FIR低通滤波器的仿真程序如下(文件名为lws.m)：f1=0.08;f2=0.20;f3=0.36;T=1;%采样间隔n=0:T:400;%采样间隔T=1；采样频率fs=1/T=1fs=1/T;kf=fs/2;%采样频率的一半。用于设计指标归一化x=sin(2*pi*f1*n)+sin(2*pi*f2*(n-2))-cos(2*pi*f3*(n+2)); %产生输入信号Xk=fft(x); %输入信号的频谱分析hn=[0.78,0.22092,-0.8048,...-0.6479,-0.1634,0.6041,...0.31,0.089,0.559,...-0.808,-0.971,-0.531,...-0.118,0.568,0.02,...0.17,0.27,0.17,...0.02,0.568,-0.118,...-0.531,-0.971,-0.808,...0.559,0.089,0.31,...0.6041,-0.1634,-0.6479,...-0.8048,0.22092,0.278]y=filter(hn,1,x);Yk=fft(y);subplot(2,1,1);plot(n,abs(Xk));subplot(2,1,2);plot(n,abs(Yk));MATLAB环境下运行lws.m文件，可得3-3图。2001501005000 50 100 150 200 250 300 350 4002001501005000 50 100 150 200 250 300 350 4003-3FIR滤波器的仿真结果3-4的上图为输入信号的频谱图，包括fl、f2、f3三个频率成分，下图是输出信号的频谱图，只剩下了f1的频率成分。从上下两图中可以看出，经过滤波后输入信号的两个高频成分f2、f3被滤除，说明所设计的滤波器满足要求。3.4本章小结本章介绍了MATLAB软件，及其FIR数字滤波器的设计方法，并使用MATLAB进行FIR数字滤波器的设计和仿真。第四章数字滤波器的DSP实现数字信号处理器(DigitalSignalProcessor)是一种适合对数字信号进行高速实时处理的专用处理器，其主要用来实时快速地实现各种数字信号处理算法。在当今的数字化时代，DSP己成为通信设备、计算机和其它电子产品的基础器件。数字信号处理器与数字信号处理有着密不可分的关系，我们通常说的“DSP”可以指数字信号处理(DigitalSignalProcessing)，也可以代表数字信号处理器(DigitalSignalProcessor)在本文里均指数字信号处理器。数字信号处理是一门包括了许多学科并应用于很多领域的学科，是指利用计算机或是专用处理设备，以数字形式对信号进行分析、采集、合成、变换、滤波、估值、压缩、识别等处理，得到符合要求的信号形式。数字信号处理器是用于处理数字信号的器件，因此它是伴随着数字信号处理才产生的。DSP发展历程大致分为三个阶段：20世纪70年代理论先行，80年代产品普及和90年代的突飞猛进。在DSP出现之前数字信号处理只能依靠微处理器(MPU)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20世纪70年代，有人才提出了DSP的理论和算法基础。随着大规模集成电路技术的发展，1982年世界上诞生了第一片DSP芯片。几年后，第二代基于CMOS工艺的DSP芯片应运而生。80年代后期，第三代DSP芯片问世。90年代DSP发展最快，相继出现了第四代和第五代DSP器件。经过20多年的发展，DSP产品的应用己扩大到人们的学习、工作和生活的各个方面，并逐渐成为电子产品更新换代的决定因素。4.1TMS320C5510简介TMS320C5510是C55x系列中的第一个产品，采用双乘累加单元(MAC)结构。整个处理器部分为5个大的功能单元：存储器缓冲单元(M)、指令缓冲单元(I)、程序控制单元(P)、地址生成单元(A)和数据计算单元(D)，各个功能单元之间通过总线连接。TMS320C5510中共有12条总线：1条32位程序数据总线(PB)，124位程序地址总线(PAB)，5条16位的数据总线(BB、CB、DB、EB、FB)和524位的数据地址总线(BAB、CAB、DAB、EAB、FAB)。作为嵌入式芯片的一种，DSP芯片是一种非常适合于进行数字信号处理的微处理器芯片，已经广泛应用于实现各种数字信号处理运算。其显著特点可以归纳如下：1．哈佛结构哈佛结构是不同于传统的·诺曼(VonNeuman)结构的并行体系结构，其主要特点是将程序和数据存储在不同的存储空间中，即程序存储器和数据存储器是两个相互独立的存储器，每个存储器独立编址，独立访问。与两个存储器相对应的是系统中设置了程序总线和数据总线两条总线，从而使数据的吞吐率提高了一倍。2．流水线与哈佛结构相关，DSP芯片广泛采用流水线以减少指令执行时间，从而增强了处理器的处理能力。TMS320系列处理器的流水线深度从2-6级不等。第一代TMS320处理器采用二级流水线，第二代采用三级流水线，而第三代则采用四级流水线。也就是说，处理器可以并行处理2-6条指令，每条指令处于流水线上的不同阶段。3．专用的硬件乘法器在一般形式的FIR滤波器中，乘法是DSP的重要组成部分。对每个滤波器抽头，必须做一次乘法和一次加法。乘法速度越快，DSP处理器的性能就越高。在通用的微处理器中，乘法指令是由一系列加法来实现的，故需许多个指令周期来完成。相比而言，DSP芯片的特征就是有一个专用的硬件乘法器。4．特殊的DSP指令DSP芯片的另一个特征是采用特殊的指令。例如TMS320C10中的LTD指令，可单周期完成加载寄存器、数据移动、同时累加操作。还有DMOV指令，它完成数据移位功能。在数字信号处理中，延迟操作非常重要，这个延迟就是由DMOV指令来实现的[9]。5．快速的指令周期哈佛结构、流水线操作、专用的硬件乘法器、特殊的DSP指令再加上集成电路的优化设计，可使DSP芯片的指令周期缩短到200ns以下。现在，许多DSP处理器的指令周期已经从第一代的200ns降低至现在的20ns以下，甚至在10ns以。快速的指令周期使得DSP芯片能够实时实现许多DSP应用。6．面向寄存器和累加器DSP所使用的不是一般的寄存器文件，而是专用寄存器，较新的DSP产品都有类似于RISC的寄存器文件。许多DSP还有大的累加器，可以在异常情况下对数据溢出进行处理。7.支持前、后台处理DSP支持复杂的循环处理，包括建立起X、Y存和分址/循环计数器。一些DSP在做循环处理中把中断屏蔽了，另一些则以类似后台处理的方式支持快速中断。许DSP使用硬连线的堆栈来保存有限的上下文，而有些则用隐蔽的寄存器来加快上下文转换时间。8.拥有简便的单片存和存接口DSP设法避免了大型缓冲器或复杂的存接口，减少了存访问。一些DSP的循环是在其单片存中重复执行指令或循环操作部分代码，它多采用SRAM而不是DRAM，因为前者接口更简便。2000年3月，仪器（TI）公司推出了高性能低功耗的TMS320C55x芯片[10]。其性能可以达到400－800MIPS，但功耗低到0.05mW/MIPS。TMS320系列包括定点、浮点和多处理器等三种类型的数字信号处理器。它的结构是专门针对实时信号处理而设计的，具有指令灵活、可操作性强、速度快以及支持并行运算和C语言等特点，是性价比较高的一类DSP，在通信设备中得到了广泛的应用。C5000系列DSP是针对个人便携设备而设计的，如音乐播放器、3G蜂窝、数码相机、高速音频设备、高精度的信号和多通道应用。通常人们把C54x和C55x系列通称C5000系列，主要用于功耗低、便携式的无线通信终端产品。C5000系列包括旧有的C5x、当前主流的C54x和较新的C55x系列。其中，C54x采用改进的哈佛结构，并集成有丰富的硬件逻辑和外部接口资源，具有较高的性能，及较低的成本和体积。C55x是在C54x的基础上发展起来的，也采用改进型哈佛结构，其器件功耗较C54x更低，性能更高。TMS320C55x采用多总线结构，由五组部数据总线（3个用于读，2个用于写）和一组部程序存储总线构成。32bit的程序总线（PB）传送从程序存储器来的指令代码和立即数。三组16bit数据读总线（BB，CB和DB）连接数据读地址产生逻辑。CB和DB总线传送双操作数。DB总线传送单操作数。BB总线提供第三种读路径并且能够提供双乘操作数的系数。两组16bit数据写总线(EB，FB)连接数据写地址产生逻辑。六组24bit数据总线（PAB，CAB，DAB，BAB，EAB，FAB）传送执行指令所需要的地址。还有一条附加总线为DMA控制器和外设控制器提供服务。TMS320C55x的CPU结构主要包括四种功能单元：即指令缓冲单元（I单元），程序流程单元（P单元），地址数据流程单元（A单元）和数据计算单元（D单元）。其数据计算单元包括一个40bit的可以提供-32到31移位围的桶形移位器，一40bit的算术逻辑电路（ALU），两个乘累加器（MAC）可以在一个周期中执行两个MAC操作，以及四个40bit的累加器。在其地址数据流程单元还包括一个16bit的算术逻辑电路（ALU），为主ALU提供简单的算术运算。55x的指令集功能强大而且使用灵活，它同时具有易于使用和程序效率高的特点。寻址方式包括绝对寻址、寄存器间接寻址、直接寻址，这些寻址方式降低了算法所需要的指令数量，减小了代码量，也提高了芯片运算速度。特别要提到的C55x指令集中所提供的三操作数指令，这种指令可以实现3个操作数的同时处理（如写入寄存器或存储器等操作），大大压缩了代码的指令数量。4.2TMS320C5510芯片参数TMS320Vc5510使用基于TI公司的TMS320VC55X系列数字信号处理器核。在加强并行运算能力及努力减少功耗的基础上，实现了高性能低功耗的目标。此CPU支持部总线结构，包括一条指令总线，三条读数据总线和两条写数据总线，另外还有一条总线用于外围设备和DMA。这些总线能够使CPU在一个指令周期实现总共三次数据读和两次数据写指令。同时，DMA可以在没有CPU参与的情况下实现数据传输。C5510的特性有：1、作为高性能，低功耗，定点数字信号处理器。在300MHz时钟的基础上，指令周期为3．33m。16k字节的指令缓存。每时钟周期执行1到2个指令。双乘法器：可以实现每分钟多达6亿次的乘法指令。两个算术／逻辑处理单元。一条指令总线，三条部数据读总线，两条部数据写总线。2、16Kxl6位片上RAM，包括4块4Kxl6位双通道RAM。3、16Kxl6位单等候状态片上ROM。4、48Mx16位的外部最大可寻址空问。5、32位的外部并行数据总线，同时可以用做通用输入输出口(GPIO)。作为数据总线可以连接：静态随机存取存储器(SRAM)。可编程可擦写ROM(EPROM)。同步动态随机存储器(SDRAM)。SBRAM6、仿真／调试链可以跟踪最近16次不连续的PC指针和32个PC指针的值。7、可编程控制6个低功耗模块。8、片上外设：6通道DMA控制器。2个McBSP。个模拟锁相环时钟输出电路。通用输入输出端D(OPlO)和专用输出口(XF)。位的主机连接端口(HPI)。个定时器。2个64位的通用定时器。位可编程看门狗定时器。位DSPmlOS(操作系统)计数器。I2C总线接口。UART接口。9、片上的基于扫描链的仿真逻辑。10、符合IEEE的．rrAG边缘扫描逻辑。11、封装有：176脚的LQFP。201脚的MicroStarBGA。12、3．3V的输入输出电压。13、1．26V的核心电压。选用TMS320VC5510这款芯片，最大的优势在于其能够与我们选定的CODEC芯片TLV320AIC23完美地进行通讯[13]。同样是TI公司的AIC23其控制总线主要是I2C，而数据总线是I2C。使用C5510的I2C总线和McBSP总线能够非常方便地同AIC23进行数据通信[14]。而C5510的作为数字信号处理器的强大处理能力能够使本系统的算法更加流畅地运行。L10RES1346TX0R00OOOUKXOLRX021453021453DSVVDVDDDTDGGGCF6DSSSS3SSSNSSS6SSNNNG.G..G.GGG09875432109765432109JP?4321098765432168111111111111111111111111111111111111

5104GNDGND1PU2DP3DN4USBVDD5GPIO76GND73.3V8GPIO29GPIO110GND11GPIO012X213X114CLKOUT15ARE16AOE171.6V18AWE19ARDY20CE021CE122CE2233.3V24CE325BE026BE127SDCAS281.6V291.6V30CLKEMN31SDWE32GND33SDRAS34SDA1035GND36

3S460D0SOSOOTDRSVUVVLGGGODVSSTCPUDPDNUSBVDDGPIO7VSSDVDDGPIO2GPIO1VSSGPIO0CLKINXICLKOUTC0C1CVDDC2C3C4C5C6DVDDC7C8C9C11CVDDRVDDC14C12VSSC10C13VSS

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DDDDDDSSD01D43V2012S345S67V891AARAADADDDVDDDVDDCDDDD789012345678901234567890123456789012VC5509333444444444455555555556666666666777DVDVVVDDVVN6N363NN63G.G...GG..32110313101398765432100123456781111911AAAAAAAAAAAAAADDDDDDDDDDD3-3TMS320VC5510引脚图4.3DSP系统的设计与开发DSP系统的开发是一个复杂的过程，在系统的设计和调试中不但需要数字信号处理方面的理论知识，而且还要熟悉掌握各种DSP芯片、外围硬件电路以及DSP开发工具等。4.3.1DSP系统的特点DSP系统是以数字信号处理为基础的，因此不但具有数字处理的全部优点而且还具有以下特点[24]:1．接口方便：DSP应用系统与其他以现代数字技术为基础的系统或设备都是相互兼容的，这样的系统接口以实现某种功能要比模拟系统与这些系统接口要容易得多。2．编程方便：DSP应用系统中的可编程DSP芯片，能灵活方便地进行修改和升级。3．稳定性好：DSP应用系统以数字处理为基础，受环境温度及噪声的影响较小、可靠性高，无器件老化现象。4．精度高：16位数字系统可以达到10-5级的精度。5．可重复性好：模拟系统的性能受元器件参数性能变化的影响比较大，而数字系统基本不受影响，因此数字系统便于测试、调试和大规模生产。6．集成方便：DSP应用系统中的数字部件有高度的规性，便于大规模集成。当然，数字信号处理也存在一些缺点。例如，对于简单信号处理任务，若采DSP则使成本增加。DSP系统中的高速时钟可能带来高频干扰和电磁泄漏等问题，而且DSP系统消耗的功率也较大。此外，DSP技术更新速度快，对于数学知识要求高，开发和测试工具还有待进一步完善。4.3.2DSP系统的设计流程一个DSP系统的设计过程大概要有以下几个步骤。1．根据系统的任务要求，确定系统处理精度要求、速度要求、实时性要求等性能指标。2．根据系统的要求进行高级语言的算法模拟，比如使用MATLAB等仿真工具，验证算法的可行性，得出最佳的处理方法。3．DSP的系统设计，主要分为硬件设计和软件设计。硬件设计是指根据系统要求选择合适的DSP芯片，然后设计相应的外围电路。软件设计主要是指根据系统的要求和选用的DSP芯片编写相应的程序。程序的编写可以使用汇编语言，汇编语言编写的程序效率高，但比较烦杂；也可采用C语言，DSP的C语言基本上是标准C语言，编写比较简单，但效率低。在实际系统开发时往往是两种语言结合编写，在算法运算量大的地方使用汇编语言，在运算量小的地方使用C语言，这样既能缩短软件的开发周期，提高程序的可读性和可移植性，又满足了系统的实时性要求。本文的设计采用汇编语言编写、设计软件程序。4.3.3DSP系统的开发工具CCSCCS，即CodeComposerStudio，是TI公司在1999年推出的一个开放、具有强大集成开发环境。它最初是由GODSP公司为TI的C6000系列DSP开发的。TI收购了GODSP后，将CCS扩展到了其他系列[26]。现在所有TI的DSP都可以使用CCS进行开发，但是其中的DSP/BIOS功能只有C5000和C6000的CCS中才提供[38]。以前的DSP软件开发都是在一个分散的开发环境下进行，程序的编写、代码的生成以及调试等都是要通过命令来完成，类似于以前的DOS，十分烦杂。而CCS的出现是DSP开发软件的一次革命性的变化。CCS主要由代码生成工具、CCS集成开发环境、DSP/BIOS和API函数以及RTDX组成。1．CCS主要特点：集成可视化代码编辑界面，可以方便地直接编写C、汇编