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文档简介

第九章基于DSP应用系统的硬件设计举例

9.1DSP介绍及其应用

与单片机相比,DSP器件具有较高的集成度。DSP具有更快的CPU,更大容量的存储器,内置有波特率发生器和FIFO缓冲器。提供高速、同步串口和标准异步串口。有的片内集成了A/D和采样/保持电路,可提供PWM输出。DSP器件采用改进的哈佛结构,具有独立的程序和数据空间,允许同时存取程序和数据。内置高速的硬件乘法器,增强的多级流水线,使DSP器件具有高速的数据运算能力。DSP器件比16位单片机单指令执行时间快8~10倍,完成一次乘加运算快16~30倍。DSP器件还提供了高度专业化的指令集,提高了FFT快速傅里叶变换和滤波器的运算速度。DSP芯片一般具有如下一些主要特征:

硬件乘法累加操作(MACs)

具有哈佛结构

零消耗循环控制

特殊寻址模式

执行时间的可预测性

可以并行执行多个操作

具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器

支持流水线操作

DSP的典型应用如下:

通用数字信号处理;

通信;声音/语音信号处理;

图形/图像信号处理;控制,包括:磁盘/光盘伺服控制、激光打印机伺服控制、机器人控制、发动机控制、卡尔曼滤波等;仪器,包括:频谱分析、函数发生、波形发生、数据采集、暂态分析、模态分析、石油/地质助探、飞行器风洞试验等;医学电子学;

军事;计算机和消费电子。

DSP在通信设备领域的应用:1.数字式蜂房系统

◆语音合成、语音压缩与编码

◆纠错编码

◆基带调制与解调

2.软件电台(Software

rideo)3.均衡和信道估计4.语音和字符识别算法

5.调制解调器(Modem)

6.综合业务数字网(ISDN)

7.多媒体

9.2DSP系统的总体设计

图9-1典型的DSP系统

1.DSP系统的功能需求分析

DSP系统处理的模拟带宽。

实时性要求。

算法的复杂度。

DSP系统处理精度要求。

成本要求。

可靠性要求。

方便开发和使用。

2.DSP算法的验证与模拟

DSP处理系统所选

用的算法无非是各种通用算法的组合和改进,DSP系统设计师应尽量选用成熟可靠、经过时间考验的算法,而支持各种通用算法的DSP模拟软件市场上已有不少。

SPW工作站Matlab工具包

Dalisp软件

3.DSP开发工具的选择

ASM/LINK

汇编/链接器;

JTAG硬件仿真器,可全透明地访问DSP的所有资源而不占用用户任何资源;Debugger调试器;其他选件还有:C编译器、实时操作系统和算法库。

4.DSP系统调试

认真处理好复位和时钟信号;

在DSP电路中,对所有的输入信号必须有明确的处理,不能悬浮和置之不理;

模拟电路和数字电路独立布线,最后单点连接电源和地。软件设计则应严格按照软件工程的方法进行管理。

9.2.2DSP应用系统的低功耗设计

合理选择DSP处理器器件

让DSP以适当的速度运行

在软件设计中降低功耗

存储器类型对功耗的影响

正确处理外围电路

9.3DSP芯片的选择及其介绍

按基础特性分这是根据DSP芯片的工作时钟和指令类型来分类的。按数据格式分这是根据DSP芯片工作的数据格式来分类的。数据以定点格式工作的DSP芯片称之为定点DSP芯片。以浮点格式工作的称为DSP芯片

按用途分可分为通用型DSP芯片和专用型的DSP芯片。通用型DSP芯片适合普通的DSP应用,如TI公司的一系列DSP芯片。专用型DSP芯片是为特定的DSP运算而设计,更适合特殊的运算,如数字滤波、卷积和FFT等。

DSP芯片的选择

DSP芯片的运算速度

1)按样点处理

2)按帧处理

DSP芯片的价格DSP芯片的硬件资源DSP芯片的运算速度DSP芯片的开发工具DSP芯片的功耗其他的因素,如封装的形式、质量标准、生命周期等ADELANTE科技公司的Saturn系列

AGERE系统公司的

DSP16XXX

模拟器件公司的

ADSP-21XX

模拟器件公司的

ADSP-21XXXSHARC系列

模拟器件公司的

ADSP-215XXBLACKFIN系列

模拟器件公司的

ADSP-TS101TIGERSHARC系列

CHIPWRIGHTS公司的

CW4011和CW451

CIRRUSLOGIC公司的

CS494XX

DSP体系结构公司的

DSP24

日立半导体公司的

SH-DSP系列和

SH3-DSP系列

LSI逻辑公司的

ZSP400、LSI402ZX和

LSI403LP

LSI逻辑公司的

ZSP500

LSI逻辑公司的

ZSP600

9.4DSP应用系统硬件电路设计

以Motorola的DSP56805芯片为例,介绍其在数字示波表中的应用。硬件电路主要由Motorola的数字信号处理芯片DSP56805、XILINX的现场可编程门阵列XC2S50、GSI的静态存储器GS71116、TI的高速模/数转换芯片TLC5580、Microtips的MTG-F32240液晶显示器和其他辅助器件组成。

9.4.1DSP控制电路

图9-2

DSP56805电路

9.4.2FPGA电路

图9-3

FPGA及外围电路

9.4.3信号调理及模/数转换电路

经模拟通道后的被测信号首先进行调理,再分别送高速A/D转换电路和信号整形电路进行处理。高速A/D转换器可采用TI的TLC5580。其分辨率为8位,转换速率可根据需要调整,最

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