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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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