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企业学习Ⅱ-2（DSP技术及应用综合训练）报告专业：通信工程班级：12通信1姓名：陆振宇学号：12313107指导教师：吴全玉、倪福银成绩：江苏理工学院电气信息工程学院2015年09月30日企业学习Ⅱ-2(DSP技术及应用综合训练)报告1目录序言…………………………………………………………………………………2第一章DSP技术概述…………………………………………………………31.1课程目的意义………………………………………………………………31.2DSP系统设计的方法与步骤…………………………………………………31.3DSP前沿技术及其应用………………………………………………………4第二章DSP硬件部分设计…………………………………………………62.1硬件设计任务………………………………………………………………62.2总体方案设计………………………………………………………………62.3选用芯片介绍及其模块电路原理图设计…………………………………72.4其它电路原理图设计………………………………………………………82.5PCB布线设计………………………………………………………………132.6硬件设计小结………………………………………………………………14第三章DSP软件部分设计…………………………………………………153.1软件设计任务………………………………………………………………153.2软件设计流程图……………………………………………………………153.3实验步骤……………………………………………………………………163.4实验结果……………………………………………………………………16第四章设计小结……………………………………………………………18参考文献………………………………………………………………………19附录……………………………………………………………………………20企业学习Ⅱ-2(DSP技术及应用综合训练)报告2序言第一章DSP技术概述1.1课程目的意义本课程是一门以实践为主的技术类专业选修课，课程的教学目的是使学生了解DSP及DSP控制器的发展过程及其特点，使学生较熟练地在硬件上掌握DSP及DSP硬件器的结构、各部件基本工作原理，在软件上掌握DSP的指令系统、程序设计方法，学会TMS320系列中1至2种DSP芯片的基本使用方法，并能重点利用DSP及DSP控制器设计典型的应用系统,为今后从事相关设计与研究打下基础。1.2DSP系统设计的方法与步骤前置取样滤波器A-D转换器数字信号处理器D-A转换和滤波y(t)f(t)图1-1DSP典型系统的简单框图先将输入的模拟信号进行带限滤波和抽样，在进行A/D变换，将信号变换成数字比特流，经DSP芯片处理后的数值样值，再经D/A变换成模拟样值之后再进行内插和平滑滤波企业学习Ⅱ-2(DSP技术及应用综合训练)报告3即可得到连续的模拟信号输出。根据奈奎斯特抽样定理，为保证信息不丢失，抽样频率至少是输入带限信号最高频率的两倍，其中抗混叠滤波的作用，就是将输入的模拟信号中高于折叠频率的分量滤除，以防止信号频谱出现混叠/DSP芯片是系统的关键。（1）总体方案设计在进行DSP系统设计之前首先应给出明确的设计任务，给出设计任务书。在设计任务书中应将系统要达到的功能描述准确、清楚；描述的方式可以是人工语言，也可以是流程图或算法描述。之后将设计任务书转化为量化的技术指标。（2）软件设计阶段软件变成步骤如下：1）用C语言、汇编语言或者两种变成语言混合编写程序,再把它们分别转换成DSP的汇编语言并送到汇编语言汇编器进行汇编,生成目标文件.2）将目标文件送入连接器进行连接,得到可执行文件.3）将克制性文件掉如到调试器进行调试,检查运行结果是否正确.如果着呢宫阙进入下一步;如果不正确则返回第一步.4）进行代码转换将代码写入EEPROM，并脱离仿真器进行程序，检查结果是否正确。如果不正确，返回上一步；如果正确，进入下一步。5）软件调试，软件调试借助DSP开发工具，如软件模拟器、DSP开发系统或仿真器等。（3）硬件设计阶段1）设计硬件实现方案硬件实现方案是指根据性能指标、工期、成本等，确定最优硬件实现方案，并画出硬件系统框图。2）器件的选型除选择DSP芯片外，一般还要考虑选择A/D、D/A、内存、电源、逻辑控制、通信、人机接口、总线等基本部件。3）原理图设计硬件设计阶段原理图设计是关键。在原理图设计时必须清楚了解器件的使用和系统的开发，对于关键环节要做仿真。4）PCB板设计PCB设计要求DSP系统设计人员既要熟悉系统工作原理，又要清楚布线工艺和系统结构设计。5）软、硬件调试在采用硬件仿真器进行调试时，如果没有仿真器、且系统不复杂，则可借助一般的工具进行调试。（4）系统集成系统的软、硬件设计分别调试完成之后，进行系统集成。系统集成是将软、硬件结合起来，并组合成样机，在实际系统中运行，进行系统测试。1.3DSP前沿技术及其应用1.3.1前沿技术（1）努力向系统级集成DSP迈进缩小DSP芯片尺寸始终是DSP的技术发展方向。当前的DSP多数基于RISC（精简指令集计算）结构，这种结构的优点是尺寸小、功耗低、性能高。各DSP厂商纷纷采用新工艺，改进DSP芯核，并将几个DSP芯核、MPU芯核、专用处理单元、外围电路单元、存储单元统统集成在一个芯片上，成为DSP系统级集成电路。这样的集成缩小了整机的体积，缩短了产品上市的时间，是一个重要的发展趋势。（2）DSP的内核结构进一步改善DSP的结构主要是针对应用，并根据应用优化DSP设计以极大改进产品的性能。多通道结构和单指令多重数据（SIMD）、超长指令字结构（VLIM）、超标量结构（Superscalar）、企业学习Ⅱ-2(DSP技术及应用综合训练)报告4超流水结构、多处理、多线程（Multi-Threading）及可并行扩展的超级哈佛结构(SHARC)在新的高性能处理器中将占据主导地位[2]。（3）可编程DSP是主导产品可编程DSP给生产厂商提供了很大的灵活性。生产厂商可在同一个DSP平台上开发出各种不同型号的系列产品，以满足不同用户的需求。同时，可编程DSP也为广大用户提供了易于升级的良好途径。人们已经发现，许多微控制器能做的事情，使用可编程DSP将做得更好更便宜。（4）追求更高的运算速度和进一步降低功耗和几何尺寸[7]由于电子设备的个人化和客户化趋势，DSP必须追求更高更快的运算速度，才能跟上电子设备的更新步伐。同时由于DSP的应用范围已扩大到人们工作生活的各个领域，特别是便携式手持产品对于低功耗和尺寸的要求很高，所以DSP有待于进一步降低功耗。按照CMOS的发展趋势，依靠新工艺改进芯片结构，DSP运算速度的提高和功耗尺寸的降低是完全可能的。（5）定点DSP是主流虽然浮点DSP的运算精度更高，动态范围更大，但定点DSP器件的成本较低，对存储器的要求也较低，而且耗电较省。因此，定点运算的可编程DSP器件仍是市场上的主流产品。据统计，目前销售的DSP器件中的80%以上属于16位定点可编程DSP器件，预计今后的比重将逐渐增大。（6）与可编程器件结合DSP的许多新应用需要比传统DSP处理器更加强大的数字信号处理能力，设计者往往会借助PLD和FPGA来满足他们日益提高的信号处理需求[8]。与常规DSP器件相比，FPGA器件配合传统的DSP器件可以处理更多信道，可在基站中用来实现高速实时处理功能，满足无线通信、多媒体等领域多功能和高性能的需要。（7）DSP嵌入式系统[9]DSP嵌入式系统是DSP系统嵌入到应用电子系统中的一种通用系统[4]。这种系统既具有DSP器件在数据处理方面的优势，又具有应用目标所需要的技术特征。在许多嵌入式应用领域，既需要在数据处理方面具有独特优势的DSP，也需要在智能控制方面技高一筹的微处理器(MCU)。因此，将DSP与MCU融合在一起的双核平台，将成为DSP技术发展的一种新潮流。1.3.2应用领域自从20世纪70年代末80年代初DSP芯片诞生以来，由于集成电路技术的发展和巨大的市场需求，DSP芯片得到了飞速的发展。随着DSP性能的不断改善，在近20多年时间里，DSP芯片的应用已经从军事、航空航天领域扩大到信号处理、通信、雷达、消费等许多领域[2]。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。DSP芯片的应用主要有：信号处理--如数字滤波、自适应滤波、快速傅立叶变换、相关运算、谱分析、卷积、模式匹配、加窗、波形产生等；通信--如高速调制解调器、自适应均衡、数据加密、数据压缩、回波抵消、多路复用、传真、扩频通信、纠错编码、可视电话、数字留言机等；语音--如语音编码、语音合成、语音识别、语音增强、说话人辨认、说话人确认、语音邮件、语音存储等；图形/图像--如二维和三维图形处理、图像压缩与传输、图像增强、动画、机器人视觉等；军事--如保密通信、雷达处理、声纳处理、导航、导弹制导等；仪器仪表--如频谱分析、函数发生、锁相环、地震处理等；自动控制--如引擎控制、声控、自动驾驶、机器人控制、磁盘控制等；医疗--如助听器、超声设备、诊断工具、病人监护等；家用电器--如高保真音响、音乐合成、音调控制、玩具与游戏、数字电话/电视等。DSP应用广泛，其主要应用市场为3C(Communication、Computer、Consumer-通信、计企业学习Ⅱ-2(DSP技术及应用综合训练)报告5算机、消费类)领域，合占整个市场需求的90%。数字蜂窝电话是DSP最为重要的应用领域之一。由于DSP具有强大的计算能力，使得移动通信的蜂窝电话重新崛起，并创造了一批诸如GSM、CDMA等全数字蜂窝电话网。在Modem器件中，DSP更是成效卓著，不仅大幅度提高了传输速率，且具有接收动态图像能力。另外，可编程多媒体DSP是PC领域的主流产品。以XDSLModem为代表的高速通信技术与MPEG图像技术相结合，使得高品位的音频和视频形式的计算机数据有可能实现实时交换。目前的硬盘空间相当大，这主要得益于CDSP（可定制DSP）的巨大作用。预计在今后的PC机中，一个DSP即可完成全部所需的多媒体处理功能。DSP也是消费类电子产品中的关键器件。由于DSP的广泛应用，数字音响设备的更新换代周期变得非常短暂。用于图像处理的DSP，目前已形成一个品种不少的产品群。一种是JPEG标准的静态图像数据处理DSP；另一种是用于动态图像数据处理的DSP。第二章DSP硬件部分设计2.1硬件设计任务DSP最小系统是由满足DSP运行的最小硬件组成，包括电源电路，复位电路，时钟电路，JTAG接口电路，电平转换电路等。具体设计的DSP芯片设计最小系统要求如下：要求：1.DSP芯片选择TMS320VC5509外设扩展部分:(1)一片4位数码管（TMS320VC5509）(2)扩展两片AIC23B来扩展A/D和D/A转换接口电路(3)扩展1片FLASH芯片AM29LV400B(4)扩展1个USB接口电路2.提高部分：在必选题的基础上，可多加其它选题的外设功能。3.请运用Protel或者其他软件完成最小系统的schematic原理图及PCB布线图。4.设计完成，根据规范格式撰写设计报告，并附上布线3D效果截图，器件物料表BOM等。2.2总体方案设计本次硬件电路设计大体方案设计如下：最小系统框图如下企业学习Ⅱ-2(DSP技术及应用综合训练)报告6图2-1DSP最小系统框图2.3选用芯片介绍及其模块电路原理图设计2.3.1主芯片为TMS320C5509C5509有32×16bit指令缓冲队列，可实现高效的块循环操作；两个17×17bit的MAC单元，可在单周期内执行两次MAC操作；1个40bit的ALU、1个40bit的桶型移位器，4个40bit的累加器可执行比C54系列DSP更高效的算术运算，在400MHz的晶振驱动下，可达到800MIPS的性能。以44.1kHz采样率的MP3数据流为例，对128kbit/s数据率的MP3数据进行解码。霍夫曼解码、IMDCT、子带合成等运算模块共需消耗1.