. . . 电气信息工程学院DSP技术与综合训练大作业班 级 姓 名 学 号 指导老师 2012年 09月 . . . . 目 录引 言-2 第一章 DSP技术概述-4 1.1 DSP系统总体设计-4 1.2 DSP硬件设计-4 1.3 DSP软件设计-6 1.4 课程设计的意义和目的-6第二章 DSP硬件部分设计-7 2.1 硬件设计任务概述-7 2.2 硬件总体方案设计-7 2.3 基于protel的模块原理图设计-8 2.4 硬件成果描述与分析-12第三章 DSP软件部分设计-13 3.1 软件设计任务概述-13 3.2 软件设计思路-13 3.3 软件编写流程图-13 3.4 源程序的编写及分析-14 3.5 软件成果描述与分析-31第四章 课程设计体会与心得-32参考文献-33附录 pcb板图-34引 言 数字信号处理（Digital Signal Processing，简称DSP）是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。20世纪60年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。在过去的二十多年时间里，数字信号处理已经在通信等领域得到极为广泛的应用。数字信号处理是利用计算机或专用处理设备，以数字形式对信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等处理，以得到符合人们需要的信号形式。数字信号处理是围绕着数字信号处理的理论、实现和应用等几个方面发展起来的。数字信号处理在理论上的发展推动了数字信号处理应用的发展。反过来，数字信号处理的应用又促进了数字信号处理理论的提高。而数字信号处理的实现则是理论和应用之间的桥梁。数字信号处理是以众多学科为理论基础的，它所涉及的围极其广泛。例如，在数学领域，微积分、概率统计、随机过程、数值分析等都是数字信号处理的基本工具，与网络理论、信号与系统、控制论、通信理论、故障诊断等也密切相关。近来新兴的一些学科，如人工智能、模式识别、神经网络等，都与数字信号处理密不可分。可以说，数字信号处理是把许多经典的理论体系作为自己的理论基础，同时又使自己成为一系列新兴学科的理论基础。数字信号处理的实现方法一般有以下几种： (1)在通用的计算机（如PC机）上用软件（如Fortran、C语言）实现； (2) 在通用计算机系统中加上专用的加速处理机实现； (3)用通用的单片机（如MCS-51、96系列等）实现，这种方法可用于一些不太复杂的 数字信号处理，如数字控制等； (4)用通用的可编程DSP芯片实现。与单片机相比，DSP芯片具有更加适合于数字信号 处理的软件和硬件资源，可用于复杂的数字信号处理算法； (5)用专用的DSP芯片实现。在一些特殊的场合，要求的信号处理速度极高，用通用 DSP芯片很难实现，例如专用于FFT、数字滤波、卷积、相关等算法的DSP芯片，这 种芯片将相应的信号处理算法在芯片部用硬件实现，无需进行编程。 在上述几种方法中，第1种方法的缺点是速度较慢，一般可用于DSP算法的模拟；第2种和第5种方法专用性强，应用受到很大的限制，第2种方法也不便于系统的独立运行；第3种方法只适用于实现简单的DSP算法；只有第4种方法才使数字信号处理的应用打开了新的局面。虽然数字信号处理的理论发展迅速，但在20世纪80年代以前，由于实现方法的限制，数字信号处理的理论还得不到广泛的应用。直到20世纪70年代末80年代初世界上第一片单片可编程DSP芯片的诞生，才将理论研究结果广泛应用到低成本的实际系统中，并且推动了新的理论和应用领域的发展。可以毫不夸地说，DSP芯片的诞生及发展对近20年来通信、计算机、控制等领域的技术发展起到十分重要的作用。 DSP系统可以有各种各样的形式。例如，它可以是麦克风输出的语音信号或是线来的已调数据信号，可以是编码后在数字链路上传输或存储在计算机里的摄像机图像信号等。输入信号首先进行带限滤波和抽样，然后进行A/D（Analog to Digital）变换将信号变换成数字比特流。根据奈奎斯特抽样定理，为保证信息不丢失，抽样频率至少必须是输入带限信号最高频率的2倍。DSP芯片的输入是A/D变换后得到的以抽样形式表示的数字信号，DSP芯片对输入的数字信号进行某种形式的处理，如进行一系列的乘累加操作（MAC）。数字处理是DSP的关键，这与其他系统（如交换系统）有很大的不同，在交换系统中，处理器的作用是进行路由选择，它并不对输入数据进行修改。因此虽然两者都是实时系统，但两者的实时约束条件却有很大的不同。最后，经过处理后的数字样值再经D/A（Digital to Analog）变换转换为模拟样值，之后再进行插和平滑滤波就可得到连续的模拟波形。必须指出的是，上面给出的DSP系统模型是一个典型模型，但并不是所有的DSP系统都必须具有模型中的所有部件。如语音识别系统在输出端并不是连续的波形，而是识别结果，如数字、文字等；有些输入信号本身就是数字信号（如CD：Compact Disk），因此就不必进行模数变换了。数字信号处理系统是以数字信号处理为基础，因此具有数字处理的全部优点： (1)接口方便。DSP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， 与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系统中的可编程DSP芯片可使设计人员在开发过程中灵活方便地对 软件进行修改和升级； (3)稳定性好。DSP系统以数字处理为基础，受环境温度以及噪声的影响较小，可靠性 高； (4) 精度高。16位数字系统可以达到 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定的缺点。例如，对于简单的信号处理任务，如与模拟交换线的接口，若采用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技术更新的速度快，数学知识要求多，开发和调试工具还不尽完善。 虽然DSP系统存在着一些缺点，但其突出的优点已经使之在通信、语音、图像、雷达、生物医学、工业控制、仪器仪表等许多领域得到越来越广泛的应用。第一章 DSP技术概述1.1 DSP系统总体设计设计DSP系统之前，首先必须根据应用系统的目标确定系统的性能指标、信号处理的要求，通常可用数据流程框图、数学运算序列、正式的符号或自然语言来描述。第二步是根据系统的要求进行高级语言的模拟。一般来说，为了实现系统的最终目标，需要对输入的信号进行适当的处理，而处理方法的不同会导致不同的系统性能，要得到最佳的系统性能，就必须在这一步确定最佳的处理方法，即数字信号处理的算法，因此这一步也称算法模拟阶段。 (1)具体技术指标主要包括以下容：1）由信号的频率决定的系统的采样频率。2）由采样频率确定完成任务书中最复杂的算法所需的最大时间以及系统对实时程度的要求，判断新帖是否能完成这项工作。3）由数量及程序的长短决定片RAM的容量，是否需要扩展片外RAM及片外RAM的容量。4）由系统所要求的精度决定是16位还是32位，是定点还是浮点运算。5）根据系统是用于计算机还是用于控制，以此决定对输入输出端口的要求。(2)DSP应用系统设计的一般步骤：DSP应用定义系统性能指标选择DSP芯片软件编辑硬件设计软件调试硬件调试系统测试和调试系统集成 图1 DSP系统设计流程图1.2 DSP硬件设计DSP硬件设计包括：硬件方案设计、DSP及周边器件选型、原理图设计、PCB设计及仿真、硬件调试等。（1）、系统框图规划硬件设计的前提需要做的一件事是对整个系统的资源进行规划，最终得到系统的资源分配表，通过资源分配表我们可以清晰地看到程序空间、数据空间、图像输入口等资源的地址。经过对系统资源的规划，我们的硬件设计才能够有整体的规划，不然设计出来的原理图就是非常盲目的“无源之水”。（2）、DSP及周边器件选型 除选择DSP芯片外，一般还要考虑选择A/D、D/A、存、电源、逻辑控制、通信、人机接口、总线等基本部件。（3）、器件的选型原则DSP芯片：根据是用于控制目的还是用于计算目的，选择不同厂家、不同系列、不同工作频率、不同工作电压、不同工作温度以及是采用定点型芯片还是浮点型芯片。A/D转换：根据采样频率、精度确定A/D型号，以及是否要求片上自带采样保持器、多路器、基准电源等。D/A变换：信号频率、精度、是否要求基准电源、多路器、输出运放等。存：存包括RAM、EPROM，在TMS320C6000等产品中还有SDRAM、SBSRAM。主要考虑工作频率、存容量位长、接口方式、工作电压。通信接口：一般DSP系统都要求能与其他系统通信。根据通信的速率决定采用的