DSP原理与运动控制系统第一章DSP概述?第一节 什么是DSP？?第二节 DSP芯片的特征?第三节DSP芯片的发展?第四节TI公司DSP芯片的简介第一节 什么是第一节 什么是DSP？?模拟信号（模拟信号（Analog Signals）：）：在时域中，时间和幅 值连续变化的信号，例如：声音、温度、压力等等?数字信号（数字信号（Digital Signals）：）：对模拟信号按一定的 时间间隔进行采样，并将采样值进行量化，也即时间 和幅值均为离散的信号?数字信号处理（数字信号处理（Digital Signal Processing）：）：用数 学方法对上述的数字信号进行处理，对信号进行变化 或提取相应的信息?实时处理（实时处理（Real-Time）：）：数字信号处理与信号的输 入和输出保持同步?非实时处理（非实时处理（Non Real-Time）：）：先对信号进行采样 并存储，然后再对其进行处理数字信号处理（数字信号处理（Digital Signal Processing）：）： 用数学方法处理数字化了的模拟信号?数字信号处理的特点： ?AiXi：乘加操作 ?高速实时：快速运算分析 数字信号处理器（数字信号处理器（Digital Signal Processor）：）：用于实时完成上述数字信号处理的微处理器 DSP：特指数字信号处理器器模拟信号 量化采样数字信号 数字信 号处理实时处理非实时处理数字信号处理器数字信号处理(Digital signal processing)第二节第二节 DSP芯片的特征1 硬件结构特点 2 软件特点硬件结构的特点?多总线：片内多条数据、地址和控制总线?流水线执行：多个控制和运算部件并行工作?硬件乘法器?特殊片上外设： ?软件插入等待电路（便于与慢速设备接口） ?数字锁相电路PLL（有利系统稳定）?丰富片上存储器类型：RAM、ROM、Flash等?丰富片上外部：定时器、异步串口、同步串口、DMA 控制器、HPI接口、A/D和通用I/O口等?JTAG（Joint Test Action Group）标准测试接口（IEEE 1149标准接口）:便于对DSP作片上的在线仿真软件的特点?特殊指令： ?MAC（连乘加指令，单周期同时完 成乘法和加法运算）?特殊寻址方式： ?位倒序寻址（实现FFT快速倒序） ?循环寻址第三节DSP芯片的发展?世界上第一个单片 DSP 芯片：1978年 AMI公司发布的 S2811（内部都没有单周期乘法器）。1980 年，日本 NEC 公司：P D7720是第一个具有乘法器的商用 DSP 芯片。?最成功的DSP 芯片：TI 公司在1982年成功推出其第一 代 DSP 芯片 TMS32010系列。第二代DSP芯片 TMS32020，第三代DSP芯片TMS320C30，第四代DSP 芯片TMS320C40/C44，第五代 DSP 芯片 TMS320C5X/C54X，第二代DSP芯片的改进型 TMS320C2XX，集多片DSP芯片于一体的高性能DSP 芯片TMS320C8X以及目前速度最快的第六代DSP芯片 TMS320C62X/C67X等。?TI将常用的DSP芯片归纳为三大系列，即： TMS320C2000系列（包括TMS320C2X/C2XX）、 TMS320C5000系列（包括TMS320C5X/C54X/C55X）、 TMS320C6000系列（TMS320C62X/C67X）。TI公司 DSP市场份额占全世界份额近 50。?第一个采用CMOS工艺的浮点DSP： Hitachi 公司于 1982年推出。1983 年 Fujitsu 公司推出的MB8764，其 指令周期为 120ns，且具有双内部总线，从而使处理吞 吐量发生了一个大的飞跃。而第一个高性能浮点DSP 芯片应是 AT /* WR- */ 输出输出?!Ramoe, /* SRAM Ouput Enable */?!Buffen; /* I/O Buffer Enable */?!Ramwe, /* SRAM Write Enable */?!Dac, /* DAC Register Write */?!Xfer, /* DAC Output Transfer */?!Leds, /* LED Write Strobe */?!Switches; /* Switch Read Strobe */?/* Define Address Ranges */?#define DAC ( Is ?Ramwe = ( Ds | Ps ) ?Dac = ( DAC ?Xfer = ( XFER ?Switches = ( SWITCHES ?Leds = ( LEDS ?Buffen = ( DAC | LEDS | SWITCHES ) 等待状态控制寄存器?PSWS DSWS ISWS ：加入07个等待状态?BVIS：内部总线操作是否对外部可视 00 01 ：不可视；10：内部数据空间操作外部可视；11：内部程序空间操作外部可视；第二节系统中断?2.1 中断结构?2.2 中断优先级和中断向量表?2.3中断控制寄存器?2.4中断响应流程2.1中断结构?两级中断：内核中断和外设中断?两种类型中断：不可屏蔽中断（RS， NMI），可屏蔽中断（外部中断以及其它 外设中断等）?中断管理：外设级管理和CPU级管理?中断响应/确认硬件和中断服务软件均有 两级级连中断级联结构中断申请流程2.2中断优先级和中断向量表?内核中断：复位中断（RS）、不可屏蔽 中断（NMI）、INT1INT6，优先级顺 序固定。?外部中断：外部引脚事件、SPI、SCI、 ADC、CAN连接INT1、5、6；事件管理 器连接INT2、3、4。优先级顺序可编程。2.3中断控制寄存器?CPU中断控制寄存器 1 中断标志寄存器IFR标志位清除方式：写1、中断确认、系统复位（INTR指令产生的中断标志必须由软件清除）?2中断屏蔽寄存器IMR外设中断寄存器?外设中断矢量寄存器PIVR?外设中断请求寄存器PIRQR0,1,2?外设中断确认寄存器PIACKR0.1.2（仅做 测试用）备注说明?复位中断触发条件：外部复位引脚和看 门狗定时器溢出?不可屏蔽中断：非法地址访问，察看状 态SCSR1.0位（只能软件清除）?外部事件中断控制寄存器XINT1,2CR：中断响应流程?硬件响应流程：外设中断事件外设中断标志置位 外设中断请求置位INTXCPU中断申请-CPU中断标 志置位CPU确认中断清除外设和CPU中断请求加 载外设中断矢量响应中断。?软件响应流程：取INTX矢量地址进入通用中断服务程 序GISR现场保护读外设中断矢量寄存器PIVR确 认非伪中断进入专用中断服务例程SISR清除外设 中断符号位和INTM位中断响应恢复现场中断退 出例程说明第三节程序控制?1 程序地址产生：PC STACK MSTACK?2 流水线操作?3转移、调用和返回1 程序地址产生?硬件机构：16位程序计数器PC、驱动程序地址总线PAB 的程序地址寄存器PAR、8级16位宽度堆栈STACK、1级 16位微堆栈MSTACK、重复计数器RPTC?操作功能：顺序操作、空周期、子程序调用/跳转/返回、 表移动或块移动返回、中断调用/返回、计算转移?备注： 堆栈：可用于保存地址或数据（POP/PUSH, POPD/PUSHD) 微堆栈：用于数据或表格重复移动时存储下一条指令的地址对外不可见2流水线操作?四级流水线?取指、译码、取操作数、指令执行同步 执行?两段静态执行逻辑：执行换相和锁存结 果3 转移、调用和返回?无条件：转移B, BACC；调用CALL, CALA；返回RET；?有条件：转移BCND,BANZ（当前AR内 容不为0）；调用CC；返回RETC；?多条件判断：使用两个或三个条件；?重复单条指令：RPT单条指令执行N +1次；第四节时钟域和节电模式?4.1 锁相环?4.2 看门狗?4.3 节电模式4.1锁相环?引脚： 时钟输入：XTAL1/CLKIN XTAL2 时钟输出：CLKOUT/IOPE0(SCSR1.14控制) 滤波回路：PLLF PLLF2 供电：PLLVccA Vss?控制：SCSR1.911 0.54倍频4.2 看门狗?特点： 1) 8位WD计数器溢出时产生系统复位； 2) 计数器的时钟由预标定因子选择6种； 3) WD键寄存器清除WD计数器； 4) 不正确的WD检查位会产生系统复位； 5) WD计数器在系统复位后自动启动； 6) 保证系统崩溃或看门狗自身故障时产生可靠的系统复位；?看门狗时钟：CLKOUT/512?预标定因子：WDCR.02选择264分频 （3.28ms209.7ms/40MHz）?看门狗复位条件：WDCNTR溢出；不正确的 WD键寄存器写入（非55h, AAh顺序或值）； WD检验位出错（非101）。?看门狗清除条件：先向WD键寄存器写入55， 再写入AAh。?控制寄存器8位宽度，16位读写方式。?在实时监控模式下，看门狗时钟被禁止。?DSP复位上电后，看门狗将自动启动，通常需 要软件在初始化时处理。看门狗寄存器?WD计数器?WD键寄存器?WD控制寄存器4.3节电模式?时钟域：两个，CPU时钟（用于CPU逻辑）和系统时钟 （包括外设时钟和CPU中断逻辑时钟）?节电模式描述（相应的唤醒外设中断必须使能，并保 持足够的有效时间）第四章TMS320X240X的片上外设?4.1 数字I/O模块?4.2 A/D转换器?4.3 事件管理器4.1 数字I/O模块1 概述?41个通用、双向的数字I/O引脚?具备基本功能可编程和一般的I/O复用能力?功能选择：3个控制寄存器MCRA,B,C决定?I/O行为控制：6个数据和方向控制寄存器 PA(B,C,D,E,F)DATDIR决定?输出能力： GROUP1(PWM16, T1(2)PWM, CAP16, TCLKINA, IOPF6, IOPC1, XF, A015):+/-2mA；GROUP2(PS/DS/IS,CAN,SPI,T3(4)PWM,PWM712): +/-4mA；GROUP3(TDIRA(B),SCIXINT1(2),TCLKINB,CLKOUT): +/-8mA；2 I/O复用输出控制寄存器?MCRA-7090h?MCRB-7092h?MCRC-7094h?尽量不要改变保留位的值，以免产生不可预测的结果?I/O端口的功能是可以动态改变的3 I/O数据和方向寄存器?PADATDAR-7098h：A端口?PBDATDAR-709Ah：B端口?PADATDAR-709Ch ：C端口?PADATDAR-709Eh ：D端口?PADATDAR-7095h ：E端口?PADATDAR-7096h ：F端口4.2 A/D转换器?带内置可编程时间窗口采样保持器的16通道10位ADC；?转换时钟最快30MHz，精度/-2LSB（差分和积分非线性误差）?可编程16通道自动排序、自动转换；?两个独立的最多可选择8个转换通道的排序器（SEQ1和SEQ2）可 独立工作为双8位模式或级链的单16位模式；?通道转换顺序可编程；?可单独访问的16个转换结果寄存器；?多种AD转换触发事件：软件立即启动、事件管理器EVA/EVB、外 部引脚；?灵活的中断控制允许单序列或间隔序列转换完成后申请中断?启动/停止模式允许多个按时间排序的触发转换事件同步转换；?EVA和EVB可分别独立触发两个排序器；?内置的校验模式和自测试模式；1 排序器工作原理概述?硬件机构： 通道选择状态器（Ch Sel)：用于存放需要转换的模拟输入通道号；状态指针：指示当前已经转换完成的状态号，选择转换结果通道； 转换计数器：由最大转换通道数加载（MAX CONV1+1)，减计数；?工作机制：通过通道选择状态器和状态指针管理两个 多路开