信信息息工工程程学学院院 D DS SP P 课课程程设设计计报报告告书书 题目: 基于 TMS320VC5402 的频谱分析系统设计 专 业：电气工程及其自动化 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 2011 年 月 日 精品资料 信息工程学院课程设计任务书 2011 年 月 日 学 号学生姓名专业（班级）电气工程 设计题目 基于 TMS320VC5402 的频谱分析系统设计 设 计 技 术 参 数 频谱分析频率范围：0-32kHz,电源电压：+5V，3.3V,1.8V 设 计 要 求 (1)系统设计中，C5402 完成数据处理，AT89S52 单片机完成控制和显示，绘制出 系统框图（VISIO） （2）包括电源设计，复位电路设计，时钟电路设计，A/D 转换电路设计，电平 转换设计，JTAG 接口设计灯，用 Protel 软件绘制出原理图和 PCB 图； （3）给出程序流程图，设计频谱分析系统软件（C5402 的数据处理软件，单片 机的控制及显示软件） ； （4）通过对系统的全面的分析得出结论（被处理信号的频率范围，采用的信号 处理算法等） ； 工 作 量 字数:6300 图纸：11 张 工 作 计 划 第 8 周：阅读课程设计题，去读书馆借阅或上网收集相关文献资料。仔细阅读收 集来的文献资料，规划出设计的初步方案。 第 9 周：用 VISIO 绘制出是总体设计的系统框图，用 Protel 软件绘制出原理图。 第 10 周:设计频谱分析系统软件，调试运行频谱分析系统，以达到较佳的性能水 平。 参 考 资 料 1刘锋.频谱分析仪中 DSP 结构分析J.中山大学研究生学刊，2006,27（4）： 100-107. 2张雄伟，曹铁勇.DSP 芯片的原理与开发应用M.北京：电子工业出版社， 2003. 3乔瑞萍，催涛，张芳娟.TMS320C54XDSP 原理及应用M.西安：电子科技大学 出版社，2005.2 4高西全，丁玉美.数字信号处理M. 西安：电子科技大学出版社，2008.8 5肖红兵，李冬梅，李晖.TMS320C5402 DSP 在嵌入式测控系统的应用J微计 机信息，2006.3,2:67-69。 指导教师签字 精品资料 信息工程学院课程设计成绩评定表信息工程学院课程设计成绩评定表 学生姓名： 学号： 专业（班级）：电气工程及其自动化 课程设计题目：基于 TMS320VC5402 的频谱分析系统设计 指导教师评语： 成绩： 指导教师： 2011 年 月 日 精品资料 摘摘 要要 频谱分析实质是对信号功率谱的估计，广泛应用于雷达、声纳、通信、地质探测、天 文、生物医学工程等众多领域。在 DSP 芯片出现之前，频谱分析是依靠模拟滤波的方法实 现的，数字信号处理技术的发展为频谱分析提供了新的解决方法。本文设计了一种基于 DSP 的频谱分析系统，该系统以 TI 公司的 DSP 芯片 TMS320VC5402 作为数据处理核心，以 AT89S52 为事务处理核心，组成了具有数据采集、实时数据处理和频谱显示功能的硬件平 台，在此基础上应用 FFT 技术，形成数字化的频谱分析系统。实验结果表明：该系统能对 频率在 032kHz 范围内的信号较好地完成频谱分析。 关键词： TMS320VC5402 单片机 频谱分析 快速傅里叶变换 Abstract Real is the spectrum of the estimated signal power spectrum is widely used in radar, sonar, communications, geological exploration, astronomy, biomedical engineering and other fields. Before the advent of DSP chips in the spectrum analysis method is to rely on implementation of analog filtering, digital signal processing technology for the spectrum analysis provides a new solution. This paper presents a DSP-based spectrum analysis system, the system to TIs DSP chip TMS320VC5402 as a data processing core to AT89S52 for transaction processing core, formed with the data acquisition, real-time data processing and spectral display of the hardware platform, On this basis, the application of FFT techniques, the formation of the digital spectrum analysis system. The results show that: the system can in the frequency range of 0 32kHz signal spectrum analysis done better. Key words: TMS320VC5402 microcontroller FFT spectrum analysis 精品资料 目录 1 任务提出与方案论证6 1.1 任务提出.6 1.2 方案论证.6 2 总体设计7 2.0 系统结构流程图：7 2.1 双 CPU 方案.7 2.2 主从设备接口.8 2.3 软件设计思路10 3 各功能模块设计11 3.1 硬件设计.11 3.1.1TMS320C5402 结构功能：11 3.1.2 电源产生电路设计.12 3.1.3 复位电路设计.12 3.1.4转换设计：13 3.1.5 电平转换电路的设计：14 3.1.6 时钟电路设计：.15 3.1.7JTAG 接口电路设计:15 3.1.8 系统电路.16 3.2 频谱分析系统的软件设计：17 3.2.1 软件设计思路：.17 3.2.2AD 采样：.17 3.2.3FFT 算法过程：17 3.2.4FFT 频谱分析系统原理图：18 4 总结.19 参考文献20 精品资料 1 任务提出与方案论证任务提出与方案论证 1.1 任务提出任务提出 随着社会的进步和科技的发展，频谱分析已成为通信，雷达，遥控，导航领域必不可 少的信号分析，对频谱分析范围、快速性和精确度的要求也越来越高。数字信号处理技术 的飞速发展,DSP 芯片制造技术的不断突破，使得其运算时间变得更短、数据处理量更大成 为可能。同时, PC 计算机强大的图形环境,各种应用软件,我们可以在计算机屏幕上建立自 己的虚拟仪器面板，并由软件完成对仪器的控制、数据分析与显示。鉴于以上因素，基于 TMS320VC5402 的频谱分析系统设计在实际运用中也日益广泛。 1.2 方案论证方案论证 设计了一种实时信号频谱分析系统,该系统以采用 TI 公司推出的一款高性能 TMS320VC5402 芯片作为系统数据处理核心,外扩 14 位高精度 AD 和 DA 等外围电路, 用 FFT 技术对信号频域进行分析。频谱分析的结果可实时显示并上传至上位机。通过对内部 RAM 的分块使用、在 RAM 中运行程序、利用中断实现任务调度等措施对软件进行优化设计,系统 的实时性能良好。 精品资料 2 总体设计总体设计 设计了一种基于 DSP 的频谱分析系统，该系统以 TI 公司的 DSP 芯片 TMS320VC5402 作 为数据处理核心，以 AT89S52 为事务处理核心，组成了具有数据采集、实时数据处理和频 谱显示功能的硬件平台，在此基础上应用 FFT 技术，形成数字化的频谱分析系统。 2.0 系统结构流程图：系统结构流程图： 采用 TI 公司的 DSP 芯片 TMS320VC5402，还有电源芯片 TPS76D318，AD 转换 TLV1544 和 DA 转换 TL7528，电平转换芯片 74LVCl6245A 等构成的频谱分析系统的硬件结构。结构图如 图 1 所示： ADDADSP模拟输出 存储器 模拟输入 电压 变换 CPLD JTAG 图 1 系统结构图 2.1 双双 CPU 方案方案 本系统是基于 TI 公司 16 位定点数字信号处理芯片 TMS320VC5402 的频谱分析系统，其 硬件系统结构图如图 2 所示，它包含 DSP 和单片机两个子系统，右侧实框为 DSP 子系统， 精品资料 用来做数据处理，左侧实框为单片机子系统，用来做事务处理。采取这种双 CPU 方案原因 有二：一、TMS320VC5402 是具有特殊结构的微处理器，具有一系列和数字信号处理相适应 的特点，比如：具有数据总线和程序总线分离的改进型哈佛结构；采用 6 重流水线结构， 可并行处理多条指令；并具有单周期完成乘法的硬件乘法器以及一套适合数字信号处理的 指令集等等；如此这些特点都说明 TMS320VC5402 具有高速的数据运算能力，是运算密集型 的器件；二、单片机强调控制和事务处理功能，是事务密集型的器件。我们正是利用这两 种芯片的不同特点。使其扬长避短，各司其职，高效地完成频谱分析的任务。 TMS320VC5402 子系统作为从设备，完成采样、计算等功能；单片机子系统作为主设备，完 成控制和显示。单片机选择的是 MCS-51 系列的 AT89C51。 电平转换 AD转换 TMS320 VC5402 FLASH 电源、复 位和时钟 显示单片机 图 2 双 CPU 结构图 2.2 主从设备接口主从设备接口 主从设备之间要以一定的方式接口，来进行数据通信。本系统采用的是 DSP 芯片中为 了满足 DSP 与其它的微处理器接口而专门设计的 HPI 接口(HOST PORT INTERFACE，主机接 口 TMS320VC5402 的 HPI 是一个 8 位(HD0HD7)的连接 DSP 与主机设备或主处理器的并行接 口，信息在 TMS320VC5402 与主机间通过 TMS320VC5402 的片内存储器进行交换，整个片内 RAM 都可以作为 HPI 的存储器。HPIA 地址寄存器只能由主机直接访问，存放当前寻址的存 储器的地址；HPlD 数据锁存器只能由主机直接访问，存放当前要写入或读出的数据；HPIC 控制寄存器可以被主机和 C5402 共同访问。HPI 本身的硬件中断逻辑可以完成主从设备之 间的握手，主机通过置 HPIC 中的特定位产生 DSP 中断，同样 DSP 通过 HINT 引脚对主机产 精品资料 生中断 HRDY 引脚用于自动调节主机访问 HPI 的速度，使慢速外部主机与 DSP 能很好地匹配。 由于 DSP 和单片机之间的电平不匹配，故需要进行接口电路的电平转换，如果引脚数量少， 可以直接用三极管电阻来转换，本系统中由于涉及到的引脚较多，所以选用 PHILIP 公司出 品的 74LVCl6245A 芯片来进行电 f 转换。74LVCl6245A 是一个 T 作电压在 27 伏到 36 伏的双向收发器，可以用做两个八位的或是一个十六位的收发器，它可以接收高达 55V 的高电平，而输出的高电平可以达到 33V 左右，正适合 TMS320VC5402 与 33V 左右，正 适合 TMS320VC5402 与 AT89C51 之间的电平转换。本系统 TMS320VC5402 与 AT89C51 之间通 过 74LV13 AD 转换因为 TMS320VC5402 内部没有集成 A