本科畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書題目 基于DSP的帶阻濾波器設(shè)計 專業(yè) 電子信息工程 學號 姓名 主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等：一 主要內(nèi)容工頻干擾是工業(yè)現(xiàn)場的常見干擾源，它的存在對工業(yè)現(xiàn)場小信號的提取造成了較大的困難，課題要求采用DSP設(shè)計一個通用，濾波參數(shù)可以調(diào)節(jié)的帶阻式濾波器，以滿足對工業(yè)現(xiàn)場小信號提取的要求。二 基本要求1 學習濾波器的工作原理。2 學習DSP的相關(guān)知識。3 選取適合的DSP處理器，設(shè)計硬件電路。4 編寫程序?qū)崿F(xiàn)帶阻濾波器。5 設(shè)計人機交互接口。6 要求能夠方便地修改濾波參數(shù)。7 要求設(shè)計硬件原理圖。8 編寫相關(guān)程序編譯仿真通過。9 如果進度可行，試制實際電路系統(tǒng)。10 畢業(yè)設(shè)計完成后，要求提交論文，包括詳細的設(shè)計說明、圖紙等技術(shù)資料。11 翻譯英文資料一份。三 主要參考資料1 DSP處理器及應(yīng)用，鄒彥2 數(shù)字信號處理，（美）海因斯（Hayes，M.H.），20023 有源濾波器精確設(shè)計手冊，（美）D.E.約翰遜 ，19844 高性能數(shù)字信號處理器與高速實時信號處理，蘇濤等編著 ，1999完 成 期 限： 2012.02.132012.06.01 指導教師簽章： 專業(yè)負責人簽章： 2012 年 2 月 13 日基于DSP的帶阻濾波器設(shè)計基于DSP的帶阻濾波器設(shè)計摘 要在工業(yè)現(xiàn)場信號處理的過程中，有來自外界的各種噪聲干擾，其中尤以工頻干擾是最常見的干擾源。當被檢測的信號比較弱，并且頻率也比較接近50Hz時，工頻對被測信號的干擾就越加突出，對工業(yè)現(xiàn)場小信號的提取造成了很大的困難。課題擬利用數(shù)字濾波器去除工業(yè)現(xiàn)場小信號中工頻干擾的影響。 首先依據(jù)工業(yè)現(xiàn)場信號的特點，采用MATLAB仿真計算帶阻濾波器的性能指標，得到能滿足現(xiàn)場提取信號要求的濾波器系數(shù)表。之后依據(jù)估計運算量選擇相應(yīng)的DSP處理器芯片，并根據(jù)轉(zhuǎn)換精度來選擇A/D與D/A轉(zhuǎn)換器芯片，以及由于處理器內(nèi)存不足進行FLASH、SRAM與PRAM的外部存儲器擴展來設(shè)計一個DSP應(yīng)用系統(tǒng)，并設(shè)定其中參數(shù)。最后在CCS開發(fā)環(huán)境下用軟件編寫程序來實現(xiàn)本課題中所需設(shè)計的帶阻濾波器。關(guān)鍵詞 帶阻濾波器 工頻干擾 DSP TMS320VC5402BASED-ON DSP DESIGN OF BAND-STOP FILTER ABSTRACTIn the industrial field of signal processing, there are all kinds of noise from outside, especially in the frequency interference is the most common sources of interference. When the detection signal is relatively weak, and the frequency close to 50Hz, the frequency the more prominent of the measured signal interference and caused great difficulties to the small-signal extraction of the industrial field. The subject intends to take advantage of the digital filter to remove the impact of the industrial field signal frequency interference.Firstly, on the basis of industry scene signal characteristics, using MATLAB simulation of the band-stop filter performance index can meet the requirements of the scene of the signal filter coefficient table. Then, based on the estimated operation corresponding to the selected DSP processor chip, and according to the conversion accuracy to choose A/D and D/A converter chip, and because the processor memory for FLASH, SRAM and PRAM external memory expansion to design a DSP application system, and set the parameters of them. Finally, in the CCS development environment to use software programming to achieve the required design of band-stop filter.KEY WORDS Band-stop filters Frequency interference DSP TMS320VC540246基于DSP的帶阻濾波器設(shè)計目 錄摘要IABSTRACTII1 緒論11.1 課題背景11.2 研究意義21.3 主要研究內(nèi)容22 DSP數(shù)字濾波器關(guān)鍵指標分析與方案設(shè)計43 DSP系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計73.1 DSP與A/D和D/A轉(zhuǎn)換器的接口73.1.1 DSP與A/D轉(zhuǎn)換器的接口73.1.2 DSP與D/A轉(zhuǎn)換器的接口93.2 DSP存儲器的擴展113.2.1 FLASH的擴展113.2.2 SRAM的擴展123.2.3 PRAM的擴展133.3 DSP系統(tǒng)的外圍電路設(shè)計143.3.1 電源電路的設(shè)計143.3.2 復位電路的設(shè)計163.3.3 時鐘電路的設(shè)計173.4 JTAG仿真接口電路的設(shè)計194 帶阻濾波器的DSP實現(xiàn)224.1 FFT/IFFT算法程序及應(yīng)用22基于DSP的帶阻濾波器設(shè)計4.1.1 FFT設(shè)計方法224.1.2 FFT算法的實現(xiàn)234.2 CCS開發(fā)環(huán)境244.3 帶阻濾波器的軟件設(shè)計264.3.1 帶阻濾波器的程序流程264.3.2 帶阻濾波器的實現(xiàn)28結(jié)束語30致謝31參考文獻32附錄33基于DSP的帶阻濾波器設(shè)計1 緒論1.1 課題背景目前，各種干擾在各類工業(yè)現(xiàn)場中均存在，所以儀表及控制系統(tǒng)的可靠性直接影響到現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)裝置安全、穩(wěn)定運行，系統(tǒng)的抗干擾能力是關(guān)系到整個系統(tǒng)可靠運行的關(guān)鍵。并且工頻干擾廣泛存在各種工業(yè)現(xiàn)場中，其產(chǎn)生的途徑主要包括輸電饋線、照明設(shè)備、發(fā)動機以及各種電子儀器設(shè)備等，工頻干擾的存在對于工業(yè)現(xiàn)場中小信號的提取造成了較大的困難。也就是說當我們在工業(yè)現(xiàn)場中提取有用信號時，如果此信號比較弱，頻率比較接近50Hz時，工頻干擾就越加突出，那么它對于我們提取有用信號就會造成很大困難，致使我們可能很艱難地做一些工業(yè)現(xiàn)場中與此有關(guān)的操作，這也會給我們造成很大的麻煩和損失。因此，我們要設(shè)計數(shù)字濾波器來濾除此工頻干擾，來解決它在工業(yè)現(xiàn)場中造成的困難。并且數(shù)字濾波技術(shù)也是進行數(shù)字信號處理的最基本手段之一，它是對數(shù)字輸人信號進行運算，產(chǎn)生數(shù)字輸出信號，以改善信號品質(zhì)、提取有用信息、或者把組合在一起的多個信號分量分離開來為目的。在信號處理領(lǐng)域中，對于信號處理的實時性、快速性的要求越來越高。因此，在許多信息處理過程中，如對信號的過濾、檢測、預測等，都要廣泛地用到濾波器。其中數(shù)字濾波器具有穩(wěn)定性高、精度高、設(shè)計靈活、實現(xiàn)方便等許多突出的優(yōu)點，避免了模擬濾波器所無法克服的電壓漂移、溫度漂移和噪聲等問題。因而隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，用數(shù)字技術(shù)實現(xiàn)濾波器的功能越來越受到人們的注意和廣泛的應(yīng)用。數(shù)字濾波器的實現(xiàn)方法大致可以分為三種：利用單片通用數(shù)字濾波器集成電路、DSP器件和可編程邏輯器件來實現(xiàn)。單片通用數(shù)字濾波器使用方便，但是由于字長和階數(shù)的規(guī)格較少，不能完全滿足實際需要。使用以串行運算為主的通用DSP芯片實現(xiàn)要簡單，它是一種實時、快速、適合于實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理運算的微處理器，借助于通用數(shù)字計算機，按濾波器的設(shè)計算法編出程序進行數(shù)字濾波。由于它具有豐富的硬件資源、改進的哈佛結(jié)構(gòu)、高速數(shù)據(jù)處理能力和強大的指令系統(tǒng)，使得它在通信、航空、航天、雷達、工業(yè)控制、網(wǎng)絡(luò)及家用電器等各個領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。用可編程DSP芯片實現(xiàn)數(shù)字濾波時，可通過修改濾波器的參數(shù)十分方便地改變?yōu)V波器的特性。因此，我們有必要對濾波器的設(shè)計方法進行研究，理解其工作原理，優(yōu)化其設(shè)計方法，并設(shè)計開發(fā)出穩(wěn)定性好的濾波器系統(tǒng)。我們將通過DSP設(shè)計平臺，實現(xiàn)較為重要的數(shù)字濾波器系統(tǒng)，從而通過本課題的研究，掌握濾波器的設(shè)計技術(shù)，為通信、信號處理等領(lǐng)域?qū)嵱没瘮?shù)字濾波器的設(shè)計提供技術(shù)基礎(chǔ)。本課題的研究，也將為今后設(shè)計以DSP芯片為核心部件的嵌入式系統(tǒng)提供技術(shù)基礎(chǔ)，這不僅具有重要的理論意義，同時還具有重要的實際意義。1.2 研究意義隨著信息時代和數(shù)字世界的到來，數(shù)字信號處理已經(jīng)成為當今一門極其重要的學科。數(shù)字信號處理(DSP)包括兩重含義：數(shù)字信號處理技術(shù)(Digital Signal Processing)和數(shù)字信號處理器(Digital Signal Processor)。數(shù)字信號處理是利用計算機或?qū)Ｓ锰幚碓O(shè)備，以數(shù)值計算的方法，對信號進行采集、濾波、增強、壓縮、估值和識別等加工處理，借以達到提取信息和便于應(yīng)用的目的，數(shù)字信號處理主要是研究有關(guān)數(shù)字濾波技術(shù)、離散變換快速算法和譜分析方法。作為數(shù)字信息處理分支之一的數(shù)字濾波器，也受到了人們越來越多的關(guān)注，它是通信、語言、圖像、自動控制、雷達、航空航天、生物醫(yī)學信號處理等領(lǐng)域中的一種基本處理部件，具有穩(wěn)定性好、精度高、靈活性大等突出優(yōu)點。在數(shù)字信號處理的應(yīng)用中，數(shù)字濾波器很重要并且得到了廣泛的應(yīng)用。按照數(shù)字濾波器的特性，它可以被分為線性與非線性、時變與時不變、因果與非因果、無限長單位脈沖響應(yīng)(IIR)與有限長單位脈沖響應(yīng)(FIR)等等。IIR濾波器的特征是具有無限持續(xù)時間沖激響應(yīng)，這種濾波器一般需要用遞歸模型來實現(xiàn)，因而有時也稱之為遞歸濾波器；而FIR濾波器的時間沖激響應(yīng)只能延續(xù)一定時間，在工程實際中可以采用遞歸的方式實現(xiàn)，也可以采用非遞歸的方式實現(xiàn)，但其結(jié)構(gòu)主要還是非遞歸結(jié)構(gòu)，并且FIR濾波器很容易獲得嚴格的線性相位特性，避免被處理信號產(chǎn)生相位失真，而其線性相位體現(xiàn)在時域中僅僅是在時間上的延遲，這個特點在圖像信號處理、數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔ㄐ蝹鬟f系統(tǒng)中是非常重要的。相對于IIR濾波器，F(xiàn)IR濾波器有著易于實現(xiàn)和系統(tǒng)絕對穩(wěn)定的優(yōu)勢，因此得到了廣泛的應(yīng)用。 1.3 主要研究內(nèi)容由于在上節(jié)已說過，工頻干擾是工業(yè)現(xiàn)場中的常見干擾源，它的存在對于工業(yè)現(xiàn)場中小信號的提取造成了較大的困難，那么本課題需采用TMS320VC5402 DSP芯片設(shè)計一個通用且濾波參數(shù)可以調(diào)節(jié)的帶阻式濾波器系統(tǒng)，如有限長單位脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器，以滿足對工業(yè)現(xiàn)場中小信號提取的要求。本次課題的主要任務(wù)，就是用MATLAB中的窗函數(shù)設(shè)計法來確定所要設(shè)計的帶阻濾波器的指標和性能以及掌握DSP芯片的開發(fā)技術(shù)，需要完成如下工作。(1) 用MATLAB中的窗函數(shù)設(shè)計法來實現(xiàn)FIR帶阻濾波器：通過調(diào)用MATLAB中的窗口函數(shù)，來截取帶阻濾波器原型，以此來確定所要設(shè)計的帶阻濾波器的性能指標，其性能指標如下：帶阻濾波器：下通帶邊緣：，上通帶邊緣：，；下阻帶邊緣：，上阻帶邊緣：，。(2) 用時間抽取法實現(xiàn)FFT/IFFT算法：通過此算法，對信號進行頻域分析、頻域處理。(3) 研究DSP的結(jié)構(gòu)特點：了解TI公司的TMS320VC5402 DSP芯片，掌握DSP系統(tǒng)的構(gòu)成及軟硬件的設(shè)計方法和CCS軟件的調(diào)試方法；并以TI公司的TMS320VC5402 DSP芯片為核心處理器，在DSK上實現(xiàn)所要設(shè)計的FIR帶阻濾波器系統(tǒng)。本論文共分為四個部分，第一章為緒論部分，介紹了課題背景、DSP及其濾波器的發(fā)展現(xiàn)狀；第二章介紹了DSP系統(tǒng)的框圖設(shè)計以及DSP芯片的選擇；第三章詳細介紹了DSP系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計，說明了DSP系統(tǒng)有哪幾部分組成；第四章詳細介紹了課題中所要設(shè)計的帶阻濾波器的軟件實現(xiàn)方法。其中，三、四章是本論文的核心部分。2 DSP數(shù)字濾波器關(guān)鍵指標分析與方案設(shè)計一個典型的 DSP 系統(tǒng)框圖如圖2-1所示。由于DSP芯片是對數(shù)字信號進行處理的，所以應(yīng)先對輸入的模擬信號進行調(diào)整，之后再讓輸出的模擬信號經(jīng)過A/D變換后變成DSP芯片可以處理的數(shù)字信號，然后輸入DSP芯片，DSP芯片根據(jù)實際需要對其進行相應(yīng)的處理，處理得到的結(jié)果仍然是數(shù)字信號，可以直接通過相應(yīng)的通信接口將它傳輸出去，或者對它進行D/A變換將其轉(zhuǎn)換為模擬采樣值，最后再經(jīng)過內(nèi)插和平滑濾波就得到了連續(xù)的模擬信號。當然，圖中的有些環(huán)節(jié)并不是必需的，如A/D轉(zhuǎn)換，如果輸入的就是數(shù)字信號，那么就可以直接交給DSP芯片進行處理。防混疊濾波A/D轉(zhuǎn)換DSP芯片D/A轉(zhuǎn)換平滑濾波輸入輸出圖2-1 典型的DSP系統(tǒng)框圖由于DSP系統(tǒng)是以數(shù)字信號處理理論為基礎(chǔ)的，所以其具有數(shù)字信號處理器的優(yōu)點：l 接口方便，DSP 系統(tǒng)與其它以數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)或設(shè)備都是相互兼容的，比模擬系統(tǒng)與這些系統(tǒng)接口要容易的多。l 編程方便，DSP 系統(tǒng)中的可編程DSP芯片可以使設(shè)計人員在開發(fā)過程中靈活方便的進行修改和升級，并且還可以將C語言與匯編語言結(jié)合使用。l 具有高速性，DSP系統(tǒng)的運行速度較高，最新的DSP芯片運行速度高達10GMIPS以上。l 穩(wěn)定性好，DSP 系統(tǒng)以數(shù)字處理為基礎(chǔ)，受周圍環(huán)境如噪聲、溫度等的影響小，所以其可靠性高、穩(wěn)定性好。l 精度高，如16位數(shù)字系統(tǒng)可以達到10-5的精度。l 可重復性好，模擬系統(tǒng)的性能受元件參數(shù)性能的變化影響大，而數(shù)字系統(tǒng)基本不受影響，更便于測試、調(diào)試和大規(guī)模生產(chǎn)。l 集成方便，DSP系統(tǒng)中的數(shù)字部件有高度的規(guī)范性，便于大規(guī)模生產(chǎn)。當然，DSP系統(tǒng)也存在一些缺點，例如對于一些簡單的信號處理任務(wù)，若采用DSP芯片則使成本增加；另外，DSP 系統(tǒng)中的高速時鐘通常在幾十兆赫，可能帶來高頻干擾和電磁泄漏等問題；此外，DSP技術(shù)發(fā)展得很快，但是開發(fā)和調(diào)試工具還很不完善。雖然DSP系統(tǒng)存在這些缺點，但是隨著近兩年來 DSP 技術(shù)突飛猛進的發(fā)展，很多問題都得到了緩解。一般來說，DSP系統(tǒng)的設(shè)計過程應(yīng)遵循一定的設(shè)計流程如圖2-2所示。DSP應(yīng)用定義系統(tǒng)性能指標硬件調(diào)試選擇DSP芯片軟件編程硬件設(shè)計系統(tǒng)集成軟件調(diào)試系統(tǒng)測試和調(diào)試圖2-2 DSP系統(tǒng)的基本設(shè)計流程基于第一章所述，工頻干擾是工業(yè)現(xiàn)場中的常見干擾源，它的存在對于工業(yè)現(xiàn)場中小信號的提取造成了較大的困難，因此課題要求采用DSP芯片設(shè)計一個通用且濾波參數(shù)可以調(diào)節(jié)的帶阻式濾波器，以滿足對于工業(yè)現(xiàn)場中小信號提取的要求。并且所設(shè)計的帶阻濾波器的性能指標為下通帶邊緣：，上通帶邊緣：，；下阻帶邊緣：，上阻帶邊緣：，；采樣頻率：；點數(shù)：。TI公司的2000系列和5000系列的DSP芯片都是通用型的芯片，但考慮到2000系列的DSP芯片大多用于控制方面，5000系列的DSP芯片較2000系列的DSP芯片具有更高的時鐘頻率、更加強大的運算功能和更低的價格。并且5000系列的DSP芯片具有靈活的指令系統(tǒng)和操作性能，又采用改進的哈佛結(jié)構(gòu)，計算和處理速度很高，系統(tǒng)單指令周期可達到10ns。并且TMS320VC5402 DSP芯片是一種特殊結(jié)構(gòu)的微處理器，為了快速地實現(xiàn)數(shù)字信號處理運算，采用了流水線指令執(zhí)行結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的并行處理結(jié)構(gòu)，可在一個周期內(nèi)對數(shù)據(jù)進行高速的算術(shù)運算和邏輯運算，TMS320VC5402 DSP芯片還提供了McBSP串口和DAM數(shù)據(jù)傳送方式極大地方便了它在通信領(lǐng)域的應(yīng)用和開發(fā)。所以在數(shù)字濾波器系統(tǒng)的設(shè)計中，采用了TI公司的這款高性能、低功耗的定點DSP芯片: TMS320VC5402 DSP芯片。該DSP芯片具有較快的運行速度，并且采用了低功耗的設(shè)計方式：內(nèi)核電壓為1.8V，I/O電壓為3.3 V。數(shù)字濾波器系統(tǒng)的具體框圖如圖2-3所示。TMS320VC5402FLASHSRAMPRAMJTAGADCDAC復位時鐘電源圖2-3 數(shù)字濾波器系統(tǒng)的框圖通常的設(shè)計中會采用5V供電且并行的ADC(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)和DAC(數(shù)模轉(zhuǎn)換器)芯片與DSP芯片連接，那么傳輸數(shù)據(jù)過程中會占用總線的時間，并且需要采用多片電平轉(zhuǎn)換器件將5V電平轉(zhuǎn)換為3.3V的邏輯電平。但考慮到TMS320VC5402 DSP芯片的片上包含兩個McBSP(多通道緩沖串行口)接口，可以將這兩個通道模仿實現(xiàn)SPI的時序，那么ADC芯片可采用TLV2544，實現(xiàn)將需要的濾波信號從模擬信號轉(zhuǎn)換到數(shù)字信號；DAC芯片可采用TLV5608，實現(xiàn)濾波后的信號從數(shù)字信號恢復為所需要的模擬信號；JTAG接口供DSP芯片下載程序進行調(diào)試。 3 DSP系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計基于第一章和第二章所述，可知所要設(shè)計的帶阻濾波器的性能指標為下通帶邊緣：，上通帶邊緣：，；下阻帶邊緣：，上阻帶邊緣：，；采樣頻率：。指標已確定，以下應(yīng)該先設(shè)計DSP系統(tǒng)的硬件電路，DSP系統(tǒng)的硬件設(shè)計又稱為目標板設(shè)計，是在考慮算法需求、成本、體積和功耗核算的基礎(chǔ)上完成的，主要包括DSP芯片及DSP基本系統(tǒng)、存儲器、數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、控制接口和電源處理等。那么我們就基于此來設(shè)計DSP系統(tǒng)。3.1 DSP與A/D和D/A轉(zhuǎn)換器的接口在由DSP芯片組成的信號處理系統(tǒng)中，A/D和D/A轉(zhuǎn)換器是非常重要的器件。首先輸入信號經(jīng)過濾波，然后進行A/D轉(zhuǎn)換將模擬信號變換成數(shù)字信號，再由DSP芯片對數(shù)字信號進行某種形式的處理，如進行一系列的乘法-累加運算。經(jīng)過處理后的數(shù)字信號由D/A轉(zhuǎn)換器變換成模擬信號，之后再進行平滑濾波，得到連續(xù)的模擬波形。從上述的信號處理過程可以看出A/D和D/A轉(zhuǎn)換器的作用。本節(jié)主要介紹DSP與A/D和D/A轉(zhuǎn)換器的接口電路。3.1.1 DSP與A/D轉(zhuǎn)換器的接口模擬信號的采集過程是將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，從而進行數(shù)字信號的處理。這要用到A/D轉(zhuǎn)換器，它對數(shù)字信號處理系統(tǒng)的設(shè)計和技術(shù)指標的保證起著重要作用?；诓煌膽?yīng)用，可選用不同性能指標和價位的芯片。對于A/D轉(zhuǎn)換器的選擇，主要考慮以下幾方面的因素。l 采樣頻率。一般系統(tǒng)處理的信號是數(shù)字信號，而輸入的信號大多是模擬信號，那么就要對輸入的模擬信號進行抽樣，來轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。這就要先確定采樣頻率，之后根據(jù)此采樣頻率來選擇所要用到的A/D轉(zhuǎn)換器。l 轉(zhuǎn)換精度。一般系統(tǒng)要求對信號做一些處理，如FFT變換。因為DSP芯片的數(shù)據(jù)是16位，所以最理想的精度為12位，留出四位做算法的溢出保護位。l 轉(zhuǎn)換時間。DSP的指令周期為ns級，運算速度極快，能進行信號的實時處理。為了體現(xiàn)它的優(yōu)勢，其外圍設(shè)備的數(shù)據(jù)處理速度就要滿足DSP的要求。同時，轉(zhuǎn)換時間也決定了它對信號的處理能力。l 器件價格。轉(zhuǎn)換器的價格也是選擇A/D的一個重要因素。鑒于以上因素，所設(shè)計的系統(tǒng)的采樣頻率為10KHz，用到的DSP芯片為TMS320VC5402，為16位數(shù)據(jù)。而TI公司生產(chǎn)的TLV2544芯片，它是一種高性能、低功耗、高速(3.6s)、12位四通道串行CMOS模數(shù)轉(zhuǎn)換器，并且最高采樣速率為200KSPS，采用2.75.5V單電源工作，能夠進行信號的實時抽樣處理，其滿足系統(tǒng)的要求，所以在DSP與A/D轉(zhuǎn)換器的接口電路中選擇了TI公司的TLV2544芯片。并且該芯片為用戶提供了三個輸入端(片選、串行時鐘SCLK和串行數(shù)據(jù)輸入SDI)和一個三態(tài)輸出端(串行數(shù)據(jù)輸出SDO)的串行端口，可為流行的微處理器SPI串行端口提供了方便的4線接口。當與DSP芯片連接時，可用一個幀同步信號FS來控制一個串行數(shù)據(jù)幀的開始。TLV2544器件除了具有高速模數(shù)轉(zhuǎn)換和多種控制功能外，還具有片內(nèi)模數(shù)多路選擇器，可選擇任意通道模擬電壓作為外部模擬輸入，也可從三個內(nèi)部自測試電壓中任選一個作為輸入。TLV2544設(shè)有內(nèi)置轉(zhuǎn)換時鐘 (OSC)和電壓基準，可以采用外部SCLK作為轉(zhuǎn)換時鐘源以獲得更高的轉(zhuǎn)換速度，并有兩種不同的內(nèi)部基準電壓可供選擇。TLV2544工作周期的開始有兩種模式：一種是不使用FS模式(在的下降沿，F(xiàn)S=1)。在這種模式下，的下降沿為周期的開始，輸入數(shù)據(jù)在SCLK的上升沿移入，輸出數(shù)據(jù)在其下降沿改變。這種模式可用于DSP系統(tǒng)，但一般用于SPI。另一種模式是使用FS模式(FS來自DSP的有效信號),常用于TMS320系列的DSP。FS 的下降沿為周期的開始，輸入數(shù)據(jù)在SCLK的下降沿移入，輸出數(shù)據(jù)在其上升沿改變。TMS320VC5402芯片提供的高速、雙向、多通道帶緩沖串行端口McBSP，可用來與串行A/D轉(zhuǎn)換器直接連接。每個BSP口可工作在SPI方式和I/O方式。在I/O方式下，通過位操作可以實現(xiàn)任何串行操作，但操作過程始終占用CPU且編程較復雜。在SPI方式下，BSP口可方便地與滿足SPI/TM協(xié)議的串行設(shè)備相連。與TLV2544接口時，TMS320VC5402芯片作為SPI主設(shè)備向TLV2544提供串行時鐘、命令和片選信號，實現(xiàn)無縫連接，不需要附加邏輯電路。圖3-1為TMS320VC5402與TLV2544連接示意圖。在模擬信號輸入A/D轉(zhuǎn)換器之前，要把此信號先經(jīng)過防混疊濾波器，防止輸入的模擬信號混疊。基于前面所要設(shè)計的帶阻濾波器，我們來確定此防混疊濾波器的截止頻率，并且我們用RC濾波器來實現(xiàn)此濾波器，假定RC濾波器中的電容，又RC濾波器的截止頻率，進而可以得出RC濾波器中的電阻。然后將經(jīng)過防混疊濾波器的模擬信號從A1送入A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。圖3-1 TMS320VC5402與A/D TLV2544的接口電路TLV2544采用正常的采樣方式，通過軟件啟動A/D轉(zhuǎn)換，和接電源電壓。該電路使用內(nèi)部基準電壓，REFP和REFM之間接入C17和C18兩個去耦電容。A/D轉(zhuǎn)換電路的工作是由DSP芯片的多通道緩沖串口BSP0來控制，BSP0通過串行輸出口BDX0發(fā)送控制字到TLV2544的SDI口，來決定其工作發(fā)送。TLV2544按DSP發(fā)出的控制字進行轉(zhuǎn)換，當轉(zhuǎn)換結(jié)果產(chǎn)生后(如FIFO堆棧滿)，發(fā)出信號通知DSP接收。DSP接收到信號后，經(jīng)BDR0口讀入已轉(zhuǎn)換好的串行數(shù)據(jù)。3.1.2 DSP與D/A轉(zhuǎn)換器的接口模數(shù)接口是DSP處理系統(tǒng)中的一個重要組成部分，主要完成模擬量與數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換，這要用到D/A轉(zhuǎn)換器。D/A轉(zhuǎn)換器應(yīng)根據(jù)信號頻率、精度以及是否要求自帶基準電源、多路選擇器、輸出運放等因素來選擇?；谝陨弦蛩?，由于TI公司生產(chǎn)的TLV5608芯片，其在2.75.5V單電源工作條件下是低功耗、10位串行數(shù)據(jù)D/A轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部參考電源可編程設(shè)定，設(shè)定時間在快速模式下為1s，在慢速模式下為3s，并且SPI接口與C54x系列DSP芯片兼容。所以在DSP與D/A轉(zhuǎn)換器的接口電路中選擇了TI公司的TLV5608芯片。圖3-2為TMS320VC5402與TLV5608連接示意圖。在信號經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信號從OUTA輸出之后，此信號還需要再經(jīng)過平滑濾波器使其波形平滑，才可輸出到其他設(shè)備?；谇懊嬉笥肈SP芯片來設(shè)計帶阻濾波器，并且用到的采樣頻率，那么平滑濾波器的截止頻率，并且我們用RC濾波器來實現(xiàn)此濾波器，假定RC濾波器中的電容，又RC濾波器的截止頻率，進而可以得出RC濾波器中的電阻。然后將經(jīng)過平滑濾波器的平滑模擬信號輸出到其他設(shè)備。圖3-2 TMS320VC5402與D / A TLV5608的接口電路通過軟件啟動D/A轉(zhuǎn)換，DVDD和AVDD引腳接電源電壓。該電路使用內(nèi)部基準電壓，MODE引腳接地。D/A轉(zhuǎn)換電路的工作是由DSP芯片的多通道緩沖串口BSP1來控制，BSP1通過串行輸出口BDX1發(fā)送控制字到TLV5608的DIN口，來決定其工作接收。TLV5608按DSP發(fā)出的控制字進行轉(zhuǎn)換，當轉(zhuǎn)換結(jié)果產(chǎn)生后(如FIFO堆棧滿)，發(fā)出DOUT信號通知DSP轉(zhuǎn)換結(jié)束。DSP接收到DOUT信號后，經(jīng)BDR1口讀出需要轉(zhuǎn)換的串行數(shù)據(jù)。3.2 DSP存儲器的擴展隨著電子技術(shù)的發(fā)展，使得大容量、低成本、小體積、低功耗、高速存取的存儲器得到了廣泛地應(yīng)用。對于數(shù)據(jù)運算量和存儲容量要求較高的系統(tǒng)，在應(yīng)用DSP芯片作為核心器件時，由于芯片自身的內(nèi)存資源有限，往往需要存儲器的擴展。在進行DSP外部存儲器擴展之前，必須了解DSP片上存儲資源，并根據(jù)應(yīng)用需求來擴展存儲空間。當片上存儲資源不能滿足系統(tǒng)設(shè)計的要求時，就需要進行外部存儲器擴展。本節(jié)主要介紹下FLSAH、SRAM和PRAM的外部存儲器擴展。3.2.1 FLASH的擴展大部分的DSP芯片程序存儲器空間都采用了分頁擴展存儲器的方式，這樣允許訪問多達1M的程序存儲器空間。XPC是程序計數(shù)器擴展寄存器，映射到數(shù)據(jù)空間的001E地址，它的值決定頁號。在硬件復位時，XPC被初始設(shè)置為0，TMS320VC5402芯片的程序存儲器被設(shè)置為128頁，每一頁為64K字。當片內(nèi)RAM映射到程序空間時(OVLY=1)，程序存儲器的每一頁由兩部分組成，為最多32K字的公共塊和32K字的私有塊，公共塊被所有的頁共享，私有塊只能通過它所在的頁來訪問。目前，市場上的EPROM工作電壓一般為5V，與3.3V的DSP芯片連接時需要考慮電平轉(zhuǎn)換的問題，而且體積都很大。FLASH存儲器與EPROM相比，具有更高的性能價格比，而且體積小、功耗低、可電擦寫、使用方便，并且3.3V的FLASH可以直接與DSP芯片連接。因此，采用FLASH作為程序存儲器存儲程序和固定數(shù)據(jù)是一種比較好的選擇。并且TMS320VC5402芯片為ROM型DSP芯片，用戶的運行程序和數(shù)據(jù)在掉電后不能保存，因此，DSP芯片需要擴展FLASH存儲器來保存系統(tǒng)運行的程序和數(shù)據(jù)?；谝陨显?，并且AM29LV400B芯片支持單電源工作，可以直接與3.3V的DSP芯片連接，簡化了系統(tǒng)地接口電路。因此，本課題設(shè)計中采用的FLASH存儲芯片是AM29LV400B芯片。圖3-3為TMS320VC5402與AM29LV400B的程序存儲器擴展電路。AM29LV400B作為DSP芯片的外部程序存儲器，地址總線和數(shù)據(jù)總線接至DSP芯片的外部總線，片選信號接至DSP芯片的外部程序存儲器的片選信號，編程寫信號接至DSP芯片的讀/寫信號，復位信號接至DSP芯片的復位信號，而輸出使能信號接至DSP芯片的外部存儲器選通信號。圖3-3 FLASH AM29LV400B與DSP的連接當=0時，=0、=0，選中FLASH存儲器，可進行讀操作；當=1時，=1， FLASH存儲器掛起，地址線和數(shù)據(jù)線呈現(xiàn)高阻。3.2.2 SRAM的擴展C54x系列的數(shù)據(jù)存儲器最多包含64K字，除了雙存取RAM(DARAM)和單存取RAM(SARAM)以外，C54x系列器件片內(nèi)ROM還可以用軟件映射成數(shù)據(jù)ROM(DROM)。但是，這樣DSP芯片中的數(shù)據(jù)存儲器還是不夠用，因此我們要擴展外部數(shù)據(jù)存儲器。當訪問的地址屬于片內(nèi)存儲器時，就可以進行RAM或者數(shù)據(jù)ROM(在其有效地情況下)的訪問。當數(shù)據(jù)地址產(chǎn)生器產(chǎn)生一個超出片內(nèi)存儲器范圍的地址時，器件會自動產(chǎn)生一個外部訪問?；谝陨纤鲈?，并且IS61LV6416芯片是一種高速數(shù)據(jù)存儲器，其容量為64K16，分別有16位地址線和數(shù)據(jù)線，控制線包括片選信號、寫允許信號、讀選通信號、高位字節(jié)選通信號和低位字節(jié)選通信號，電源電壓為3.3V，與C54x系列外設(shè)電壓相同。因此，本課題設(shè)計中采用的SRAM存儲器擴展芯片是IS61LV6416芯片。TMS320VC5402與IS61LV6416擴展的SRAM連接如圖3-4所示。地址線和數(shù)據(jù)線對應(yīng)相連，由于是數(shù)據(jù)存儲器擴展，存儲器的片選信號與DSP芯片的數(shù)據(jù)存儲器的片選信號連接，以選通外部數(shù)據(jù)存儲器，而存儲器的寫允許端與DSP芯片的讀/寫控制端相連，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀/寫操作，并且讀選通信號、高位字節(jié)選通信號和低位字節(jié)選通信號引腳接地。圖3-4 SRAM IS61LV6416與DSP的連接3.2.3 PRAM的擴展雖然前面已經(jīng)擴展了FLASH外部存儲器作為外部程序存儲器，但是由于前面擴展的FLASH外部存儲器的運行速度較慢，有可能跟不上DSP 芯片的處理速度，而擴展的PRAM外部存儲器的運行速度卻能跟上DSP 芯片的處理速度，因此我們要在DSP系統(tǒng)中擴展一個PRAM外部存儲器，使得擴展的FLASH 外部存儲器跟上DSP芯片的處理速度?；诖?，我們選擇IS61LV6416芯片作為我們擴展PRAM外部存儲器的芯片。TMS320VC5402與IS61LV6416擴展的PRAM連接如圖3-5所示。地址線和數(shù)據(jù)線對應(yīng)相連，由于是程序存儲器擴展，存儲器的片選信號與DSP芯片的數(shù)據(jù)存儲器的片選信號連接，以選通外部程序存儲器，而存儲器的寫允許端與DSP芯片的讀/寫控制端相連，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀操作，并且讀選通信號、高位字節(jié)選通信號和低位字節(jié)選通信號引腳接地。圖3-5 PRAM IS61LV6416與DSP的連接3.3 DSP系統(tǒng)的外圍電路設(shè)計一個完整的DSP系統(tǒng)通常是由DSP芯片和其他相應(yīng)的外圍器件構(gòu)成的。本節(jié)主要說明了DSP硬件系統(tǒng)的外圍電路設(shè)計，包括電源電路、復位電路、時鐘電路等。3.3.1 電源電路的設(shè)計為了降低芯片功耗，TMS320C54x系列芯片大部分都采用低電壓設(shè)計，并且采用雙電源供電，即內(nèi)核電源CVDD和I/O電源DVDD。通常I/O電源采用3.3V供電，而內(nèi)核電源采用3.3V、2.5V或更低的1.8V電源。TMS320VC5402芯片的內(nèi)核電壓為1.8V。下面介紹TMS320VC5402芯片的電源電路設(shè)計。TMS320VC5402芯片采用了雙電源供電機制，以獲得更好的電源性能，其工作電壓分別為3.3V和1.8V。其中3.3V為I/O電源DVDD，主要供I/O接口使用，通常情況下可直接與外部低壓器件進行接口，而不需要額外的電平變換電路。1.8V為內(nèi)核電源CVDD，主要為芯片的內(nèi)部邏輯提供電壓，包括CPU、時鐘電路和其他所有的外設(shè)邏輯。與3.3V電源相比，1.8V電源可以大大降低芯片功耗。由于TMS320VC5402芯片采用雙電源供電，使用時需要考慮它們的加電次序。理想情況下，DSP芯片上的兩個電源應(yīng)同時加電，但在有些場合很難做到。若不能做到同時加電，應(yīng)先對DVDD加電，然后再對CVDD加電，同時要求DVDD電壓不超過CVDD電壓2V。這個加電次序主要依賴于芯片內(nèi)部的靜電保護電路。TMS320VC5402芯片的電流消耗主要取決于器件的激活度，而內(nèi)核電源CVDD所消耗的電流主要取決于CPU的激活度，外設(shè)消耗的電流取決于正在工作的外設(shè)及其運行速度。與CPU相比，外設(shè)消耗的電流通常是比較小的。時鐘電路也需要消耗一小部分電流，且這部分電流是恒定的，與CPU和外設(shè)的激活程度無關(guān)。內(nèi)核電源CVDD為器件的所有內(nèi)部邏輯提供電流，包括CPU、時鐘電路和所有外設(shè)。I/O電源DVDD只為外設(shè)接口引腳提供電壓，消耗的電流取決于外部輸出的速度，數(shù)量以及在這些輸出口上的負載電容。DSP芯片采用哪種供電機制，主要取決于應(yīng)用系統(tǒng)中提供的電源。目前，生產(chǎn)電源的芯片很多，如Maxim公司的MAX604,TI公司的TPS73xx系列等。這些芯片可分為線性芯片和開關(guān)芯片兩種，在設(shè)計中要根據(jù)實際的需要來選擇。如果系統(tǒng)對功耗要求不高時，可使用線性穩(wěn)壓芯片，其特點是使用方法簡單，電源紋波電壓較低，對系統(tǒng)的干擾較小。若系統(tǒng)對功耗要求較苛刻時，應(yīng)使用開關(guān)電源芯片。通常情況下開關(guān)電源芯片的效率可以達到90%以上，但開關(guān)電源所產(chǎn)生的紋波電壓較高，且開關(guān)振蕩頻率在幾千赫茲到幾百千赫茲的范圍，易對系統(tǒng)產(chǎn)生干擾?；谝陨显?，在電源電路的設(shè)計中選擇了TI公司的TPS73HD318芯片，此芯片提供了兩路輸出電源，輸出電壓分別為3.3V和1.8V，每路電源的最大輸出電流為750mA，并且提供兩個寬度為200ms的低電平復位脈沖，可以滿足TMS320VC5402 DSP系統(tǒng)的需要。電源電路如圖3-6所示。圖3-6 雙電源電路3.3.2 復位電路的設(shè)計TMS320VC5402芯片的復位輸入引腳()為處理器提供了硬件初始化的方法，它是一種不可屏蔽的外部中斷，可在任何時候?qū)MS320VC5402芯片進行復位。這個引腳上電平后可以使程序從指定的存儲地址FF80H開始運行。當時鐘電路工作后，只要在引腳上出現(xiàn)兩個外部時鐘周期以上的低電平，則芯片始終處于復位狀態(tài)。對于一個DSP系統(tǒng)而言，上電復位電路雖然只占很小的一部分，但它的好壞將直接影響整個系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。由于實際的DSP系統(tǒng)需要較高頻率的時鐘信號，在運行過程中極容易發(fā)生干擾現(xiàn)象，嚴重時可能會造成系統(tǒng)死機，導致系統(tǒng)無法正常工作。為了解決這種問題，除了在軟件設(shè)計中加入一些保護措施外，硬件設(shè)計也必須做出相應(yīng)的處理。目前，最有效的硬件保護措施是采用具有監(jiān)視功能的自動復位電路。自動復位電路除了具有上電復位功能外，還能監(jiān)視系統(tǒng)運行，當系統(tǒng)發(fā)生故障或死機時可通過該電路對系統(tǒng)進行自動復位。根據(jù)以上所述，可以使用與常用的器件設(shè)計相應(yīng)的自動復位電路，如用555定時器和計數(shù)器組成。除此之外，也可以采用專用的自動復位集成電路，如Maxim公司的MAX706、MAX706S芯片。其中，MAX706S是一種能與具有3.3V工作電壓的DSP芯片相匹配的自動復位電路。因此在復位電路的設(shè)計中選擇了Maxim公司的MAX706S芯片。又由于DSP芯片要求在復位信號從低到高之前，時鐘必須已經(jīng)穩(wěn)定工作了若干時間(毫秒級)，同時對復位信號低電平的寬度也有要求，而且復位信號上不應(yīng)有毛刺出現(xiàn)，因此采用了圖3-7所示的復位電路。引腳6為系統(tǒng)提供的監(jiān)視信號，來自DSP芯片的輸出端TOUT0，是一個通過程序產(chǎn)生的周期不小于10Hz的脈沖信號。引腳7為低電平復位輸出信號，是一個不小于1.6s的復位脈沖，用來對DSP芯片復位。圖3-7 復位電路當DSP處于不正常工作時，由程序所產(chǎn)生的周期脈沖將會消失，自動復位電路將無法接收到監(jiān)視信號，MAX706S芯片將通過引腳7產(chǎn)生復位信號，使系統(tǒng)復位，程序重新開始運行，強迫系統(tǒng)恢復正常工作。3.3.3 時鐘電路的設(shè)計時鐘電路用來為TMS320VC5402芯片提供時鐘信號，由一個內(nèi)部振蕩器和一個鎖相環(huán)PLL組成，可通過晶振或者外部的時鐘驅(qū)動。TMS320VC5402芯片提供了兩個時鐘管腳X2和X1。其中，X2又稱CLKIN，是一個輸入管腳，而X1是一個輸出管腳，其時鐘發(fā)生器允許設(shè)計者選擇時鐘源。為DSP芯片提供的時鐘一般有兩種方法：一種是使用外部時鐘源的時鐘信號，將外部時鐘信號直接加到DSP芯片的X2/CLKIN引腳，而X1引腳懸空。外部時鐘源可以采用頻率穩(wěn)定的晶體振蕩器，具有使用方便，價格便宜，因而得到廣泛應(yīng)用。另一種方法是利用DSP芯片內(nèi)部的振蕩器構(gòu)成時鐘電路，也就是在X1和X2/CLKIN引腳之間接入一個晶體來啟動DSP芯片內(nèi)部振蕩器，如圖3-8所示。選用的晶振Y為10MHz。圖3-8 時鐘電路DSP芯片內(nèi)部設(shè)計的時鐘和分頻電路，可以直接對內(nèi)部和外部的時鐘進行分頻，作為DSP芯片的系統(tǒng)時鐘，這種模式稱為DIV模式。另外，DSP芯片內(nèi)部設(shè)計具有鎖相環(huán)PLL電路，鎖相環(huán)PLL電路具有頻率放大和時鐘信號提純的作用，利用鎖相環(huán)PLL電路的鎖定特性可以對時鐘頻率進行鎖定，為芯片提供高穩(wěn)定頻率的時鐘信號。除此之外，鎖相環(huán)還可以對外部時鐘頻率進行倍頻，使外部時鐘源的頻率低于CPU的機器周期，以降低因高速開關(guān)時鐘所引起的高頻噪聲。當外部時鐘輸入后，通過內(nèi)部鎖相環(huán)PLL電路可以倍頻到所需要的工作頻率。鎖相環(huán)PLL電路的啟動有兩種方式：(1) 硬件控制，可以通過DSP芯片的CLKMD1、CLKMD2、CLKMD3三個引腳來設(shè)置，DSP芯片上電復位時，根據(jù)此三個引腳的電平來設(shè)定鎖相環(huán)PLL的工作狀態(tài)，并啟動鎖相環(huán)PLL工作。(2) 軟件編程控制，通過讀寫DSP芯片內(nèi)部的時鐘模式寄存器(CLKMD)可以完成鎖相環(huán)PLL電路的設(shè)定。要改變鎖相環(huán)PLL的倍率，必須先把時鐘模式從PLL模式切換到DIV模式，然后再切換到新的倍率的PLL模式，不允許從一種PLL倍率直接切換到另一種PLL倍率。表3-1為TMS320VC5402芯片時鐘模式設(shè)定。表3-1 時鐘模式設(shè)定CLKMD1 CLKMD2 CLKMD3CLKMD RESETVALUECLOCK MODE0 0 00000H1/2 (PLL disabled)0 0 19007HPLL100 1 04007HPLL51 0 01007HPLL21 1 0F007HPLL11 1 10000H1/2 (PLL disabled)1 0 1F000H1/2 (PLL disabled)0 1 1-Rserved(Bypass mode)3.4 JTAG仿真接口電路的設(shè)計對于大部分處理器而言，JTAG接口共提供了7個信號，即TCK、TDI、TDO、TMS、TRST、EMU0和EMU1。其中，TCK是仿真器發(fā)向目標板的時鐘信號；TDI為數(shù)據(jù)輸入，即數(shù)據(jù)由仿真器端傳向目標板；TDO為數(shù)據(jù)輸出，其方向與TDI相反，即數(shù)據(jù)由目標板傳向仿真器端；TMS為測試模式選擇，信號由仿真器發(fā)起，目標板為接收端；TRST是仿真器發(fā)起的復位信號，用于JTAG仿真模式的復位；EMU0和EMU1用于對多處理器的目標板進行仿真。由于TMS320VC5402提供了片上JTAG接口，方便了仿真調(diào)試，只需將DSP芯片上的TCK、TDI、TDO、TMS、EMU0、EMU1共7個引腳接出，做成一個標準的14針插座，就可以供仿真器調(diào)試目標板。JTAG仿真接口電路如圖3-9所示。圖3-9 JTAG仿真接口電路我們所設(shè)計的DSP系統(tǒng)用到的DSP芯片為TMS320VC5402。為了保證該芯片能夠正常穩(wěn)定工作，需要對它的引腳進行配置。所謂引腳的配置，是將相應(yīng)的引腳按照正確的邏輯狀態(tài)進行設(shè)置，即用10K電阻上拉到高電位，使引腳置為邏輯1；或?qū)⒁_直接接地，置為邏輯0。TMS320VC5402引腳配置主要有：l 為了保證用戶編寫的程序能夠從外部FLASH引導到DSP芯片內(nèi)存儲器中，DSP芯片應(yīng)設(shè)置為計算機模式，引腳應(yīng)下拉接地，設(shè)置為邏輯0。l 為了避免DSP芯片在程序運行中出現(xiàn)不正確的跳轉(zhuǎn)，應(yīng)將和上拉為1，設(shè)置為邏輯1。l 為了防止DSP芯片出現(xiàn)意外停止響應(yīng)和額外插入等待周期，應(yīng)將和READY引腳上拉為1，設(shè)置為邏輯1。l 時鐘電路采用內(nèi)部時鐘源，時鐘模式設(shè)置為2。時鐘模式引腳CLKMD1上拉為1，設(shè)置為邏輯1，CLKMD2和CLKMD3下拉為0，設(shè)置為邏輯0，而時鐘引腳X1和X2/CLKIN外接晶體。綜上所述，TMS320VC5402的基本引腳連接如圖3-10所示。圖3-10 TMS320VC5402的基本引腳連接4 帶阻濾波器的DSP實現(xiàn)基于前面幾章所述，我們所設(shè)計的帶阻濾波器的性能指標為下通帶邊緣：，上通帶邊緣：，；下阻帶邊緣：，上阻帶邊緣：，；采樣頻率：。并且上一章已經(jīng)介紹了實現(xiàn)帶阻濾波器的DSP系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計，進而這一章我們來介紹實現(xiàn)帶阻濾波器的CCS軟件設(shè)計。4.1 FFT/IFFT算法程序及應(yīng)用FFT/IFFT在數(shù)字信號處理中是一種非常重要的算法，在很多的應(yīng)用領(lǐng)域，如xDSL調(diào)制器、數(shù)字電視、手持無線接收裝置中都有用到。它可以直接用來分析信號的頻譜；利用快速卷積求解FIR濾波器的輸出。正是由于FFT有著這些用途，并考慮到對濾波器參數(shù)的判定，以及今后繼續(xù)開發(fā)其他通訊軟件時的應(yīng)用，編寫了FFT子程序，這樣既可以直接演示信號頻譜，也可以把子程序嵌入到主程序之中，進行頻譜分析與計算。4.1.1 FFT設(shè)計方法FFT是DFT的一個快速算法，是為了減少DFT計算次數(shù)的一種快速有效的算法。它是將DFT分解開來進行運算，理論上是一致的，只是通過分解DFT運算來達到減少運算量的目的。其突出的優(yōu)點在于能快速高效地和比較精確地完成DFT的計算。利用一定的運算結(jié)構(gòu)變換，將N點的DFT 轉(zhuǎn)化成多個小的點數(shù) DFT 的運算，再利用的周期性和對稱性，就能大大減少計算量。FFT 算法將長序列的DFT分解為短序列的DFT，比如N點的DFT先分解為2個N/2點的DFT，每個N/2點的DFT又分解為N/4點的DFT，如此這般下去就可以了。這里最小的變換點數(shù)就是基數(shù)，因此，基數(shù)為2的FFT算法的最小變換或稱蝶形變換就是2點的DFT，是最基本的運算單位。一般N點FFT對應(yīng)于N個輸入樣值，有N個頻域樣值與之對應(yīng)。DFT分解法基本上分為兩類：一類是將時間序列(n為時間標號)進行逐次分解，由此得到的FFT算法稱為按時間抽取(Decimation-in-time)算法；另一類是將傅立葉變換序列(k為頻率標號)進行分解，叫做按頻率抽取(Decimation-in