基于dsp的带阻滤波器设计毕业设计论文(编辑修改稿)

基于dsp的带阻滤波器设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

系统、存储器、数 /模和模 /数转换器 、 控制接口和电源处理等。 那么我们就基于此来设计 DSP系统。 DSP 与 A/D 和 D/A 转换器的接口 在由 DSP 芯片组成的信号处理系统中， A/D 和 D/A 转换器是非常重要的器件。 首先输入信号经过滤波，然后进行 A/D 转换将模拟信号变换成数字信号，再由 DSP芯片对数字信号进行某种形式的处理，如进行一系列的乘法 累加运算。 经过处理后的数 字信号由 D/A 转换器变换成模拟信号，之后再进行平滑滤波，得到连续的模拟波形。 从上述的信号处理过程可以看出 A/D 和 D/A 转换器的作用。 本节主要介绍 DSP与 A/D 和 D/A 转换器的接口电路。 DSP 与 A/D 转换器的接口 模拟信号的采集过程是将模拟信号转换成数字信号，从而进行数字信号的处理。 这要用到 A/D 转换器，它对数字信号处理系统的设计和技术指标的保证起着重要作用。 基于不同的应用，可选用不同性能指标和价位的芯片。 对于 A/D 转换器的选择，主要考虑以下几方面的因素。  采样频率。 一般系统处理的信号是数字信号 ，而输入的信号大多是模拟信号，那么就要对输入的模拟信号进行抽样，来转换成数字信号。 这就要先确定采样频率，之后根据此采样频率来选择所要用到的 A/D 转换器。  转换精度。 一般系统要求对信号做一些处理，如 FFT 变换。 因为 DSP 芯片的数据是 16 位，所以最理想的精度为 12 位，留出四位做算法的溢出保护位。  转换时间。 DSP 的指令周期为 ns 级，运算速度极快，能进行信号的实时处理。 为了体现它的优势，其外围设备的数据处理速度就要满足 DSP 的要求。 同时，转基于 DSP 的带阻滤波器设计 8 换时间也决定了它对信号的处理能力。  器件价格。 转换器的价格也是选择 A/D 的 一个重要因素。 鉴于以上因素，所设计的系统的采样频率为 10KHz，用到的 DSP 芯片为TMS320VC5402，为 16 位数据。 而 TI 公司生产的 TLV2544 芯片 ，它是一种高性能、低功耗、高速 ()、 12 位四通道串行 CMOS 模数转换器，并且最高采样速率为200KSPS，采用 ~ 单电源工作， 能够进行信号的实时抽样处理， 其满足系统的要求，所以在 DSP 与 A/D 转换器的接口电路中选择了 TI 公司的 TLV2544 芯片。 并且该芯片为用户提供了三个输入端 (片选 SC 、串 行时钟 SCLK 和串行数据输入 SDI)和一个三态输出端 (串行数据输出 SDO)的串行端口，可为流行的微处理器 SPI 串行端口提供了方便的 4 线接口。 当与 DSP 芯片连接时，可用一个帧同步信号 FS 来控制一个串行数据帧的开始。 TLV2544 器件除了具有高速模数转换和多种控制功能外，还具有片内模数多路选择器，可选择任意通道模拟电压作为外部模拟输入，也可从三个内部自测试电压中任选一个作为输入。 TLV2544 设有内置转换时钟 (OSC)和电压基准，可以采用外部 SCLK 作为转换时钟源以获得更高的转换速度，并有两种不同的内部基准电 压可供选择。 TLV2544 工作周期的开始有两种模式：一种是不使用 FS 模式 (在 SC 的下降沿，FS=1)。 在这种模式下， SC 的下降沿为周期的开始，输入数据在 SCLK 的上升沿移入，输出数据在其下降沿改变。 这种模式可用于 DSP 系统，但一般用于 SPI。 另一种模式是使用 FS 模式 (FS 来自 DSP 的有效信号 ),常用 于 TMS320 系列的 DSP。 FS 的下降沿为周期的开始，输入数据在 SCLK 的下降沿移入，输出数据在其上升沿改变。 TMS320VC5402 芯片 提供的高速、双向、多通道带缓冲串行端口 McBSP，可用来与串行 A/D 转换器直接连接。 每个 BSP 口可工作在 SPI 方式和 I/O 方式。 在 I/O方式下，通过位操作可以实现任何串行操作，但操作过程始终占用 CPU 且编程较复杂。 在 SPI 方式下 ， BSP 口可方便地与满足 SPI/TM 协议的串行设备相连。 与 TLV2544接口时， TMS320VC5402 芯片 作为 SPI 主设备向 TLV2544 提供串行时钟、命令和片选信号，实现无缝连接，不需要附加逻辑电路 ]8[。 图 31 为 TMS320VC5402 与 TLV2544连接示意图。 在模拟信号输入 A/D 转换器之前，要把此信号先经过防混叠滤波器，防止输入的模拟信号混叠。 基于前面所要设计的带阻滤波器，我们来确定此防混叠滤基于 DSP 的带阻滤波器设计 9 波器的截止频率 Hzf 2020 ，并且我们用 RC 滤波器来实现此滤波器，假定 RC 滤波器中的电容 FC   ， 又 RC 滤波器的 截止频率 )2(/1 RCf  ，进而可以得出 RC滤波器中的电阻 79618R。 然后将经过 防混叠滤波器的模拟信 号从 A1 送入 A/D 转换器转换成数字信号。 GND11SDI2VCC5REFM14INT4REFP15SDO1CSTART10PWDN12SCLK3A16CS16TLV2544A27A38A49FS13TLV2544DSP_BIODSP_XFGNDPortC17C18C19796R18GNDDSP_BDX0DSP_BFSODSP_BCLK0DSP_BDR0 图 31 TMS320VC5402 与 A/D TLV2544 的接口电路 TLV2544 采用正常的采样方式，通过软件启动 A/D 转换， CSTART 和 PWDN 接电源电压。 该电路使用内部基准电压 ， REFP 和 REFM 之间接入 C17 和 C18 两个去耦电容。 A/D 转换电路的工作是由 DSP 芯片的多通道缓冲串口 BSP0 来控制， BSP0通过串行输出口 BDX0 发送控制字到 TLV2544 的 SDI 口，来决定其工作发送。 TLV2544 按 DSP 发出的控制字进行转换，当转换结果产生后 (如 FIFO 堆栈满 )，发出INT 信号通知 DSP 接收。 DSP 接收到 INT 信号后，经 BDR0 口读入已转换好的串行数据。 DSP 与 D/A 转换器的接口 模数接口 是 DSP 处理系统中的一个重要组成部分，主要完成模拟量与数字量之间的转换，这要用到 D/A 转换器。 D/A 转换器应根据信号频率、精度以及是否要求自带基准电源、多路选择器、输出运放等因素来选择。 基于以上因素，由于 TI 公司生产的 TLV5608 芯片 ，其在 ~ 单电源工作条件下是低功耗、 10 位串行数据基于 DSP 的带阻滤波器设计 10 D/A 转换器，内部参考电源可编程设 定，设定时间在快速模式下为 1μs，在慢速模式下为 3μs，并且 SPI 接口与 C54x 系列 DSP 芯片兼容。 所以在 DSP 与 D/A 转换器的接口电路中选择了 TI 公司的 TLV5608 芯片。 图 32 为 TMS320VC5402 与 TLV5608连接示意图。 在信号经过 D/A 转换器转换成模拟信号从 OUTA 输出之后，此信号还需要再经过平滑滤波器使其波形平滑，才可输出到其他设备。 基于前面要求用 DSP芯片来设计带阻滤波器，并 且用到的采样频率 HzK10Fs  ，那么平滑滤波器的 截止频率 Hzf 2020 ，并且我们用 RC 滤波器来实现此滤波器，假定 RC 滤波器中的电容FC   ， 又 RC 滤波器的 截止频率 )2(/1 RCf  ，进而可以得出 RC 滤波器中的电阻 79617R。 然后将经过 平滑滤波器的平滑模拟信号输出到其他设备。 OUTA12OUTB13OUTC14OUTD15OUTE6OUTF7OUTG8OUTH9DGND1AGND10FS4SCLK3DOUT19DVDD20MODE17DIN2AVDD11TLV5608GNDPortGND796R17C20GNDDSP_BDX1DSP_BCLK1DSP_BFS1DSP_BDR1 图 32 TMS320VC5402 与 D / A TLV5608 的接口电路 通 过软件启动 D/A 转换， DVDD 和 AVDD 引脚接电源电压。 该电路使用内部基准电压 ， MODE引脚接地。 D/A转换电路的工作是由 DSP芯片的多通道缓冲串口 BSP1 来控制， BSP1 通过串行输出口 BDX1 发送控制字到 TLV5608 的 DIN 口，来决定其工作接收。 TLV5608 按 DSP 发出的控制字进行转换，当转换结果产生后 (如 FIFO 堆栈满 )，发出 DOUT 信号通知 DSP 转换结束。 DSP 接收到 DOUT 信号后，经 BDR1口读出需要转换的串行数据。 基于 DSP 的带阻滤波器设计 11 DSP 存储器的扩展 随着电子技术的发展，使得大容量、低成本、小体积、 低功耗、高速存取的存储器得到了广泛地应用。 对于数据运算量和存储容量要求较高的系统，在应 用 DSP 芯片作为核心器件时，由于芯片自身的内存资源有限，往往需要存储器的扩展。 在进行DSP 外部存储器扩展之前，必须了解 DSP 片上存储资源，并根据应用需求来扩展存储空间。 当片上存储资源不能满足系统设计的要求时，就需要进行外部存储器扩展。 本节主要介绍下 FLSAH、 SRAM 和 PRAM 的外部存储器扩展。 FLASH 的扩展 大部分的 DSP 芯片程序存储器空间都采用了分页扩展存储器的方式，这样允许访问多达 1M 的程序存储器空间。 XPC 是程序计数器扩展寄存器，映射到数据空间的001E 地址，它的值决定页号。 在硬件复位时， XPC 被初始设置为 0， TMS320VC5402芯片 的程序存储器被设置为 128 页，每一页为 64K 字。 当片内 RAM 映射到程序空间时 (OVLY=1)，程序存储器的每一页由两部分组成，为最多 32K 字的公共块和 32K 字的私有块，公共块被所有的页共享，私有块只能通过它所在的页来访问 ]9[。 目前，市场上的 EPROM 工作电压一般为 5V，与 的 DSP 芯片连接时需要考虑电平转换的问题，而且体 积都很大。 FLASH 存储器与 EPROM 相比，具有更高的性能价格比，而且体积小、功耗低、可电擦写、使用方便，并且 的 FLASH可以直接与 DSP 芯片连接。 因此，采用 FLASH 作为程序存储器存储程序和固定数据是一种比较好的选择。 并且 TMS320VC5402 芯片 为 ROM 型 DSP 芯片，用户的运行程序和数据在掉电后不能保存，因此， DSP 芯片需要扩展 FLASH 存储器来保存系统运行的程序和数据。 基于以上原因，并且 AM29LV400B 芯片支持单电源工作，可以直接与 的 DSP 芯片连接，简化了系统地接口电路。 因此，本 课题设计中采用的FLASH 存储芯片是 AM29LV400B 芯片。 图 33 为 TMS320VC5402 与 AM29LV400B的程序存储器扩展电路。 AM29LV400B 作为 DSP 芯片的外部程序存储器，地址总线和数据总线接至 DSP 芯片的外部总线，片选信号 CE 接至 DSP 芯片的外部程序存储器的片选信号 PS ，编程写信号 WE 接至 DSP 芯片的读 /写信号 WR/ ，复位信号 RESET接至 DSP 芯片的复位信号 RS ， 而输出使能信号 OE 接至 DSP 芯片的外部存储器选通基于 DSP 的带阻滤波器设计 12 信号 MSTRB。 A025A124A223A322A421A520A619A718A88A97A106A115A124A133A142A151A1648A1717A1816A199BYTE47CE26OE28WE11RESET12VSS27VSS46VCC37DQ029DQ131DQ233DQ335DQ438DQ540DQ642DQ744DQ830DQ932DQ1034DQ1136DQ1239DQ1341DQ1443DQ15/A145RY/BY15NC110NC213NC314AM29LV400B FLASHFLASHA0A1A2A3A4A6A5A7A8A10A9A11A12A13A14D0D2D1D3D4D5D7D6D8D9D10D11D12D13D14D15C16GNDGND10KR15DSP_RSTDSP_R/WA1510KR16DSP_PSGNDDSP_MSTRB 图 33 FLASH AM29LV400B 与 DSP 的连接。