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图1冯·
诺伊曼(VonNeuman)结构
(2)哈佛(Harvard)结构
该结构采用双存储空间,程序存储器和数据存储器分开,有各自独立的程序总线和数据总线,可独立编址和独立访问,可对程序和数据进行独立传输,使取指令操作、指令执行操作、数据吞吐并行完成,大大地提高了数据处理能力和指令的执行速度,非常适合于实时的数字信号处理。
微处理器的哈佛结构如图2所示。
图2哈佛结构
(3)冯·
诺曼结构与哈佛结构比较
冯·
诺曼结构处理器的结构特点:
1)程序和数据使用同一个存储器;
2)地址和数据经由同一个总线传输。
哈佛结构处理器的结构特点:
1)将程序和数据存储器分开;
2)地址总线和数据总线分开。
图3冯·
3DSP系统描述
3.1DSP系统构成
3.1.1系统构成
数字信号处理器是利用计算机或专用处理设备,在模拟信号变换成数字信号以后,以数字形式对信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等高速实时处理的专用处理器,其处理速度比最快的CPU还快10~50倍。
图4所示为一个典型的DSP系统。
图4典型DSP系统
输入信号首先进行带限滤波和抽样,然后进行A/D变换将信号变换成数字比特流。
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)。
最后,经过处理后的数字样值再经D/A(DigitaltoAnalog)变换转换为模拟样值,之后再进行内插和平滑滤波就可得到连续的模拟波形。
3.2DSP系统的特点
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)接口和编程方便。
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容易得多;
另外,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。
(2)稳定性和可重复性好。
DSP系统以数字处理为基础,受环境温度、湿度、噪声、电磁场的干扰和影响较小,可靠性高;
数字系统的性能基本不受元器件参数性能变化的影响,因此数字系统便于测试、调试和大规模生产。
(3)精度高。
16位数字系统可以达到10-5的精度。
(4)特殊应用。
有些应用只有数字系统才能实现,例如信息无失真压缩、V型滤波器、线性相位滤波器等等。
(5)集成方便。
DSP系统中的数字部件有高度的规范性,便于大规模集成。
4DSP系统软件开发CCS使用实例
4.1建立工程文件
打开CCS5.3软件,画面如图5所示,然后按照如下操作步骤进行:
、
图5
4.1选择命令ProjectAddFiletoProject…
4.2在工程视图中右键单击调出关联菜单,选择AddFile…
在工程中源文件、链接命令文件及库文件(Libraries)需要用户指定加入,头文件(Include文件)通过扫描相关性(ScanAllDependencies)自动加入到工程中。
4.3然后在右边框图里编辑源程序。
下面是用CCS环境编程,调试实现正弦函数信号实例。
编写实现正弦函数汇编程序sin.asm和vectors.asm。
(1)正弦波源程序清单sin.asm如下:
;
ThisfunctiongeneratesthesinewaveofangleusingtheTaylorseriesexpansion
sin(theta)=x(I-x2/2*3(1-x'
2/4*5(1-x2/6*7(1-x'
2/8*9))))
cos(theta)=1-x2/2(1-x2/3*4(1-x2/5*6(1-x'
2/7*8)))
sin(2*theta)=2*sin(theta)*cos(theta)
.title"
sin.asm"
.mmregs
.defstart
.refd_xs,d_sinx,d_xc,d_cosx
.refsinx,d_xs,d_sinx,cosx,d_xc,d_cosx
sin_x:
.usect"
sin_x"
360
STACK:
STACK"
10
k_theta.set286;
theta=pi/360(0.5deg.)
PA0.set0
start:
.text
STM#STACK+10,SP
STMk_theta,AR0;
ARO-->
ktheta(increment)
STM0,AR1;
(ARl)=x(rad.)
STM#sin_x,AR6;
AR6-->
sinx
STM#90,BRC;
formsinO(deg.)sin90(deg.)
RPTBloop1-1
LDMAR1,A
LD#d_xs,DP
STLA,@d_xs
STLA,@d_xc
CALLsinx;
(dsinx)=sin(x)
CALLcosx;
(dcosx)=cos(x)
LD#d_sinx,DP
LD@d_sinx,16,A;
A=sin(x)
MPYA@d_cosx;
B=sin(x)*cos(x)
STHB,1,*AR6+;
AR6-->
2*sin(x)*cos(x)
MAR*AR1+0
loop1:
STM#sin_x+89,AR7;
sin91(deg.).-sin179(deg.)
STM#88,BRC
RPTBloop2-1
LD*AR7-,A
STLA,*AR6+
loop2:
STM#179,BRC;
sin180(deg.)sin359(deg.)
STM#sin_x,AR7
RPTBloop3-1
LD*AR7+,A
NEGA
loop3:
STM#sin_x,AR6;
generatesinwave
STM#1,AR0
STM#360,BK
loop4:
PORTW*AR6+0%,PA0
Bloop4
sinx:
.defd_xs,d_sinx
.data
table_s.word01c7h;
c1=1/(8*9)
.word030bh;
c2=1/(6*7)
.word0666h;
c3=1/(4*5)
.word1556h;
c4=1/(2*3)
d_coef_s.usect"
coef_s"
4
d_xs.usect"
sin_vars"
1
d_squr_xs.usect"
d_temp_s.usect"
d_sinx.usect"
c_1_s.usect"
SSBXFRCT
STM#d_coef_s,AR5
RPT#3
MVPD#table_s,*AR5+
STM#d_coef_s,AR3
STM#d_xs,AR2
STM#c_1_s,AR4
ST#7FFFh,c_1_s
SQUR*AR2+,A
STA,*AR2
||LD*AR4,B
MASR*AR2+,*AR3+,B,A
MPYAA
STHA,*AR2
MASR*AR2-,*AR3+,B,A
MPYA*AR2+
STB,*AR2
MASR*AR2-,*AR3+,B,A
MASR*AR2-,*AR3+,B,A
MPYAd_xs
STHB,d_sinx
RET
cosx:
.defd_xc,d_cosx
d_coef_c.usect"
coef_c"
4
table_c.word0249h;
cl=1/(7*8)
.word0444h;
c2=1/(5*6)
.word0aabh;
c3=1/(3*4)
.word4000h;
c4=1/2
d_xc.usect"
cos_vars"
1
d_squr_xc.usect"
d_temp_c.usect"
d_cosx.usect"
c_1_c.usect"
STM#d_coef_c,AR5;
movecoefftable
MVPD#table_c,*AR5+
STM#d_coef_c,AR3
STM#d_xc,AR2
STM#c_1_c,AR4
ST#7FFFh,c_1_c
SQUR*AR2+,A;
A=x-2
STA,*AR2;
(AR2)=x'
2
||LD*AR4,B;
B=1
MASR*AR2+,*AR3+,B,A;
A=I-x-2/56
;
T=x2
MPYAA;
A=T*A=x2(1-x2/56)
STHA,*AR2;
(dtemp)=x'
2(1-x2/56)
MASR*AR2-,*AR3+,B,A;
A=1-x2/30(1-x2/56)
T=x2(1-x2/56)
MPYA*AR2+;
B=x2(1-x'
2/30(1-x2/56))
STB,*AR2;
(dtemp)=x'
2(1-x2/30(1-x'
2/56))
||LD*AR4,B;
MASR*AR2-,*AR3+,B,A;
A=1-x2/12(1-x'
SFTAA,-1,A;
-1/2
B=-x'
2/2(1-x'
2/12(1-x'
2/30
(1-x'
2/56)))
MAR*AR2+
RETD
ADD*AR4,16,B;
B=1-x'
2/12(1-x2/30
;
(1-)c2/56)))
STHB,*AR2;
cos(theta)
.end
(2)正弦波源程序vectors.asm清单
vectors.asm
.title“vectors”
.refstart
.sect“.vectors”
Bstart
(3)编写链接命令文件sin.cmd清单
正弦波程序链接命令文件sin.cmd
.\Debug\sin.obj
.\Debug\vectors.obj
-osin.out
-msin.map
-estart
MEMORY
{
PAGE0:
EPROM:
org=0E000h,len=1000h
VECS:
org=0FF80h,len=0080h
PAGE1:
SPRAM:
org=0060h,len=0020h
DARAM1:
org=0080h,len=0010h
DARAM2:
org=0090h,len=0010h
DARAM3:
org=0200h,len=0200h
}
SECTIONS
.text:
>
EPROMPAGE0
.data:
STACK:
SPRAMPAGE1
sin_vars:
DARAM1PAGE1
coef_s:
cos_vars:
DARAM2PAGE1
coef_c:
sin_x:
align(512){}>
DARAM3PAGE1
.vectors:
VECSPAGE0
4.4在CCS中生成项目,编译,调试
(1)在自己建立的工程文件中加载sin.asm,vectors.asm程序和sin.cmd程序。
(2)程序全部输入以后,进行编译,连接,并调试。
(3)载入可执行程序。
命令File—LoadProgram载入编译链接好的可执行程序。
(4)点击运行键RUN。
(5)程序运行后按View—Graph—Time/Frequency…设置显示窗口,观察所计算生成的正弦波图形。
(Time/Frequency…中的StartAddressSized的原始值改为0X0020,AcquisitionBufferSize改为360,DisplayDataSize改成适量值如300)
图形如下显示:
图6实验结果波形图
5系统的改进、建议
5.1改进型的哈佛结构
改进型的哈佛结构是采用双存储空间和数条总线,即一条程序总线和多条数据总线。
其特点如下:
(1)允许在程序空间和数据空间之间相互传送数据,使这些数据可以由算术运算指令直接调用,增强芯片的灵活性;
(2)提供了存储指令的高速缓冲器(cache)和相应的指令,当重复执行这些指令时,只需读入一次就可连续使用,不需要再次从程序存储器中读出,从而减少了指令执行作需要的时间。
如:
TMS320C6200系列的DSP,整个片内程序存储器都可以配制成高速缓冲结构。
5.2DSP系统信号问题
数字信号处理器(DSP)在高频信号处理上也存在一定的缺点。
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。
6结论
DSP这门课程是一门应用性很强、涉及面很广的课程。
本次报告我也有许多收获:
拿到材料后,经过认真的阅读,让我对DSP系统有了更加全面的认识,了解了DSP的基本原理,系统构成及特点,对其开发应用和发展有了更深的认识。
关于DSP软件开发CCS软件仿真中,主要是利用TMS320C54xDSP来实现正弦信号发生器,这不仅需要我们对DSP原理有所了解,还需要我们熟练的掌握CCS集成开发环境和使用方法对如何利用TMS320C54xDSP来实现正弦信号发生器,可是在电路调试的过程中我也遇到了问题,由于输入时的粗心,程序中错误很多,起初只是着急,经过耐心的检查,错误一个一个的减少,终于正确了,心情很激动!
这次报告会督促我在以后的学习中脚踏实地,求真务实,积极进取,无论做什么都要有足够的耐心。
7参考文献
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[5]张秋燕,DSP开发系统的研究期刊2002
[6]梁光胜DSP设计方法的研究期刊2006
[7]靳越DSP应用技术的研究期刊2007
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[9]EYREJ,BIERJ.TheevolutionofDSPprocessorsfromearlyarchitecturestothelatestdevelopments[J].IEEESignalProcessingMagazine,2000
[10]AndrewBateman,LainPatersonStephens.TheDSPHandbookAlgorithms,ApplicationsandDesignTechniques.PersonEducationLimited,2002
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