高速DSP与串行ADC

高速DSP与串行A/D转换器TLC2558接口的设计

摘要：根据高速定点DSP芯片TMS320F206的特点，提出使用串行A/D转换器TLC2558作为DSP系统的模拟量输入部分，解决了以往基于并行数据传输的A/D转换器不能与高速DSP进行很好配合的问题。在此基础上设计了DSP与串行A/D转换器连接的硬件电路，并就A/D转换在软件设计时应注意的问题进行了探讨。关键词：串行通信，A/D转换，DSP，同步串行口

DSP（Digital Signal Processor）芯片与单片机相比，具有运算速度更快、功能更强的特点，它自诞生以来在工业控制领域的应用越来越广泛。随着DSP芯片应用的普及，DSP处理速度快的特点使它在与普通A/ D转换器接口时遇上了困难，使普通的、以并行接口传输数据的A/D转换器与DSP接口时出现读数不可靠的问题。为此，需要利用DSP芯片的其它接口资源作为A/D转换数据的输入。

1 芯片简介

1．1 TMS320F206

TMS320F206是TI公司TMS320C2xx系列16位高速定点DSP芯片，具有先进的哈佛结构，采用流水线操作和高度专业化的指令系统，集成了片内外围设备和片内存储器。当采用20MHz晶振作为时钟源时，它的主时钟周期为50ns。F206芯片具有一个同步串行口，它能提供与编译码器、串行A/D转换器等串行器件的直

接通信。在20MHz的时钟下，发送和接收操作的最大传输速率是10Mbit/s，并有四级深度的发送和接收F IFO缓冲器，在与同步串行口相关的引脚中，DX为发送串行数据引脚；FSX是帧同步信号，用来启动传送（数据帧的开始）；CLKX为发送时钟信号，定时进行位传送。同步串行口接收部分对应的引脚相应为DR、FSR和CLKR。

1．2 TLC2558

TLC2558也是TI公司生产的高性能12位串行模数转换器，共有8路模拟通道，最大采样率为400ksps，自带有8级FIFO，输入模拟量电压在0～5V之间。TLC2558的内部结构原理如图1所示。由图1可见，TLC2 558由控制逻辑电路、A/D转换器、多路转换开关和采样/保持器、参考电压、FIFO、配置寄存器（CFR）和命令寄存器（CMR）等部分构成。配置寄存器（CFR）用来设定TLC2558的工作方式，它和外部的控制信号一起可以有效地控制芯片的工作，包括采样、转换、读取数据等；命令寄存器CMR用来选择模拟量输入通道和读写CFR。在外接的信号中，SCLK引脚接时钟信号，芯片通过引脚SDI在SCLK时钟的下降沿接收数据，通过引脚SDO在SCLK时钟的上升沿传送数据；CS/为片选信号；FS为DSP帧同步输入，表示串行数据帧开始输入或输出；在扩展采样时，CSTART/可用来控制模拟输入采样的开始：高电平到低电平的跳变开始模拟输入信号的采样，而低电平到高电平的跳变则置S/H为保持模式并启动转换，如不用，可将此引脚接正电源；PWDN/为逻辑零时，模拟及基准电路均断电，使芯片低功耗运行。INT/可设定为主处理器的终端输出信号，INT/的下降沿表示数据已转换完毕，请求CPU接收数据。AD转换器采用12位的逐次逼近的ADC。TLC 2558片内还包含了一个8级12位的FIFO缓冲器，数据转换完后，放入FIFO中等待主处理器读取数据，使用者能够根据需要通过配置CFR选择FIFO中数据满2个、4个、6个、8个时或不经过FIFO，由CPU读取，这样可以使用户根据需要灵活选择DSP读取数据的方式。

2 硬件设计

在分析了F206同步串行口和串行A/D转换器TLC2558外接信号的特点后，可以利用TLC2558能与F206的同步串行口进行无缝连接的特点，在F206的同步时钟信号的作用下完成A/D转换数据的传输。图2是F20 6的同步串行口与TLC2558的硬件接口原理图。图中，A/D转换器的A0～A7为模拟量输入端，REFP与REF M分别接5V正电源和5V地线，使A/D模拟量输入范围为0～5V；FS接F206同步串行口的FSX和FSR，使数据输入和输出的帧脉冲信号均由DSP产生；FSX和FSR相连使DSP的输入帧脉冲和输出帧脉冲不再独立，保证同步串行口数据的发送接收操作以相同的帧时钟进行；SCLK接F206的CLKR和CLKX，这样，数据输入和输出的同步时钟信号均来自DSP；SDI和SDO分别接DSP同步串口信号输出、输入脚DX、DR，其中，SDI 引脚用来接收DSP发送的命令，并写入命令寄存器CMR和配置寄存器CFR，设定A/D转换器的工作方式和采样通道；CS/接DSP的XF，此时，XF相当于具有闭锁功能的输出脚，正常时为高电平，当需要对A/D进行读/写信息时，使XF输出低电平，选中A/D，然后再对A/D进行操作；INT/接DSP的BIO/，当TLC2558的FIFO中已转换的数据达到规定数量时，芯片发中断信号（INT/变低）通知DSP读取数据，这样，DSP就能以查询方式检测到BIO/为低电平，然后读取数据。

通过对TLC2558的配置寄存器CFR进行写操作，可以选择A/D转换的转换方式，TLC2558共有四种转换方式：（1）单次模式，它是唯一不用FIFO的模式，每采样一次，就必须读取数据；（2）重复模式，即反复对一固定输入端进行采样、转换，存入FIFO中的结果到设定的数量后，读取这些数据，然后开始新一轮的采样、转换；（3）扫描模式，它是对选中的通道依次进行采样、转换，当FIFO放置的数据达到规定值后，扫描方式结束，在启动下一次扫描之前，CPU必须读取FIFO中的数据；（4）重复扫描模式，即重复模式和扫描模式的综合，工作方式与扫描模式相似，当FIFO数据中的数据达到规定后，和重复模式一样去读取数据。扫描模式由于只要对TLC2558写一次命令就可以完成所有通道的采样和转换，所以用时最少，是转换效率最高的方式，因此，对于要求采集模拟量较多、速度要求较高的场合，采用扫描模式是理想的选择。而对于采集模拟量较少或者速度要求不是很高的时候，可以选择便于编程和调试的单次模式。

3 TLC2558工作时序分析

TLC2558是以DSP的同步时钟脉冲CLKX和CLKR为基准进行数据的发送和接收的，当采样频率为600Hz时，采用单次模式就可以达到要求的速度，以单次模式为例，对某个通道进行A/D转换时，首先要通过命令寄存器选择该通道，由于命令寄存器是一个4位的寄存器，所以需要4个同步时钟周期（SCLK），采样一次需要12个SCLK，转换一个模拟量需要14个SCLK，因此，完成一次转换共需要30个SCLK。当DSP采用2 02MHz晶振作为时钟源时，同步串行口的时钟周期是主时钟周斯的两倍，即100ns。所以，采用单次模式时完成一次采样/转换总共需要3us。图3是单次模式下A/D转换的时序，由图可见，在同步时钟和帧脉冲的作用下，A/D转换器通过SDI和SDO接收和发送数据。

4 编程时应注意的问题

由于TLC2558在上电或从低功耗方式重新启动后第一次转换的数据是无效数据，所以，造成了此后每次转换完成后从SDO读出的不是当次转换的数据，而是前一次的数据，如图3中的SDO所示。为了在程序执行中，在每个采样中断周期内都能得到正确的数据，可以采用以下措施：当要对通道0～通道n（n≤7）进行转换时，在每个中断周期内，依次对通道0～通道n采样和转换后，再对通道0进行一次采样和转换。每次转换完成后，读出的是前一个通道的转换数据，因此，对通道1～n采样完成后，读出的是通道0～n-1的数据，而当最后对通道0的采样完成后，读出的是通道n的数据。通过这种方式，使DSP能在每个采样周期内都能正确读出各通道A/D转换的数据。

5 结束语

本文简单介绍了串行A/D转换器TLC2558的工作原理及高速DSP进行接口的设计。DSP通过其同步串行口接收A/D转换的数据，解决了以往DSP不能与并行接口A/D转换器很好连接的问题。同时，就设计A/D转换程序的过程中要注意的问题作了说明。

参考文献

1 张雄伟.DSP芯片的原理与开发应用（第二版）.北京：电子工业出版社，2000

FPGA在高速数字信号处理中的使用

由于成本、系统功耗和面市时间等原因，许多通讯、视频和图像系统已无法简单地用现有DSP处理器来实现，现场可编程门阵列(FPGA)尤其适合于乘法和累加(MAC)等重复性的DSP任务。本文从FPGA与专用DSP器件的运算速度和器件资源的比较入手，介绍FPGA 在复数乘法、数字滤波器设计和FFT等数字信号处理中应用的优越性，值得(中国)从事信号处理的工程师关注。 Chris Dick Xilinx公司 由于在性能、成本、灵活性和功耗等方面的优势，基于FPGA的信号处理器已广泛应用于各种信号处理领域。近50%的FPGA产品已进入各种通信和网络设备中，例如无线基站、交换机、路由器和调制解调器等。FPGA提供了极强的灵活性，可让设计者开发出满足多种标准的产品。例如，万能移动电话能够自动识别GSM、CDMA、TDMA或AMPS等不同的信号标准，并可自动重配置以适应所识别的协议。FPGA所固有的灵活性和性能也可让设计者紧跟新标准的变化，并能提供可行的方法来满足不断变化的标准要求。 复数乘法 复数运算可用于多种数字信号处理系统。例如，在通讯系统中复数乘积项常用来将信道转化为基带。在线缆调制解调器和一些无线系统中，接收器采用一种时域自适应量化器来解决信号间由于通讯信道不够理想而引入的干扰问题。量化器采用一种复数运算单元对复数进行处理。用来说明数字信号处理器优越性能的指标之一就是其处理复数运算的能力，尤其是复数乘法。 一个类似DSP-24(工作频率为100MHz)的器件在100ns内可产生24×24位复数乘积(2个操作数的实部和虚部均为24位精度)。复数乘积的一种计算方法需要4次实数乘法、1次加法和1次减法。一个满精度的24×24实数管线乘法器需占用348个逻辑片。将4个实数乘法器产生的结果组合起来所需的2个48位加法/减法器各需要24个逻辑片(logic slice)。这些器件将工作在超过100MHz的时钟频率。复数乘法器采用一条完全并行的数据通道，由4×348+2×24=1440个逻辑片构成，这相当于Virtex XCV1000 FPGA所提供逻辑资源的12%。计算一个复数乘积所需的时间为10ns，比DSP结构的基准测试快一个数量级。为了获得更高的性能，几个完全并行的复数乘法器可在单个芯片上实现。采用5个复数乘法器，假设时钟频率为100MHz，则计算平均速率为每2ns一个复数乘积。这一设计将占用一个XCV1000器件约59%的资源。 这里应该强调的一个问题是I/O，有这样一条高速数据通道固然不错，但为了充分利用它，所有的乘法器都须始终保持100%的利用率。这意味着在每一个时钟来临时都要向这些单元输入新的操作数。 除了具有可实现算法功能的高可配置逻辑结构外，FPGA还提供了巨大的I/O带宽，包括片上和片外数据传输带宽，以及算术单元和存储器等片上部件之间的数据传输带宽。例如，XCV1000具有512个用户I/O引脚。这些I/O引脚本身是可配置的，并可支持多种信号标准。实现复数乘法器的另一种方法是构造一个单元，该单元采用单设定或并行的24x24实数乘法器。这种情况下，每一个复数乘法需要4个时钟标识，但是FPGA的逻辑资源占用率却降到了最低。同样，采用100MHz系统时钟，每隔40ns可获得一个新的满精度复数乘积，这仍是DSP结构基准测试数据的2.5倍。这一设定方法需要大约450个逻辑片，占一个XCV1000器件所有资源的3.7%(或XCV300的15%)。 构造一条能够精确匹配所需算法和性能要求的数据通道的能力是FPGA技术独特的特性之一。而且请注意，由于FPGA采用SRAM配置存储器，只需简单下载一个新的配置位流，同样的FPGA硬件就可适用于多种应用。FPGA就像是具有极短周转时间的微型硅片加工厂。

数字信号处理的应用和发展前景

数字信号处理的应用与发展趋势 作者：王欢 天津大学信息学院电信三班 摘要： 数字信号处理是应用于广泛领域的新兴学科，也是电子工业领域发展最为迅速的技术之一。本文就数字信号处理的方法、发展历史、优缺点、现代社会的应用领域以及发展前景五个方面进行了简明扼要的阐述。 关键词： 数字信号处理发展历史灵活稳定应用广泛发展前景 数字信号处理的简介 1.1、什么是数字信号处理 数字信号处理简称DSP，英文全名是Digital Signal Processing。 数字信号处理是利用计算机或专用处理设备以数字的形式对信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等处理，以得到符合人们需要的信号形式。 DSP系统的基本模型如下： 数字信号处理是一门涉及许多学科且广泛应用于许多领域的新兴学科。它以众多的学科为理论基础，所涉及范围及其广泛。例如，在数学领域、微积分、概率统计、随即过程、数值分析等都是数字信号处理的基本工具；同时与网络理论、信号与系统、控制论、通信理论、故障诊断等学科也密切相关。近年来的一些新兴学科，如人工智能、模式识别、神经网络等，都是与数字信号处理密不可分的。数字信号处理可以说许多经典的理论体系作为自己的理论基础，同时又使自己成为一门新兴学科的理论基础。 1.2、数字信号系统的发展过程 数字信号处理技术的发展经历了三个阶段。 70 年代DSP 是基于数字滤波和快速傅里叶变换的经典数字信号处理, 其系统由分立的小规模集成电路组成, 或在通用计算机上编程来实现DSP 处理功能, 当时受到计算机速度和存储量的限制,一般只能脱机处理, 主要在医疗电子、生物电子、应用地球物理等低频信号处理方面获得应用。 80 年代DSP 有了快速发展, 理论和技术进入到以快速傅里叶变换(FFT) 为主体的现代信号处理阶段, 出现了有可编程能力的通用数字信号处理芯片, 例如美国德州仪器公司(TI公司) 的TMS32010 芯片, 在全世界推广应用, 在雷达、语音通信、地震等领域获得应用, 但芯片价格较贵, 还不能进 入消费领域应用。 90 年代DSP 技术的飞速发展十分惊人, 理论和技术发展到以非线性谱估计为代表的更先进的信号处理阶段, 能够用高速的DSP 处理技术提取更深层的信息, 硬件采用更高速的DSP 芯片, 能实时地完成巨大的计算量, 以TI 公司推出的TMS320C6X 芯片为例, 片内有两个高速乘法器、6 个加法器, 能以200MHZ 频率完成8 段32 位指令操作, 每秒可以完成16 亿次操作, 并且利用成熟的微电子工艺批量生产,使单个芯片成本得以降低。并推出了C2X 、C3X 、C5X 、C6X不同应用范围的系列, 新一代的DSP 芯片在移动通信、数字电视和消费电子领域得到广泛应用, 数字化的产品性能价 格比得到很大提高, 占有巨大的市场。 1.3、数字信号处理的特点

串行通信技术-模拟信号转换接口

微机原理与应用实验报告6 实验9 串行通信技术 实验10A 模拟信号转换接口 实验报告

实验九串行通信技术 一、实验目的 1. 了解异步串行通信原理； 2. 掌握MSP430异步串行通信模块及其编程方法； 二、实验任务 1. 了解MSP430G2553实验板USB转串口的通信功能，掌握串口助手的使用 （1）利用PC机的串口助手程序控制串口，实现串口的自发自收功能 为实现PC串口的自发自收功能，须现将实验板上的扩展板去下，并将单片机板上的BRXD和BTXD用杜邦线进行短接，连接图如下所示： 由此可以实现PC串口的自收自发功能。 （2）思考题：异步串行通信接口的收/发双方是怎么建立起通信的 首先在异步通信中，要求接收方和发送方具有相同的通信参数，即起始位、停止位、波特率等等。在满足上面条件的情况下，发送方对于每一帧数据按照起始位数据位停止位的顺序进行发送，而接收方则一直处于接受状态，当检测到起始位低电平时，看是采集接下来发送方发送过来的数据，这样一帧数据（即一个字符）传送完毕，然后进行下一帧数据的接受。这样两者之间就建立起了通信。 2. 查询方式控制单片机通过板载USB转串口与PC机实现串行通信 （1）硬件连接图

（2）C语言程序 采用SMCLK=1.0MHz时，程序如下：

其中SMCLK=1MHz，波特率采用的是9600，采用低频波特方式，则N=1000000/9600=104.1666…，故UCA0BR1=0，UCA0BR0=104，UCBRS=1； 当采用外部晶振时，时钟采用默认设置即可，程序如下：

也是采用了低频波特率方式，所以关于波特率设置的相关计算和上面是一样的。 （3）思考：如果在两个单片机之间进行串行通信，应该如何设计连线和编程？ 由于在上面的连线中将单片机上的P1.2和BRXD相连，P1.1和BTXD相连，所以若要在两个单片机之间进行通信，首先应该将两个单片机的P1.2和P1.1交叉相连，并根据上面的程序进行相同的关于端口和波特率相关的设置即可实现两个单片机之间的通信。 3. （提高）利用PC机RS232通信接口与单片机之间完成串行通信 （1）硬件连接图 在实验时，采用了将PC机的串口com1直接连接至MSP430F149的孔型D9连接器上，G2553单片机的输出引脚P1.1和P1.2分别与F149单片机上的URXD1和UTXD1相连接，连接图如下所示：

高速实时数字信号处理硬件技术发展概述

高速实时数字信号处理硬件技术发展概述 摘要:在过去的几年里，高速实时数字信号处理（DSP）技术取得了飞速的収展，目前单片DSP芯片的速度已经可以达到每秒80亿次定点运算（8000MIPS）；其 高速度、可编程、小型化的特点将使信息处理技术迚入一个新纪元。一个完整的高速 实时数字信号处理系统包括多种功能模块，如DSP，ADC，DAC，RAM，FPGA，总线接口等技术本文的内容主要是分析高速实时数字信号处理系统的特点，构成，収展过程和系统设计中的一些问题，幵对其中的主要功能模块分别迚行了分析。最后文中介绍了一种采用自行开収的COTS产品快速构建嵌入式幵行实时信号处理系统的设计方法。 1．概述 信号处理的本质是信息的变换和提取，是将信息仍各种噪声、干扰的环境中提取出来，幵变换为一种便于为人或机器所使用的形式。仍某种意义上说，信号处理类似于”沙里淘金”的过程:它幵不能增加信息量（即不能增加金子的含量），但是可以把信息（即金子）仍各种噪声、干扰的环境中（即散落在沙子中）提取出来，变换成可以利用的形式（如金条等）。如果不迚行这样的变换，信息虽然存在，但却是无法利用的，这正如散落在沙中的金子无法直接利用一样。 高速实时信号处理是信号处理中的一个特殊分支。它的主要特点是高速处理和实时处理，被广泛应用在工业和军事的关键领域，如对雷达信号的处理、对通

信基站信号的处理等。高速实时信号处理技术除了核心的高速DSP技术外，还包括很多外围技术，如ADC，DAC等外围器件技术、系统总线技术等。 本文比较全面地介绍了各种关键技术的当前状态和収展趋势，幵介绍了目前高性能嵌入式幵行实时信号处理的技术特点和収展趋势，最后介绍了一种基于COTS产品快速构建嵌入式幵行实时信号处理系统的设计方法。 2．DSP技术 2.1 DSP的概念 DSP（digital signal processor），即数字信号处理器，是一种专用于数字信号处理的可编程芯片。它的主要特点是: ①高度的实时性，运行时间可以预测； ②Harvard体系结构，指令和数据总线分开（有别于冯·诺依曼结构）； ③RISC指令集，指令时间可以预测； ④特殊的体系结构，适合于运算密集的应用场合； ⑤内部硬件乘法器，乘法运算时间短、速度快； ⑥高度的集成性，带有多种存储器接口和IO互联接口； ⑦普遍带有DMA通道控制器，保证数据传辒和计算处理幵行工作； ⑧低功耗，适合嵌入式系统应用。 DSP有多种分类方式。其中按照数据类型分类，DSP被分为定点处理器（如ADI的ADSP218x/9xBF5xx，TI的TMS320C62/C64）和浮点处理器（如ADI的SHARC/Tiger SHARC系统·TI的TMS320C67）。 雷达信号处理系统对DSP的要求很高，通常是使用32bit的高端DSP；而且浮

基于TMS320C6455的高速数字信号处理系统设计

基于TMS320C6455的高速数字信号处理系统设计 摘要：针对高速实时数字信号处理系统设计要求，本文提出并设计了基于dsp+fpga结构的高速数字信号处理系统，采用ti公司目前单片处理能力最强的定点dsp芯片tms320c6455为系统主处理器，fpga作为协处理器。详细论述了dsp外围接口电路的应用和设计，系统设计电路简洁、实现方便，可靠性强。 关键词：tms320c6455 fpga 数字信号处理系统设计 design of high-speed digital signal processing system based on tms320c6455 cao jingzhi,he fei,li qiang，ren hui，qin wei （department of tool development,china petroleum logging co.,ltd shaan xi xi’an 710077） abstract:according to the design needs of high-speed real-time digital signal processing system.the paper puts forward a design of high-speed digital signal processing system based on dsp+fpga structure,adopting ti company fixed-point dsp chip tms320c6455,the currently strongest capacity monolithic processor,for system main processor,and fpga as coprocessor.this paper describs the application and design of dsp periphery circuit interface in detail.the system design has simple circuit and realize convenient, reliability.

串行通信技术SERDES正成为高速接口的主流

串行通信技术SERDES正成为高速接口的主流 串行通信技术SERDES正成为高速接口的主流 2009-08-21 13:44随着对信息流量需求的不断增长，传统并行接口技术成为进一步提高数据传输速率的瓶颈。过去主要用于光纤通信的串行通信技术——SERDES正在取代传统并行总线而成为高速接口技术的主流。本文阐述了介绍SERDES 收发机的组成和设计，并展望了这种高速串行通信技术的广阔应用前景。 ? SERDES是英文SERializer(串行器)/DESerializer(解串器)的简称。它是一种时分多路复用(TDM)、点对点的通信技术，即在发送端多路低速并行信号被转换成高速串行信号，经过传输媒体(光缆或铜线)，最后在接收端高速串行信号重新转换成低速并行信号。这种点对点的串行通信技术充分利用传输媒体的信道容量，减少所需的传输信道和器件引脚数目，从而大大降低通信成本。 ? SERDES技术最早应用于广域网(WAN)通信。国际上存在两种广域网标准：一种是SONET，主要通行于北美；另一种是SDH，主要通行于欧洲。这两种广域网标准制订了不同层次的传输速率。目前万兆(OC-192)广域网已在欧美开始实行，

中国大陆已升级到2.5千兆(OC-48)水平。SERDES技术支持的广域网构成了国际互联网络的骨干网。 ? SERDES技术同样应用于局域网(LAN)通信。因为SERDES 技术主要用来实现ISO模型的物理层，SERDES通常被称之为物理层(PHY)器件。以太网是世界上最流行的局域网，其数据传输速率不断演变。IEEE在2002年通过的万兆以太网标准，把局域网传输速率提高到了广域网的水平，并特意制订了提供局域网和广域网无缝联接的串行WAN PHY。与此同时，SERDES技术也广泛应用于不断升级的存储区域网(SAN)，例如光纤信道。 ? 随着半导体技术的迅速发展，计算机的性能和应用取得了长足进步。可是，传统并行总线技术——PCI却跟不上处理器和存储器的进步而成为提高数据传输速率的瓶颈。新一代PCI标准PCI Express正是为解决计算机IO瓶颈而提出的(见表1)。PCI Express是一种基于SERDES的串行双向通信技术，数据传输速率为2.5G/通道，可多达32通道，支持芯片与芯片和背板与背板之间的通信。国际互联网络和信息技术的兴起促成了计算机和通信技术的交汇，而SERDES串行通信技术逐步取代传统并行总线正是这一交汇的具体体现。

数字信号处理技术及发展趋势

数字信号处理技术及发展趋势 贵州师范大学物电学院电子信息科学与技术 罗滨志 120802010051 摘要 数字信号处理的英文缩写是DSP，而数字信号处理又是电子设计领域的术语，其实现的功能即是用离散（在时间和幅度两个方面）所采样出来的数据集合来表示和处理信号和系统，其中包括滤波、变换、压缩、扩展、增强、复原、估计、识别、分析、综合等的加工处理，从而达到可以方便获得有用的信息，方便应用的目的【1】。而DPS实现的功能即是对信号进行数字处理，数字信号又是离散的，所以DSP大多应用在离散信号处理当中。 从DSP的功能上来看，其发展趋势日益改变着我们的科技的进步，也给世界带来了巨大的变化。从移动通信到消费电子领域，从汽车电子到医疗仪器，从自动控制到军用电子系统中都可以发现它的身影【2】。拥有无限精彩的数字信号处理技术让我们这个世界充满变化，充满挑战。 In this paper Is the abbreviation of digital signal processing DSP, the digital signal processing (DSP) is the term in the field of electronic design, the function of its implementation is to use discrete (both in time and amplitude) sampling represented data collection and processing of signals and systems, including filtering, transformation, compression, extension, enhancement, restoration, estimation, identification, analysis, and comprehensive processing, thus can get useful information, convenient for the purpose of convenient application [1]. And DPS the functions is to digital signal processing, digital signal is discrete, so most of DSP applications in discrete signal processing. From the perspective of the function of DSP, and its development trend is increasingly changing our of the progress of science and technology, great changes have also brought the world. From mobile communication in the field of consumer electronics, from automotive electronics to medical equipment, from automatic control to the military electronic systems can be found in the figure of it [2]. Infinite wonderful digital signal processing technology to let our world full of changes, full of challenges

高速DSP的PCB抗干扰设计技术(精)

高速DSP的PCB抗干扰设计技术 高速系统中，噪声干扰的产生是第一影响因素，高频电路还会产生辐射和冲突，而较快的边缘速率则会产生振铃、反射和串扰。如果不考虑高速信号布局布线的特殊性，设计出的电路板将不能正常工作。因此PCB板的设计成功是DSPs电路设计过程中非常关键的一个环节。 1 传输线效应 1.1信号完整性 信号完整性主要有反射、振铃、地弹和串扰等现象。PCB板上的走线可等效为图1所示的串联和并联的电容、电阻和电感结构。串联电阻的典型值0.25D.／R-4）。55DJft，并联电阻阻值通常很高。将寄生电阻、电容和电感加到实际的PCB连线中之后，连线上的最终阻抗称为特征阻抗zo。 如果传输线和接收端的阻抗不匹配，这就会引起信号的反射和振荡。 布线的几何形状，不正确的线端接，经过连接器的传输及电源平面的不连续等因素的变化均会导致反射。过冲和下冲是信号在电平上升沿和下降沿变化时产生的，会在瞬间产生高于或低于平稳电平的毛刺，容易损坏器件。信号的振铃和环绕振荡分别是由线上不恰当的电感和电容所应起的。振铃可以通过适当的端接予以减小。 当电路中有大的电流涌动时会引起地弹，若有一个较大的瞬态电流在芯片与板的电源平面流过，芯片封装与电源平面间的寄生电感和电阻就会引发电源噪声。串扰是两条信号线之间的耦合问题，信号线之间的互感和互容导致了线上的噪声。容性耦合引发耦合电流，而感性耦合引发耦合电压。PCB板层的参数、信号线间距、驱动端和接收端的电气特性及线端接方式对串扰都有一定的影响。 1.2 解决办法 要解决常见的问题需要采取的一些措施： 电源层对电流方向不限制，返回线可沿着最小阻抗即与信号线最接近的路径走。这就可能使电流回路最小，而这将是高速系统首选的方法。但是电源层不排除线路杂波，不注意电源分布路径，所有系统均会产生噪声造成错误。因此需要特殊的滤波器，由旁路电容实现。一般一个l虾到lOp.F的电容放在板上电源输入端，而0.01p.F至U0.1心的电容放在板上每个有源器件的电源、地的管脚之间。旁路电容的作用就像滤波器，大电容（10aF）放在电源输入端，滤除板外产生的低频（60Hz）噪声，板上有源器件产生的噪声在100MHz或更高的频率下会产生谐波，放在每个芯片之间的旁路电容通常比放在板上电源输入端的电容小得多。

数字信号处理的新技术及发展

数字信号处理的新技术及发展 摘要：数字信号处理是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。本文简述了数字信号处理技术的发展过程，分析了数字信号处理技术在多个领域应用状况，介绍了数字信号处理技术的最新发展，对数字信号处理技术的发展前景进行了展望。 关键词：信号数字信号处理信息技术DSP 0引言 自从数字信号处理（Digital Signal Processor）问世以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生，并到迅速的发展。由于它具有高速、灵活、可编程、低功耗和便于接口等特点，已在图形、图像处理，语音、语言处理，通用信号处理，测量分析，通信等领域发挥越来越重要的作用。随着技术成本的降低，控制界已对此产生浓厚兴趣，已在不少场合得到成功应用。 1数字信号处理技术的发展历程 DSP的发展大致分为三个阶段： 在数字信号处理技术发展的初期（二十世纪50-60年代），人们只能在微处理器上完成数字信号的处理。直到70年代，有人才提出了DSP的理论和算法基础。一般认为，世界上第一个单片DSP芯片应当是1978年AMI公司发布的S281l。1979年美国Intel公司发布的商用可编程器件2920是DSP芯片的一个重要里程碑。这两种芯片内部都没有现代DSP芯片所必须有的单周期乘法器。1980年，日本NEC公司推出的mPD7720是第一个具有硬件乘法器的商用DSP芯片，从而被认为是第一块单片DSP器件。 随着大规模集成电路技术的发展，1982年美国德州仪器公司推出世界上第一代DSP芯片TMS32010及其系列产品，标志了实时数字信号处理领域的重大突破。Ti公司之后不久相继推出了第二代和第三代DSP芯片。90年代DSP发展最快。Ti公司相继推出第四代、第五代DSP芯片等。 随着CMOS技术的进步与发展，日本的Hitachi公司在1982年推出第一个基于CMOS工艺的浮点DSP芯片，1983年日本Fujitsu公司推出的MB8764，其指

(完整版)TMS320C6455高速SRIO接口设计

TMS320C6455高速SRIO接口设计 引言 数字信号处理技术已广泛应用于通信、雷达、声纳、遥感、图形图像处理和语音处理等领域。随着现代科技的发展，尤其是半导体工艺的进入深亚微米时代，新的功能强劲的高性能数字信号处理器(DSP)也相继推出，如ADI（美国模拟器件）公司的TigerSHARC系列和TI（德州仪器）公司的 C6000系列，但是，要实现对运算量和实时性要求越来越高的DSP 算法，如对基于分数阶傅立叶变换的Chirp信号检测与估计，合成孔径雷达(SAR)成像，高频地波雷达中的自适应滤波和自适应波束形成等算法，单片DSP 仍然显得力不从心。这些挑战主要涉及两个主题：一是计算能力，指设备、板卡和系统中分别可用的处理资源。采用多DSP、多FPGA系统，将是提高运算能力的一个有效途径。二是连接性，从本质上说就是实现不同设备、板卡和系统之间的“快速”数据转移。对于一些复杂的信息系统，对海量数据传输的实时性提出了苛刻的要求，多DSP之间、DSP与高速AD采集系统、DSP与FPGA间的高速数据传输，是影响信号处理流程的主要瓶颈之一。TI公司最新推出的高性能TMS320C6455（下文称C6455）处理器，具有高速运算能力的同时集成了高速串行接口SRIO，方便多DSP以及DSP与FPGA之间的数据传输，在一定程度上满足了高速实时处理和传输的要求。本文在多DSP+FPGA通用信号处理平台的基础上，深入研究了多DSP间，DSP与FPGA间的SRIO 的数据通信和加载技术的软硬件设计与实现。这些技术包括了目前SRIO接口的各种应用方式，可作为SRIO接口及C6455开发提供参考[1-3]。 1 C6455特性及SRIO标准介绍 C6455是目前单片处理能力最强的新型高性能定点DSP，它是TI 公司基于第三代先进VeloviTI VLIW(超长指令字)结构开发出来的新产品。最高主频为1.2GHz，16位定点处理能力为9600MMAC/s。C6455建立在增强型C64x+ DSP内核基础之上，代码尺寸平均缩短了20%至30%，周期效率提高了20%。C6455不仅是内核的增强和运算速度的提升，相比以前的芯片，集成了丰富的外围接口，如千兆以太网控制器，66 MHz PCI总线接口，最重要的是增加了新的外设接口SRIO，全双工工作时，四个端口峰值速率每秒高达25 Gbits，解决了DSP高速数据传输的瓶颈，降低了开发多处理器系统的难度[4-5]。 RapidIO是新一代高速互连技术，已于2004年被国际标准化组织(ISO)和国际电工协会(IEC) 批准为ISO/IEC DIS 18372标准。RapidIO互连定义包括两类技术：面向高性能微处理器及系统互连的Parallel RapidIO接口；面向串行背板、DSP和相关串行控制平面应用的Serial RapidIO接口。SRIO支持编程模型包括基本存储器映射IO事务、基于端口的消息传递和基于硬件一致性的全局共享分布式处理器。 SRIO互连架构是一个开放的标准，满足了嵌入式基础实施在应用方面的广泛需要。可行的应用包括多处理器、存储器、网络设备中的存储器映射I/O器件、存储子系统和通用计算平台。这一互连技术主要作为系统内部互连，支持芯片到芯片和板到板的通信，可以实现从1Gbps到60Gbps的性

高速实时数字信号处理系统技术探析

高速实时数字信号处理系统技术探析　 （毛二可院士　龙腾副教授）　 　 高速实时数字信号处理（ＤＳＰ）技术取得了飞速的发展，目前单片ＤＳＰ芯片的速度已经可以达到每秒１６亿次定点运算（１６００ＭＩＰｓ到４８００ＭＩＰｓ）；最近ＴＩ宣布１ＧＨｚ　ＤＳＰ已经准备投产。其高速度、可编程、小型化的特点将使信息处理技术进入一个新纪元。一个完整的高速实时数字信号处理系统包括多种功能模块，如ＤＳＰ、ＡＤＣ、ＤＡＣ等等。本文的内容主要是分析高速实时数字信号处理系统的产生、特点、构成、以及系统设计中的一些问题，并对其中的主要功能模块分别进行了分析。　 一、高速实时数字信号处理概述　 １．信号处理的概念　 信号处理的本质是信息的变换和提取，是将信息从各种噪声、干扰的环境中提取出来，并变换为一种便于为人或机器所使用的形式。从某种意义上说，信号处理类似于＂沙里淘金＂的过程：它并不能增加信息量（即不能增加金子的含量），但是可以把信息（即金子）从各种噪声、干扰的环境中（即散落在沙子中）提取出来，变换成可以利用的形式（如金条等等）。如果不进行这样的变换，信息虽然存在，但却是无法利用的；这正如散落在沙中的金子无法直接利用一样。　 ２．高速实时数字信号处理的产生　 早期的信号处理主要是采用模拟的处理方法，包括运算放大电路、声表面波器件（ＳＡＷ）以及电荷耦合器件（ＣＣＤ）等等。例如运算放大电路通过不同的电阻组配可以实现算术运算，通过电阻、电容的组配可以实现滤波处理等等。模拟处理最大的问题是不灵活、不稳定。其不灵活体现在参数修改困难，需要采用多种阻值、容值的电阻、电容，并通过电子开关选通才能修改处理参数。其不稳定主要体现为对周围环境变化的敏感性，例如温度、电路噪声等都会造成处理结果的改变。 　解决以上问题最好的方法就是采用数字信号处理技术。数字信号处理可以通过软件修改处理参数，因此具有很大的灵活性。由于数字电路采用了二值逻辑，因此只要环境温度、电路噪声的变化不造成电路逻辑的翻转，数字电路的工作都可以不受影响地完成，具有很好的稳定性。因此，数字信号处理已经成为信号处理技术的主流。　 数字信号处理的主要缺点是处理量随处理精度、信息量的增加而成倍增长，解决这一问题的方法是研究高速运行的数字信号处理系统；这就是本文所探讨的主题：高速实时数字信号处理的理论与技术。　３．高速实时数字信号处理特点　 　高速实时数字信号处理的特点：　 首先是高速度，其处理速度可以达到数百兆量级。

RS485串行通信电路设计

RS485串行通信接口电路的总体设计 在电参数仪的设计中，数据采集由单片机AT89C52负责，上位PC机主要负责通信（包括与单片机之间的串行通信和数据的远程通信），以及数据处理等工作。在工作中，单片机需要定时向上位PC机传送大批量的采样数据。通常，主控PC机和由单片机构成的现场数据采集系统相距较远，近则几十米，远则上百米，并且数据传输通道环境比较恶劣，经常有大容量的电器（如电动机，电焊机等）启动或切断。为了保证下位机的数据能高速及时、安全地传送至上位PC机，单片机和PC机之间采用RS485协议的串行通信方式较为合理。 实际应用中，由于大多数普通PC机只有常用的RS232串行通信口，而不具备RS485通信接口。因此，为了实现RS485协议的串行通信，必须在PC机侧配置RS485/RS232转换器，或者购买适合PC机的RS485卡。这些附加设备的价格一般较贵，尤其是一些RS485卡具有自己独特的驱动程序，上位PC机的通信一般不能直接采用WINDOW95/98环境下有关串口的WIN32通信API函数，程序员还必须熟悉RS485卡的应用函数。为了避开采用RS485通信协议的上述问题，我们决定自制RS485/RS232转换器来实现单片机和PC机之间的通信。 单片机和PC机之间的RS485通信硬件接口电路的框图，如下图1所示。 从图1可看出，单片机的通信信号首先通过光隔，然后经过RS485接口芯片，将电平信号转换成电流环信号。经过长距离传输后，再通过另一个RS485接口芯片，将电流环信号转换成电平信号。 图1单片机与PC机之间的RS485通信硬件接口电路的框图(略) 该电平信号再经过光电隔离，最后由SR232接口芯片，将该电平信号转换成与PC机RS232端口相兼容的RS232电平。由于整个传输通道的两端均有光电隔离，故无论是PC机还是单片机都不会因数据传输线上可能遭受到的高压静电等的干扰而出现“死机”现象。 2接口电路的具体设计 2-1单片机侧RS485接口电路的设计 单片机侧RS485接口电路如图2所示。 AT89C52单片机的串行通信口P3 0（RXD）和P3 1（TXD）的电平符合TTL/CMOS标准（逻辑“0”的电平范围为0V～0.8V,逻辑“1”的电平为2 4V～VCC）,它们首先通过光电隔离器件6N137隔离，以保护单片机不受传输通道的干扰影响，其中T01和?T02是为了增加光隔输入端的驱动能力。光隔6N137的左侧电源与单片机相同，右侧必须采用另一组独立的＋5V电源，且两组电源不能供电。 图2单片机侧RS485接口电路

基于单片机的RS-C串行通信接口设计

基于单片机的RS-232C串行通信接口设计 课程设计任务书 课程名称专业综合课程设计 院（系）专业 课程设计时间: 2011 年1 月3 日至2011 年1 月14 日课程设计的内容及要求： 利用WAVE仿真器、8051 单片机开发基于单片机的RS-232C串行通信系统，实现单片机与PC机的通讯，要求实现数据收发功能. 具体要求如下： （1）按以上要求制定设计方案，并绘制出系统工作框图； （2）按要求设计单片机系统，给出电路原理图； （3）用仿真器及单片机系统和PC机进行程序设计与调试； （4）接受PC机发送数据，并将其会发给PC机； 指导教师年月日 负责教师年月日 学生签字年月日 目录 0. 前言 (1) .......... 1. 总体方案设计 (2) 2. 硬件电路的设计 (2) 2.1单片机介绍 (2)

2.2串口基本结构介绍 (3) 2.3电平转换电路设计 (4) 2.4整体电路设计 (5) 3 软件设计 (6) 3.1串行通信的实现 (6) 3.2流程框图 (6) 4.联合调试 (7) 5. 课设小结及进一步设想 (7) 参考文献 (9) 附录I 元件清单 (10) 附录II 整体电路图 (11) 附录III 源程序清单 (12) 杨毅沈阳航空航天大学自动化学院 摘要：随着计算机技术特别是单片机技术的发展，单片机的应用领域越来越广泛，单片机在工业控制、数据采集以及仪器仪表自动化等许多领域都起着十分重要的作用。但在实际应用中，在要求响应速度快、实时性强、控制量多的应用场合，单个单片机往往难以胜任，这时使用多个单片机接合PC 机组成分布式系统是一个比较好的解决方案。这样，单片机的数据通信技术就变得十分重要，在某种程度上说，掌握了单片机的数据通信技术也就是掌握了单片机的核心应用技术。现在单片机及PC机在结构、性能和经济上为实现远程串行通信提供了很好的条件，串行通信是指按照逐位顺序传递数据的通信方式，由于仅需三根传输线传送信息且通信距离相对较远，所以在控

数字信号处理发展过程

数字信号处理技术的发展过程 1.电阻、电容、电感 电阻表现为：理想电阻电压电流特性不随所加频率的改变而变化 电容特性：电容两极间电压不能突变，阻抗随着所加信号频率的增加而减小，常用做滤波，储能。 电感特性：电感两端电流不能突变，阻抗随频率增加而增加，通常用做高频滤波 AC AC AC () di u t L dt = () du i t C dt = i U R = u t t t i i i 2.RLC串联振荡电路分析

AC R L C c du dt i C =R c du dt RC u Ri ==2 2L c d u di dt dt LC u L == 根据KVL 电压定理：2 2c L C c R C d u dt du LC RC dt u U u u u =++=++ 3. 二极管 随着半导体技术的发展，人们发明了二极管，二极管具有单向导通的特性；即外加正向电压时导通，外加反向电压时截止，但是当反向电压超过一定值时，二极管会被反向击穿，此电压成为反向击穿电压U BR 二极管伏安特性：

二极管应用举例2： 或门 4. 晶体管 随着技术的发展，出现了晶体管，晶体管的主要功能是：工作在放大区，能够实现对小信号的放大作用。 基本放大电路工作原理：电流控制型，设置合适的静态工作点，当给基极施加微小的电压信号i u ，基极产生微电流变化B i ，由晶体管的放大作用产生c B i i β=，输出电压CE c C B C V Vcc i R Vcc i R β=-=-

后来出现的场效应管，原理和晶体管类似，为电压控制型，功耗更低。 5.晶体管开关特性 晶体管有三种工作状态： 1、放大区此种状态下集体管处在线性工作状态，能够对信号进行不失真的放大 2、饱和区 3、截至区 当工作在饱和和截止区时，三极管要么导通要么截止，从而三极管具有了开关特性。人们利用三极管的这种性质产生了0和1两种数字电平。

1第一章 数字信号处理和DSP系统

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第1章 数字信号处理和DSP系统
肖 飞

授 课 内 容
一、实时数字信号处理技术的发展 二、数字信号处理器的应用 三、数字信号处理器的特点 数字信号处 的特点 四 德州仪器公司的DSP产品 四、德州仪器公司的 五、DSP芯片的选择 五 片的选择 六、DSP应用系统设计流程 七、DSP软件开发流程
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1 1 实时数字信号处理技术的发展 1.1
典型实时数字信号处理系统的基本部件
A 输入
抗混叠 滤波器
A
ADC
D
数字信 号处理
D
DAC
A
抗镜像 滤波器
A 输出
DAC 数/模转换器（Digital-to-Analog Converter） ADC 模/数转换器（Analog-to-Digital A l t Di it l Converter C t ） 抗混叠滤波器 抗镜像滤波器 （Anti-aliasing g filter） （Anti-image filter）

串行通信接口设计说明

自动化技术综合实训报告 实训题目:串行通讯接口设计 院系：信系工程与自动化学院自动化系 专业：自动化 班级：自动化 姓名： 学号： 指导教师： 实训地点：信自楼 开课时间：2011年6月22日 学生姓名：

串行通信接口设计 摘要:本文介绍了PC机与单片机采用RS-232C进行串行通信的接口方法。利用89C51，MAX232芯片等其他元件组成简单的PC机与单片机数据互发电路。给出了PC机实现串行通信的软件设计方法。 关键字：串行通信、PC机、单片机、RS232C Keywords: serial communication, PC, microcontroller, RS232C Abstract: This paper describes the use of PC and microcontroller RS-232C serial communication interface methods. Using 89C51, MAX232 chip and other components form a simple PC and send data to each chip circuit. Giving the PC serial communication software design methods. 个人摘要：这次的自动化技术综合实训中，我在本小组中主要负责的是硬件方面。包括排板、焊接电路和硬件的调试以及帮助参考辅助别的方面的设计。由于经验不足出现排版不合理，只为一遍接线方便而未能合理排版而出现了一些不必要的跨线，总体来说焊接过程顺利。美观度一般，未出现短接虚焊等情况！

数字信号处理的现状与前景

数字信号处理的现状与前景 摘要：近年来，随着通信技术的飞速发展，DSP已经成为信号与信息处理领域里一门十分重要的新兴学科，它代表着当今无线系统的主流发展方向。现在，通信领域中许多产品都与DSP密切联系，例如，Modem、数据加密、扩频通信、可视电话等。而寻找DSP芯片来实现算法最开始的目标是在可以接受的时间内对算法做仿真，随后是将波形存储起来，然后再加以处理。由于它具有高速、灵活、可编程、低功耗和便于接口等特点，已在图形、图像处理，语音、语言处理，通用信号处理，测量分析，通信等领域发挥越来越重要的作用。 关键字：DSP技术，现状，前景 正文： 数字信号处理器是一种专门用来实现各种信号处理的微处理器。根据使用方法不同可分为专用DSP和通用DSP。专用的DSP是用来实现某些特定的信号处理功能,如数字滤波,FFT等.它不需要编程,使用方便,处理速度快,但是缺乏灵活。通用DSP则有完整的指令系统,通过编程来实现各种信号处理功能. DSP主要是为了满足通信,雷达,数字电视,软件无线电等领域对数字信号处理的需要。 DSP的特点有很多，体现在数学计算密集应用，如典型的数字信号处理算法，包括FFT,数字滤波等,其特点就是数学计算密集。DSP在其体系结构上采取了一系列措施, 使其在数学计算方面具有优越的性能.在通信等领域的调制和解调,雷达中的信号检测中,必须在若干 微秒至毫秒内完成数据处理,并且给出运算结果,这就是所谓实时处理。 DSP发展历程大致分为四个阶段：第一阶段是70年代理论先行，第二阶段是80年代产品普及，第三阶段是90年代突飞猛进，第四阶段是21 世纪再创辉煌。 在DSP出现之前数字信号处理只能依靠MPU（微处理器）来完成。但MPU较低的处理速度无法满足高速实时的要求。因此，70年代有人提出了DSP的理论和算法基础。而DSP仅仅停留在教科书上，即便是研制出来的DSP系统也是由分立组件组成的，其应用领域仅局限于军事、航空航大部门。 随着大规模集成电路技术的发展，1982年世界上诞生了首枚DSP芯片。这种DSP器件采用微米工艺NMOS技术制作，虽功耗和尺寸稍大，但运算速度却比MPU快了几十倍，尤其在语音合成和编码解码器中得到了广泛应用。DSP芯片的问世标志着DSP应用系统由大型系统向小型化迈进了一大步。随着CMOS技术的进步与发展，第二代基于CMOS工艺的DSP芯片应运而生，其存储容量和运算速度成倍提高，成为语音处理、图像硬件处理技