DSP基于TMS320C54XDSP设计简易数字示波器
工业大学
论文题目：《DSP应用》课程论文
副标题：基于TMS320C54X DSP设计简易数字示波器课程名称：《DSP应用》
学院：信息科学与工程学院
班级：电科1304
姓名：
学号：
指导老师：王洪群
摘要：随着电子测试技术的不断发展，测试技术正向着自动化、智能发、数字法的方向发展。其中示波器是电子测量中一种最常用的仪器，被广泛应用于各个领域。随着微电子技术和计算机技术的飞速发展，示波器也从模拟示波器向数字示波器发展。同模拟示波器相比，数字示波器具有很多优点，并开始逐步取代模拟示波器成为市场上的主流。
本文主要完成了简易数字示波器的设计, 通过DSP编程并结合TI公司的数字信号处理器TMS320C5402、A/D转换模块、LCD等配合外围电路进行设计。
With the continuous development of electronic testing technology, testing technology is moving in the direction of automation, intelligent development, digital law. Among them, oscilloscope is one of the most commonly used instruments in electronic measurement, which is widely used in various fields. With the rapid development of microelectronics technology and computer technology, oscilloscopes from analog oscilloscope to digital oscilloscope development. Compared with analog oscilloscopes, digital oscilloscope has many advantages, and began to gradually replace the analog oscilloscope to become the mainstream on the market.
This paper mainly completes the design of the simple digital oscilloscope, and designs it by DSP programming combined with the
digital signal processor TMS320C5402, A / D conversion module, LCD and so on with the external circuit of TI Company.
关键字：DSP TMS320C5402数字示波器频率
DSP TMS320C5402 Oscilloscope frequency
一、DSP的发展历史及现状
数字信号处理(Digital Signal Processing，简称DSP)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，数字信号处理是一种通过使用数学技巧执行转换或提取信息，来处理现实信号的方法，这些信号由数字序列表示。长期以来DSP产业取得了突飞猛进的发展，电脑﹑手机和mp3播放器等电子产品和人们的生活息息相关，这些都为DSP的发展带来了巨大的市场空间。
数字信号处理是以众多学科为理论基础的，它所涉及的围极其广泛。例如，在数学领域，微积分、概率统计、随机过程、数值分析等都是数字信号处理的基本工具，与网络理论、信号与系统、控制论、通信理论、故障诊断等也密切相关。近来新兴的一些学科，如人工智能、模式识别、神经网络等，都与数字信号处理密不可分。可以说，数字信号处理是把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系列新兴学科的理论基础。
二、TMS320C54X的硬件结构与主要特性
TMS320VC54X是TI公司于1999年10月推出的性价比极高的定点数字信号处理器（DSP）。运算速度高达100MIPS。它的部硬件组成框图包括：CPU、总线、存储器、在片外设电路等。主要特点如下：
1.CPU
先进的多总线结构(1 条程序总线,3 条数据总线和4 条地址总线)
●40 位算术逻辑运算单元(ALU)，包括1 个40 位桶型移位寄存器和2 个
独立的40 位累加器
●17 位×17 位并行乘法器，与40 位专用加法器相连，用于非流水线式
单周期乘法/累加(MAC)运算
●比较，选择，存储单元(CSSU),用于加法/比较选择
●指数编码器,可以在单周期计算40 位累加器中数值得到指数
●双地址生成器包括8 个辅助寄存器和2 个辅助寄存器算术运算单元
(ARAU)存储器
●192K 字可寻址存储空间64K 字程序存储器64K 字数据存储器以及
64K字I/O 空间
●片ROM可配置位程序/数据存储器
●片双寻址RAM（DARAM）
C5402 中的DARAM 分为若干块。由于在每个机器周期,允许对同一DARAM 块寻址2 次，因此CPU 可以在一个机器周期对同一DARAM 读出1 次。一般情下，DARAM总是映象到数据存储空间，主要用于存放数据。但是，它也可以映象到程序存储空间，用来存放程序代码。
?指令系统
●单指令重复和块指令重复操作
●块存储器传送操作
●32 位长操作数指令
●同时读入2 或3 个操作数的指令
●能并行存储和并行加载的算术指令
●条件存储指令
●从中断快速返回
?在片外围电路
●软件可编程等待状态发生器
●可编程分区转换逻辑电路
●带有部震荡器或者用外部时钟源的片锁相环(PLL)时钟发生器
●时分多路
●缓冲串行口(BSP)
●16 位可编程定时器
●8 位并行主机接口(HPI)
●外部总线关断控制，以断开外部的数据总线、地址总线和控制信号
●数据总线具有总线保持器特性
?电源
●可用IDLE1,IDLE2,IDLE3 指令控制功耗使其工作在省电方式下
●CLKOUT 输出信号可以关断
?在片仿真接口
●具有符合IEEE 1149.1 标准的在片仿真接口。如图所示：
TMS320C5402编程芯片TMS320C5402有7种寻址方式可供利用，立即数寻址、绝对寻址、直接寻址、累加器寻址、间接寻址、存储器映像寄存器寻址、堆栈寻址。其中绝对寻址、直接寻址、间接寻址和存储器映像寄存器寻址在编程中用的比较频繁。而在一般的情况下应首先使用间接寻址和存储器映像寄存器寻址因为这样可以节省指令周期。在使用直接寻址时一般选用DP寄存器的直接寻址方式。此时存储器被分为512页，页地址0~127，这样一个确定的地址由DP值和指令的地址域两部分确定。所以选取DP值的直接寻址方式时，须设定DP值，这样在程序实现时比较麻烦，通用的做法是采用TMS320C5402提供的伪指令功能，因为伪指令不占用程序的执行空间和时间。加上TMS320C5402的多总线技术提供了很多单字单指令周期的并行指令，如并行装入和存储指令、并行存储与加减指令、并行存储与乘指令，在程序中恰当地加入这些指令，可以提高程序的执行效率。
2.软件开发环境
CCS (Code Composer Studio)是一个完整的DSP 集成开发环境，也是目前最优秀、最流行的DSP 开发软件之一。CCS 最早是由GO DSP 公司为TI 的TMS320C6000 系列开发的，后来TI 收购了GO DSP，并将CCS 扩展到其它系列。现在所有的TI DSP 都可以使用该软件工具进行开发，只是只有TMS320C5000 和TMS320C6000的CCS中才能提供DSP/BIOS 功能。CCS 一般工作在两种模式下：软件仿真器和与硬件开发板相结合的在线编程。前者可以脱离DSP 芯片，在PC 机上模拟DSP 的指令集与工作机制，主要用于前期算法实现和调试。后者实时运行在DSP 芯片上，可以在线编制和调试应用程序。在CCS 下，开发者可以对软件进行编辑、编译、调试、代
码性能测试(profile)和项目管理等所有工作。除此之外，它还提供了实时分析和数据可视化功能，大大降低了DSP系统的开发难度，使开发者可以将精力集中在应用开发上。
三、数字示波器原理
数字示波器是数据采集，A/D转换，软件编程等一系列的技术制造出来的高性能示波器。数字示波器一般支持多级菜单，能提供给用户多种选择，多种分析功能。还有一些示波器可以提供存储，实现对波形的保存和处理。目前高端数字示波器主要依靠美国技术，对于300MHz带宽之的示波器，目前国做的示波器在性能上已经可以和国外品牌抗衡，且具有明显的性价比优势。
数字示波器因具有波形触发、存储、显示、测量、波形数据分析处理等独特优点，其使用日益普及。由于数字示波器与模拟示波器之间存在较大的性能差异，如果使用不当会产生较大的测量误差，从而影响测试任务。
带宽是示波器最重要的指标之一。模拟示波器的带宽是一个固定的值而数字示波器的带宽有模拟带宽和数字实时带宽两种。数字示波器对重复信号采用顺序采样或随机采样技术所能达到的最高带宽为示波器的数字实时带宽，数字实时带宽与最高数字化频率和波形重建技术因子K相关（数字实时带宽=最高数字化速率/K），一般并不作为一项指标直接给出。从两种带宽的定义可以看出，模拟带宽只适合重复周期信号的测量，而数字实时带宽则同时适合重复信号和单次信号的测量。厂家声称示波器的带宽能达到多少兆，实际上指的是模拟带宽，数字实时带宽是要低于这个值的。
例如说TEK公司的TES520B的带宽为500MHz，实际上是指其模拟带宽为500MHz，而最高数字实时带宽只能达到400MHz远低于模拟带宽。所以在测量