資料介紹
在許多實際應用DSP系統中,輸入信號既可以是語音信號、調制的電話信號、編碼的數字信號、壓縮后的圖像信號,也可以是各種傳感器輸出的模擬信號,這就需要DSP通過A/D和D/A轉換完成數字信號和模擬信號之間的轉換,從而能使DSP處理模擬信號和將數字信號轉換成易于人機交互的聲、光、電等信號。DES5402PP是一個采用TI公司的TMS320C5402為核心處理器的實驗開發板,它提供的TLC320AC01能很好的完成這一功能。
1 IIR濾波器的MATLAB設計
盡管IIR濾波器的算法比FIR濾波器要復雜,且不是因果穩定的,但IIR濾波器也具有多種優越性,它可充分利用模擬濾波器的設計成果,工作量相對較小;在相同的設計指標下,可以用較低的階數獲得較好的性能;所用的存儲單元少,因此對于硬件來說,在相同時鐘速率和存儲空間下可以提供更好的帶外衰減特性[1]。
設低通IIR切比雪夫濾波器的采樣點為256個,采樣頻率為600Hz,輸入為兩個頻率分別為100Hz和300Hz的正弦信號的合成信號。設定截止頻率為200Hz,可以預料,將保留100Hz的信號,300Hz的信號基本被濾掉。
根據系統的設計流程,先在MATLAB中求得IIR濾波器的系數。主要分為三個步驟:產生本系統的測試信號;調用MATLAB中的濾波器函數,求出濾波器的系數;調用filter函數進行濾波,輸出濾波后的信號。驗證濾波器的性能后,將濾波器的系數通過程序寫成.inc的文件,通過.include語句將其寫入DSP匯編程序中。
2 C5402的緩沖串口(BSP)工作方式
TMS320C5402是TI公司生產的16位定點、速度為100MIPS、RAM為16×16位、ROM為4K×16位、可編程、低功耗和高性能的DSP。它提供的各種類型的串口都可以在全雙工方式下通信,其串口信號與許多符合工業標準的串行設備兼容,可以直接連接。當串口復位時,可通過DSP來關閉或打開串口工作時鐘,并允許串口運行在低功耗模式下[2]。
緩沖串口在BSP在標準串口的基礎上增加一個自動緩沖單元ABU,是一種增強型標準串口。允許8、10、12、16、20、24或32位的數據傳輸。由于ABU是一個附加邏輯電路,它允許串口單元直接將數據讀寫到C5402的內部獨立存儲器,不需要CPU參與,從而使BSP傳輸速度更快。表1給出了BSP發送和接收數據初始化的操作步驟。
表1 BSP的發送和接收初始化步驟
3 AC01的特點[3][4]
TLC320AC01也是TI公司生產的一款集成有A/D和D/A的芯片,通過串口與DSP或其他設備通信。AC01的最高采樣頻率為25kHz,其數據精度為16位,采用單一5V電源供電。C5402與AC01連接后,可以只使用一個緩沖通道串口來同時實現數據的采集和輸出,從而節省了DSP的硬件開銷。因此,DSP與AC01的連接使用在信號處理中得到了廣泛的應用。
實驗系統DES5402PP使用AC01作為模擬信號接口,有兩個AC01,分別工作于“主”、“從”模式。利用“主AC01”產生合成的輸入信號,“從AC01”將該信號轉換成濾波的數據信號并輸入到DSP芯片。其中,DSP還可以通過讀寫AC01的寄存器,控制AC01的采樣頻率、增益、低通、高通濾波器的截止頻率等參數。AC01的九個控制寄存器如表2。
1 IIR濾波器的MATLAB設計
盡管IIR濾波器的算法比FIR濾波器要復雜,且不是因果穩定的,但IIR濾波器也具有多種優越性,它可充分利用模擬濾波器的設計成果,工作量相對較小;在相同的設計指標下,可以用較低的階數獲得較好的性能;所用的存儲單元少,因此對于硬件來說,在相同時鐘速率和存儲空間下可以提供更好的帶外衰減特性[1]。
設低通IIR切比雪夫濾波器的采樣點為256個,采樣頻率為600Hz,輸入為兩個頻率分別為100Hz和300Hz的正弦信號的合成信號。設定截止頻率為200Hz,可以預料,將保留100Hz的信號,300Hz的信號基本被濾掉。
根據系統的設計流程,先在MATLAB中求得IIR濾波器的系數。主要分為三個步驟:產生本系統的測試信號;調用MATLAB中的濾波器函數,求出濾波器的系數;調用filter函數進行濾波,輸出濾波后的信號。驗證濾波器的性能后,將濾波器的系數通過程序寫成.inc的文件,通過.include語句將其寫入DSP匯編程序中。
2 C5402的緩沖串口(BSP)工作方式
TMS320C5402是TI公司生產的16位定點、速度為100MIPS、RAM為16×16位、ROM為4K×16位、可編程、低功耗和高性能的DSP。它提供的各種類型的串口都可以在全雙工方式下通信,其串口信號與許多符合工業標準的串行設備兼容,可以直接連接。當串口復位時,可通過DSP來關閉或打開串口工作時鐘,并允許串口運行在低功耗模式下[2]。
緩沖串口在BSP在標準串口的基礎上增加一個自動緩沖單元ABU,是一種增強型標準串口。允許8、10、12、16、20、24或32位的數據傳輸。由于ABU是一個附加邏輯電路,它允許串口單元直接將數據讀寫到C5402的內部獨立存儲器,不需要CPU參與,從而使BSP傳輸速度更快。表1給出了BSP發送和接收數據初始化的操作步驟。
表1 BSP的發送和接收初始化步驟
3 AC01的特點[3][4]
TLC320AC01也是TI公司生產的一款集成有A/D和D/A的芯片,通過串口與DSP或其他設備通信。AC01的最高采樣頻率為25kHz,其數據精度為16位,采用單一5V電源供電。C5402與AC01連接后,可以只使用一個緩沖通道串口來同時實現數據的采集和輸出,從而節省了DSP的硬件開銷。因此,DSP與AC01的連接使用在信號處理中得到了廣泛的應用。
實驗系統DES5402PP使用AC01作為模擬信號接口,有兩個AC01,分別工作于“主”、“從”模式。利用“主AC01”產生合成的輸入信號,“從AC01”將該信號轉換成濾波的數據信號并輸入到DSP芯片。其中,DSP還可以通過讀寫AC01的寄存器,控制AC01的采樣頻率、增益、低通、高通濾波器的截止頻率等參數。AC01的九個控制寄存器如表2。
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