高性能浮点DSP教学实验平台的研究与实现

论文摘要

数字信号处理器(DSP)自诞生以来,得到了飞速发展,在通信、航空航天、医疗、工业控制方面得到了广泛的应用。面对社会和市场的需求,DSP的推广和普及势在必行。高校必须开设以新型DSP处理器为核心的实验课程,使学生能够运用高性能DSP处理器,掌握最新科技成果,改变相对于DSP快速发展的落后现状。国内虽然有一些公司提供了一些基于新型DSP的实验系统,但此类教学系统外设配置不完善、应用范围小、价格昂贵,很难应用于教学,不适合作为教学实验系统。为了加强高校中DSP技术实验教学,本文研究并设计了基于TMS320C6722的浮点DSP教学实验系统。此系统以TMS320C6722浮点DSP为数据处理核心,以STM32F103ZET6 ARM协处理器为控制核心,辅以其它模拟器件,从通用性的角度设计,不仅能够实现A/D、D/A、DDS、音频等器件的控制,而且可以模拟实现高速铁路轨道信号的发送与解调。本文首先分析了目前国内外DSP技术的发展状况,提出了设计实验系统的必要性；其次阐述了整个实验系统的硬件结构,在研究了双CPU的原理和特点的基础上,详细分析了硬件电路的设计思想和方法。再次,针对系统要实现的控制功能,详细分析了控制单元的程序设计,包括DDS、液晶、键盘的控制和CPU之间通信的协议；另外,针对TMS320C6722的特点,本文设计了一些具有创新性的综合实验,包括A/D, D/A、音频器件的控制和一些算法(FIR、FFT、卷积),并针对具体的器件,提出了器件的配置方法、软件编写的注意事项和设计的基本例程。最后,阐述了本实验系统的发展方向和发展目标。此实验系统接口丰富、功能强大、性能稳定,运用了最新的技术,设计独特,能够充分调动学生的自主性,锻炼实际动手能力,开阔视野,这将有利于对学生综合设计能力的培养。此实验系统完全可作为实时DSP技术及浮点处理器应用的教学实验系统,尤其可作为铁路轨道信号相关课题的研究平台。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 DSP技术的介绍
• 1.1.2 国内DSP实验系统研究现状
• 1.2 课题的来源和目的意义
• 1.2.1 课题的来源
• 1.2.2 课题的目的意义
• 1.3 论文的组织结构
• 2 实验系统的硬件平台
• 2.1 硬件平台的总体分析
• 2.2 主处理器的硬件设计
• 2.2.1 TMS320C6722简介
• 2.2.2 TMS320C6722核心电路设计
• 2.3 协处理器的硬件设计
• 2.3.1 STM32F103ZET6简介
• 2.3.2 STM32F103ZET6核心电路设计
• 2.4 系统外部存储器设计
• 2.4.1 EMIF接口
• 2.4.2 SDRAM硬件设计
• 2.4.3 FLASH硬件设计
• 2.5 其它外围电路硬件设计
• 2.5.1 音频模块设计
• 2.5.2 DDS信号发生电路
• 2.5.3 A/D采样转化电路
• 2.5.4 D/A转换电路
• 2.5.5 通信单元电路
• 2.5.6 数据输入输出单元电路
• 2.5.7 电源模块设计
• 2.6 CPLD逻辑控制模块设计
• 2.7 本章小结
• 3 控制单元软件设计
• 3.1 控制单元具体功能
• 3.2 ARM处理器配置
• 3.3 双口RAM的控制
• 3.4 DDS及其MAX293时钟的控制
• 3.5 通用同步异步收发器（USART）模块设计
• 3.6 LCD的控制
• 3.7 4*4键盘模块设计
• 3.8 具体通信过程
• 3.9 本章小结
• 4 浮点DSP的应用及实验设计
• 4.1 实验开发环境CCS简介
• 4.2 C6722系统和应用文件设计
• 4.2.1 软件可编程锁相环设计
• 4.2.2 定时器设置
• 4.2.3 中断控制设置
• 4.2.4 中断向量表设计
• 4.2.5 CMD文件设计
• 4.2.6 脱机运行的二级BOOT设计
• 4.3 实验设计
• 4.3.1 实验系统的硬件连接以及中断控制LED
• 4.3.2 DDS的使用及采样程序设计
• 4.3.3 卷积运算和FIR数字滤波器的设计与实现
• 4.3.4 语音实验
• 4.3.5 FFT实现与使用
• 4.3.6 串行高速A/D的使用
• 4.3.7 利用D/A实现信号的产生和发送
• 4.3.8 ZFFT的实现与应用
• 4.3.9 脱机实验
• 4.3.10 本章小结
• 5 结论
• 5.1 工作总结
• 5.2 不足和展望
• 参考文献
• 附录 A1
• 附录 A2
• 附录 A3
• 附录 A4
• 附录 A5
• 附录 A6
• 附录B
• 作者简历
• 学位论文数据集