基于应用型本科院校DSP实验教学项目的设计

【摘要】DSP（Digital Signal Processor）技术已渗透到各种工业应用的技术中，并已经成为了21世纪初各种新技术的共同基础。因此，DSP技术在教学实践应用中具有重要意义。本文以TI公司的TMS320C5515芯片为基础，为了满足实验教学的需要，扩展并开发了一个实验系统。

【关键词】DSP；教学；实验

一、实验项目

本文针对电子信息类的《DSP原理及应用教材》，根据应用型院校学生的学情，专门设置了DSP实验教学项目。该项目以CCS（Code Composer Studio）软件为基础，使用C语言或汇编语言编程。

（一）指令系统类实验

指令系统类实验主要包括加、减、乘、乘加运算，均可用汇编程序和C程序编码。在编程中，减法指令中加入了条件减法指令，汇编的乘法指令都是高位相乘，因此需要左移16位。在调试中，如若调试结果不正确，可以执行单步运行寻找问题。同时Debug执行后可在View里选择Registers查看寄存器，选择CPU Registers进行查看指令执行情况。

（二）I/O接口与中断类实验

（1）GPIO实验

C5515较之前的C55x系列更为复杂，在这里主要用到1C06H的IODIR1和1C0AH的IODATAOUT1，该装置包括两个寄存器，用于控制GPIO是否被设置为通用输入或者输出。使用GPIO方向寄存器（IODI1和IODIR2）将GPIO引脚设置为输入或输出。给这些位写一个“1”配置引脚作为输出，并写入“0”配置引脚作为输入。

（2）PLL实验

DSP使用软件可编程锁相环产生CPU所需的频率，PLL的参考时钟是从CLKIN pin或RTC片上获取的。简单来说，输入时钟的存在就是作为“参考源”，锁相环并不是为了单纯的产生同频同相信号，而是一般集成进某种“频率综合电路”，产生一个不同频但锁相的信号。

（3）定时器实验

定时包括4个寄存器即定标计数寄存器PRSC，主计数寄存器TIM，主周期寄存器PRD和定时器控制寄存器TCR。其中TDDR和PRD是用于记录周期的寄存器；PRSC由输入时钟驱动并在每个输入时钟周期减1，当其减到0时，TIM减1；当TIM减到0，定时器会向CPU发送一个中断请求TINT或者向DMA控制器发送同步事件。定时器发送中断信号或同步事件信号的频率TINT频率=输入时钟频率/（TDDR+1）*（PRD+1） 。

（4）A/D实验

A/D转换中还需对SARCTRL寄存器重新赋值，其最高位是start转换，只有将其置1，才能开始数据传递。SAR A/D模块可以在2 MHz（500纳秒）的最大时钟速率下工作，并且需要32个时钟周期转换值，这导致最大采样率为64 kbps。下列方程描述A/D可编程控制寄存器之间的关系：SAR A/D时钟频率=（系统时钟频率）/（System Culk+ 1）小于2 MHz；SAR A/D转换时间=（SAR A/D时钟周期* 32）

（5）中断实验

C5515芯片拥有数个寄存器，在程序运行前还需对其进行赋值，DSP的中断矢量指针（IVPD）指向256字节的中断向量表，这些中断向量供DSP专用。实验中，需导入中断向量表即vector.asm文件。当定时器达到指定时间时自动跳转到中断，中断控制GPIO并使LED灯不断闪烁。

（三）算法类实验

算法类实验主要包括无限冲激响应滤波器（IIR）实验、有限冲激响应滤波器（FIR）实验和快速傅里叶变换（FFT）实验。

（1）FIR滤波器实验

实验之前先要了解FDATOOL，它是MATLAB用来处理图形化滤波器的一款工具，同时也能设计和分析FIR或IIR等数字滤波器，如分析滤波器的幅度和相位响应及零极点图。本实验中数字滤波器的设计过程如下：首先使用FDATOOL设计滤波器，然后得到滤波器系数，第三步在CCS中设计FIR和IIR滤波器程序，最后输出波形观察数据。

（2）IIR滤波器实验

IIR滤波器的设计也是利用FDATOOL来获取系数，不同的是IIR存在反馈回路。因而，其不仅与输入有关，还与过去时刻的输出有关，所以在FDATOOL中需要获取两个系数。在仿真中按照设计的阶数不同，滤波器的效果也随之不同。

（3）FFT实验

假定序列x（n）的点数N是2的幂，按照DIF FFT算法可将其分为偶序列和奇序列。以同样的方式进行抽取可求得N/4点的DFT，重复抽取过程可使N点的DFT用2点的 DFT来计算。每一个2点FFT称为蝶形，随着N的不断增大，FFT的运算效率就会越来越明显。同时FFT可将時域转化为频域，故而产生了尖峰信号。调试过程：在TOOL中选择Graph中的Dual Time，点击Run，然后暂停，可查看结果。

三、总结

本文主要对DSP课程中的实验内容，根据难易程度从三个层次进行了归纳和设计。其中指令类和中断类实验主要是验证性的，使学生加深对理论知识的理解。而算法类实验是设计性的，促使学生通过将理论与实践结合起来，达到学以致用的目的。

参考文献

[1]赵洪亮，卜凡亮，黄鹤松.TMS320C55x DSP应用系统设计（第3版）[M].北京：北京航空航天大学出版社，2014.

[2]Texas Instruments.TMS320C55x DSP Library Programmers Reference，2013.

作者简介：赵艳丽（1986.10—），女，汉族，宁夏固原人，硕士，宁夏理工学院，助教，研究方向：无线通信技术。