DSP原理及应用

　　内容提要本书以TMS320C54x/54xx系列DSP为例，重点介绍了TMS320C54x/54xx系列DSP的硬件结构、指令系统以及DSP应用程序的设计与开发。书中精选了大量实例，实例中给出了工作原理、完整的源程序及上机汇编、链接、调试过程，初学者可以按照书中给出的步骤动手操作，在实战中掌握DSP应用技术。本书最后介绍了TMS320C54x/54xx片内外设及其应用，重点讨论了定时器、多通道缓冲串口（McBSP）的工作原理，并给出了具体的应用实例。本书既可作为高校电子类专业本科生和研究生学习DSP的教材和参考书，也可供从事DSP芯片开发与应用的广大工程技术人员参考。序随着计算机科学与技术的飞速发展，计算机的应用已经渗透到国民经济与人们生活的各个角落，正在日益改变着传统的人类工作方式和生活方式。在我国高等教育逐步实现大众化后，越来越多的高等院校会面向国民经济发展的第一线，为行业、企业培养各级各类高级应用型专门人才。为了大力推广计算机应用技术，更好地适应当前我国高等教育的跨越式发展，满足我国高等院校从精英教育向大众化教育的转变，符合社会对高等院校应用型人才培养的各类要求，我们成立了"21世纪高等院校规划教材编委会"，在明确了高等院校应用型人才培养模式、培养目标、教学内容和课程体系的框架下，组织编写了本套"21世纪高等院校规划教材"。众所周知，教材建设作为保证和提高教学质量的重要支柱及基础，作为体现教学内容和教学方法的知识载体，在当前培养应用型人才中的作用是显而易见的。探索和建设适应新世纪我国高等院校应用型人才培养体系需要的配套教材已经成为当前我国高等院校教学改革和教材建设工作面临的紧迫任务。因此，编委会经过大量的前期调研和策划，在广泛了解各高等院校的教学现状、市场需求，探讨课程设置、研究课程体系的基础上，组织一批具备较高的学术水平、丰富的教学经验、较强的工程实践能力的学术带头人、科研人员和主要从事该课程教学的骨干教师编写出一批有特色、适用性强的计算机类公共基础课、技术基础课、专业及应用技术课的教材以及相应的教学辅导书，以满足目前高等院校应用型人才培养的需要。本套教材消化和吸收了多年来已有的应用型人才培养的探索与实践成果，紧密结合经济全球化时代高等院校应用型人才培养工作的实际需要，努力实践，大胆创新，教材编写采用整体规划、分步实施、滚动立项的方式，分期分批地启动编写计划，编写大纲的确定以及教材风格的定位均经过编委会多次认真讨论，以确保该套教材的高质量和实用性。教材编委会分析研究了应用型人才与研究型人才在培养目标、课程体系和内容编排上的区别，分别提出了3个层面上的要求：在专业基础类课程层面上，既要保持学科体系的完整性，使学生打下较为扎实的专业基础，为后续课程的学习做好铺垫，更要突出应用特色，理论联系实际，并与工程实践相结合，适当压缩过多过深的公式推导与原理性分析，兼顾考研学生的需要，以原理和公式结论的应用为突破口，注重它们的应用环境和方法；在程序设计类课程层面上，把握程序设计方法和思路，注重程序设计实践训练，引入典型的程序设计案例，将程序设计类课程的学习融入案例的研究和解决过程中，以学生实际编程解决问题的能力为突破口，注重程序设计算法的实现；在专业技术应用层面上，积极引入工程案例，以培养学生解决工程实际问题的能力为突破口，加大实践教学内容的比重，增加新技术、新知识、新工艺的内容。本套规划教材的编写原则是：在编写中重视基础，循序渐进，内容精炼，重点突出，融入学科方法论内容和科学理念，反映计算机技术发展要求，倡导理论联系实际和科学的思想方法，体现一级学科知识组织的层次结构。主要表现在：背靠计算机学科的科学体系，明确目标定位，分类组织实施，兼容互补；理论与实践并重，强调理论与实践相结合，突出学科发展特点，体现学科发展的内在规律；教材内容循序渐进，保证学术深度，减少知识重复，前后相互呼应，内容编排合理，整体结构完整：采取自顶向下设计方法，内涵发展优先，突出学科方法论，强调知识体系可扩展的原则。本套规划教材的主要特点是：（1）面向应用型高等院校，在保证学科体系完整的基础上不过度强调理论的深度和难度，注重应用型人才的专业技能和工程实用技术的培养。在课程体系方面打破传统的研究型人才培养体系，根据社会经济发展对行业、企业的工程技术需要，建立新的课程体系，并在教材中反映出来。（2）教材的理论知识包括了高等院校学生必须具备的科学、工程、技术等方面的要求，知识点不要求大而全，但一定要讲透，使学生真正掌握。同时注重理论知识与实践相结合，使学生通过实践深化对理论的理解，学会并掌握理论方法的实际运用。（3）在教材中加大能力训练部分的比重，使学生比较熟练地应用计算机知识和技术解决实际问题，既注重培养学生分析问题的能力，也注重培养学生思考问题、解决问题的能力。（4）教材采用"任务驱动"的编写方式，以实际问题引出相关原理和概念，在讲述实例的过程中将本章的知识点融入，通过分析归纳，介绍解决工程实际问题的思想和方法，然后进行概括总结，使教材内容层次清晰，脉络分明，可读性、可操作性强。同时，引入案例教学和启发式教学方法，便于激发学习兴趣。（5）教材在内容编排上，力求由浅入深，循序渐进，举一反三，突出重点，通俗易懂。采用模块化结构，兼顾不同层次的需求，在具体授课时可根据各校的教学计划在内容上适当加以取舍。此外还注重了配套教材的编写，如课程学习辅导、实验指导、综合实训、课程设计指导等，注重多媒体的教学方式以及配套课件的制作。（6）大部分教材配有电子教案，以使教材向多元化、多媒体化发展，满足广大教师进行多媒体教学的需要。电子教案用PowerPoint制作，教师可根据授课情况任意修改。相关教案的具体情况请到中国水利水电出版社网站www.waterpub.com.cn下载。此外还提供相关教材中所有程序的源代码，方便教师直接切换到系统环境中教学，提高教学效果。总之，本套规划教材凝聚了众多长期在教学、科研一线工作的教师及科研人员的教学科研经验和智慧，内容新颖，结构完整，概念清晰，深入浅出，通俗易懂，可读性、可操作性和实用性强。本套规划教材适用于应用型高等院校各专业，也可作为本科院校举办的应用技术专业的课程教材，此外还可作为职业技术学院和民办高校、成人教育的教材以及从事工程应用的技术人员的自学参考资料。我们感谢该套规划教材的各位作者为教材的出版所做出的贡献，也感谢中国水利水电出版社为选题、立项、编审所做出的努力。我们相信，随着我国高等教育的不断发展和高校教学改革的不断深入，具有示范性并适应应用型人才培养的精品课程教材必将进一步促进我国高等院校教学质量的提高。我们期待广大读者对本套规划教材提出宝贵意见，以便进一步修订，使该套规划教材不断完善。数字信号处理器（DigitalSignalProcessor，DSP）以高速数字信号处理为目标进行芯片设计，采用改进的哈佛结构、内部具有硬件乘法器、应用流水线技术、具有良好的并行性和专门用于数字信号处理的指令等特点。DSP芯片以其强大的运算能力在通信、电子、图像处理等各个领域得到了广泛的应用。通用DSP芯片代表性的产品主要有n公司的TMS320系列、AD公司ADSP21xx系列、Motorola公司的DSP56xx系列和DSP96xx系列等单片器件，其中占市场份额最大的是美国德州仪器（T1）公司。TI的定点16位TMS320C54x/54xx系列DSP芯片以其优良的性能价格比得到了广泛使用。本书对TMS320C54x/54xxDSP的原理及应用进行了介绍。全书共8章，可以分为3个部分。第一部分包括第1章一第4章，介绍TMS320C54x/54xx系列DSP的硬件结构、工作原理、数据寻址方式以及指令系统。使读者初步了解芯片的硬件组成、结构特点及其指令系统。第二部分包括第5章～第7章，介绍DSP应用程序的设计与开发。第5章详细介绍了基于汇编语言和C/C++高级语言程序设计的方法，包括汇编器和链接器对段的处理、常用汇编伪指令、链接器命令文件的编写与使用、汇编语言程序编写方法、TMS320C54xC语言编程以及用C语言和汇编语言混合编程。第6章介绍了美国德州仪器公司推出的CCS（CodeComposerStudio）集成开发环境，主要内容包括CCS系统安装与设置、CCS菜单和工具栏、CCS中的编译器和链接器有关选项设置，最后通过具体实例介绍了CCS的基本操作与使用方法。在第5章介绍汇编语言程序设计和第6章CCS集成开发环境的基础上，第7章首先介绍了与程序流程控制有关的内容，然后用具体实例介绍了汇编语言程序设计的方法，以及在.CCS环境下使用Simulator（软件模拟器）进行程序调试的基本方法，最后介绍了数字信号处理中广泛使用的FIR滤波器、IIR滤波器及FFT算法在定点C54x上的实现方法和实例程序。只要使用者安装了CCS5000系统软件，在没有DSP目标板的情况下，可以使用Simulator模拟DSP程序的运行。第7章以实例的方式循序渐进地帮助读者进一步熟悉DSP的指令系统、CCS环境下汇编语言应用程序的设计和调试方法。实例中给出了工作原理、完整的源程序及上机汇编、链接、调试过程，初学者可以按照书中给出的步骤动手操作，进行实战练习。第三部分包括第8章，介绍了TMS320C54x/54xx系列DSP片内外设及其应用，内容包括定时器、时钟发生器、多通道缓冲串口（McBSP）、主机并口（HPl）工作原理以及外部总线操作，重点讨论了定时器、多通道缓冲串口（McBSP）工作原理，并给出了具体应用实例。目前，高校开设这门课程一般安排40学时左右，仅仅靠课堂教学，学生是难以掌握的。不少初学者感到学习困难，自己看书看不懂或看了书仍不知如何去做题。本书是一本学习DSP的入门教材，针对初学者的学习规律，将问题分散，循序渐进。同时，书中精选了大量实例，使读者在实战中掌握DSP的应用技术。在学习过程中，开始时不必死记每条指令，只需大概了解有哪几类指令即可，通过后面章节的学习逐步了解、掌握指令的使用。DSP软件开发离不开开发工具，熟悉CCS集成开发环境是进行DSP软件开发的基础，在学习CCS中编译器、链接器的选项设置时，开始不必追究每一个选项，首先掌握常用选项设置，然后再逐步了解、掌握其他选项。深入理解掌握CCS开发环境，开发出高效的DSP软件需要经过一定时间的学习和实践。作者在编写本书的过程中得到了南京解放军理工大学陆辉教授的大力支持和帮助，此外，刘乾、李少宇、王彬、曹珊珊、曹艳利、杨金娜、张烨、李艳丽、吴爱国、陈斌、陈谱等为本书绘制了部分插图并完成了部分文字录工作，武汉凌特公司和南京恒缔公司提供了部分实验素材，在此一并表示衷心感谢。本书中的源代码可以从中国水利水电出版社网站下载，网址为：http：//www.waterpub.com.cn/。由于作者水平有限，书中不妥和疏漏之处在所难免，恳请广大读者批评指正。

暂缺《DSP原理及应用》作者简介

序
前言
第1章 绪论
1.1 数字信号处理概述
1.1.1 数字信号处理系统的构成
1.1.2 数字信号处理的实现
1.1.3 数字信号处理的特点
1.2 数字信号处理器概述
1.2.1 DSP芯片的种类
1.2.2 TMS320 DSP系列
1.2.3 DSP芯片的主要特点
1.2.4 DSP芯片的应用
思考题
第2章 TMS320C54x数字信号处理器硬件结构
2.1 TMS320C54x的特点和硬件组成框图
2.2 TMS320C54x的总线结构
2.3 TMS320C54x的存储器分配
2.3.1 存储器空间
2.3.2 程序存储器
2.3.3 数据存储器
2.3.4 I/O存储器
2.4 中央处理单元 CPU
2.5 TMS320C54x片内外设简介
2.6 硬件复位操作
2.7 TMS320VC5402引脚及说明
思考题
第3章 TMS320C54x的数据寻址方式
3.1 立即寻址
3.2 绝对寻址
3.2.1 数据存储器 dread 寻址
3.2.2 程序存储器 pmad 寻址
3.2.3 端口地址 PA 寻址
3.2.4 长立即数* 1k 寻址
3.3 累加器寻址
3.4 直接寻址
3.5 间接寻址
3.5.1 单操作数寻址
3.5.2 双操作数寻址
3.6 存储器映象寄存器寻址
3.7 堆栈寻址
思考题
第4章 TMS320C54x汇编指令系统
4.1 指令系统中的符号和缩写
4.2 指令系统
4.2.1 算术运算指令
4.2.2 逻辑运算指令
4.2.3 程序控制指令
4.2.4 加载和存储指令
第5章 TMS320C54x软件开发
5.1 软件开发过程及开发工具
5.2 公共目标文件格式
5.2.1 COFF文件的基本单元--段
5.2.2 汇编器对段的处理
5.2.3 链接器对段的处理
5.2.4 重新定位
5.2.5 程序装入
5.2.6 COFF文件中的符号
5.3 常用汇编伪指令
5.4 链接器命令文件的编写与使用
5.4.1 MEMORY伪指令及其使用
5.4.2 SECTIONS伪指令及其使用
5.5 汇编语言程序编写方法
5.5.1 汇编语言源程序格式
5.5.2 汇编语言中的常数和字符串
5.5.3 汇编源程序中的符号
5.5.4 汇编源程序中的表达式
5.6 TMS320C54xC语言编程
5.6.1 存储器模式
5.6.2 寄存器规则
5.6.3 函数调用规则
5.6.4 中断处理
5.6.5 表达式分析
5.7 用C语言和汇编语言混合编程
5.7.1 独立的C模块和汇编模块接口
5.7.2 从C程序中访问汇编程序变量
5.7.3 在C程序中直接嵌入汇编语句
思考题
第6章 CCS集成开发环境
6.1 CCS系统安装与设置
6.1.1 CCS系统安装
6.1.2 为CCS安装设备驱动程序
6.2 CCS菜单和工具栏
6.2.1 菜单
6.2.2 工具栏
6.3 CCS中的编译器. 汇编器和链接器选项设置
6.3.1 编译器. 汇编器选项
6.3.2 链接器选项
6.4 用CCS开发简单的程序
6.5 在CCS中读取数据和数据的图形显示
6.5.1 探点的设置及从PC机文件中读取数据
6.5.2 静态图形显示
6.5.3 动态图形显示
6.6 代码执行时间分析 Profiler的使用
6.6.1 函数执行时间分析
6.6.2 某段程序执行时间分析
第7章 汇编语言程序设计
7.1 程序流程控制
7.1.1 程序存储器地址生成
7.1.2 条件操作
7.1.3 分支转移
7.1.4 调用与返回
7.1.5 重复操作
7.1.6 TMS320C54x中断系统
7.1.7 堆栈的使用
7.2 数据块传送
7.3 定点数的基本算术运算
7.3.1 加法. 减法和乘法运算
7.3.2 定点除法运算
7.4 长字运算和并行运算
7.4.1 长字运算
7.4.2 并行运算
7.5 FIR滤波器的DSP实现
7.5.1 线性缓冲区法
7.5.2 循环缓冲区法
7.5.3 系数对称FIR滤波器的DSP实现
7.6 IIR数字滤波器的DSP实现
7.7 FFT运算的DSP实现
7.7.1 基二实数FFT运算的算法
7.7.2 FFT运算模拟信号的产生及输入
7.7.3 实序列FFT汇编源程序及链接命令文件
7.7.4 观察信号时域波形及其频谱
思考题
第8章 TMS320C54x片内外设及应用实例
8.1 定时器
8.2 时钟发生器
8.2.1 硬件配置PLL
8.2.2 软件可编程PLL
8.3 定时器／计数器编程举例
8.4 多通道缓冲串口 McBSP
8.4.1 McBSP原理框图及信号接口
8.4.2 McBSP控制寄存器
8.4.3 时钟和帧同步
8.4.4 McBSP数据的接收和发送
8.4.5 有关的几个概念
8.5 多通道缓冲串口应用实例
8.5.1 TLVl572高速串行ADC与TMS320C5402接口设计
8.5.2 TLC5617串行DAC与TMS320C5402接口设计
8.5.3 语音接口芯片TLC320AD50C与TMS320C5402接口设计
8.6 主机接口 HPl
8.6.1 HPI-8接口的结构
8.6.2 HPI-8控制寄存器和接口信号
8.6.3 HPI-8接口与主机的连接框图
8.6.4 HPI的8条数据线作通用的I／O引脚
8.7 外部总线操作
8.7.1 软件等待状态发生器
8.7.2 可编程分区切换逻辑
8.7.3 外部总线接口定时
思考题
参考文献