第五章评估板及实验原理

1、西安电子科技大学电子工程学院1第五章 实验系统组成及实验原理v实验系统组成及实验原理主要分为两部分讲：TS201 EZ-KITTS201 EZ-KIT实验板介绍实验板介绍各个实验的原理简介各个实验的原理简介西安电子科技大学电子工程学院25.1 TS201 EZ-KIT5.1 TS201 EZ-KIT板介绍板介绍5.1.1 EZ-KIT5.1.1 EZ-KIT概述概述5.1.2 TS201 EZ-KIT 5.1.2 TS201 EZ-KIT 板资源板资源5.1.3 EZ-KIT 5.1.3 EZ-KIT 使用简介使用简介西安电子科技大学电子工程学院3西安电子科技大学电子工程学院4TS201 EZ

2、-KIT评估板概述概述 TS201 EZ-KIT评估板的使用环境是VisualDSP+，用户使用个人计算机通过串行口或者JTAG仿真器访问 TS201 EZ-KIT评估板。其特点如下： 具有两片TS201 DSP处理器，核时钟频率达到500MHz，并且两个DSP哪个是主/从处理器以及各个DSP的核时钟模式是用户可以设置的； 具有一片24位的模数转换芯片AD1871(工作在96KHZ)； 具有一片24位的数模转换芯片AD1854 (工作在96KHZ) ； FLASH MEMORY(512K 主Flash Memory)西安电子科技大学电子工程学院5TS201 EZ-KIT评估板概述概述( (续）

3、续） SDRAM 32MB(4M x 64Bit)； 2x2个标志FLAG的功能按键(每个处理器2个FLAG按键)； 2个功能按键作为中断IRQ0输入(每个处理器1个IRQ0按键； 4个FLAG输出的发光二极管LED； USB仿真器接口； 14引脚的仿真JTAG接口 LVDS链路接口：RJ-45接口 扩展连接接口西安电子科技大学电子工程学院6西安电子科技大学电子工程学院7TS201 EZ-KITTS201 EZ-KIT板板西安电子科技大学电子工程学院8TS201 EZ-KITTS201 EZ-KIT原理框图原理框图西安电子科技大学电子工程学院9TS201 EZ-KIT TS201 EZ-KIT

4、 板硬件资源板硬件资源1I/O 标志位 板上有一个复位按键和6个功能按键，8个发光二极管LED。其连接关系如下： FLAG0_A SW9 FLAG1_A SW8 FLAG0_B SW6 FLAG1_B SW7 FLAG2_A LED4 FLAG3_A LED6FLAG2_B LED5 FLAG3_B LED3 Power LED LED1 Reset LED LED2 and LED8USB Monitor LED LED9 2中断输入 EZ-KIT板提供2个外部中断输入，其连接关系如下： IRQ0_A SW4IRQ0_B SW5西安电子科技大学电子工程学院103.开关跳线设置板上有几个开关，

5、其功能如下：1）音频应用选择开关SW1跳线设置，功能如下:位1位2位3位4功能描述OFFOFFONON不应用ONONOFFOFF音频（麦克风）输入西安电子科技大学电子工程学院112 2）处理器加载方式选择开关SW2位1设置SW2的位1决定了处理器怎样加载，其功能如下：位1加载模式OFFEPROM加载ON外部加载或者链路口加载西安电子科技大学电子工程学院123 3）SYSCON/SDRCON方式选择开关SW2位2设置SW2的位2决定了处理器怎样控制对寄存器 SYSCON和SDRCON的写，其功能如下：位2SYSCON和SDRCON的模式OFFSYSCON和SDRCON只写一次ONSYSCON和S

6、DRCON可以随时写西安电子科技大学电子工程学院134)4)中断使能模式选择开关SW2位3和位5设置SW2的位3和位5决定了DSPA和DSPB中断使能的模式选 择，其功能如下：位3处理器A的中断使能模式OFF中断禁止，低电平触发模式ON中断使能，边沿触发模式位5处理器B的中断使能模式OFF中断禁止，低电平触发模式ON中断使能，边沿触发模式西安电子科技大学电子工程学院145 5）链路口数据宽度选择开关SW2位4和位6设置SW2的位4和位6决定了处理器A和B链路口数据宽度，其功能如下：位4处理器A的链路口数据宽度OFF1BIT 链路口数据宽度ON4BIT 链路口数据宽度位6处理器B的链路口数据宽度

7、OFF1BIT 链路口数据宽度ON4BIT 链路口数据宽度西安电子科技大学电子工程学院156 6）FLAGS和IRQS连接源选择开关SW10设置SW10决定了处理器A和B FLAGS和IRQS连接源，其功能如下：DSPADSPBDSPADSPB使用来源位1 位2 (FLAG0) (FLAG1)位3 位4 (FLAG0) (FLAG1)位5（IRQ0）位6（IRQ0）OFF OFFOFF OFFOFFOFF从外部得到ON ONON ONONON从实验板按键得到西安电子科技大学电子工程学院164.配置电阻设置v 1）处理器ID设置 EZKIT实验板上有两块TS201处理器，用户可以自己设置TS20

8、1处理器A还是处理器B为主处理器。实验板上处理器级联ID为08，实验板上必须有一个处理器ID设置为ID0。ID0处理器用来允许初始化片外SDRAM存储器，本实验板上采用处理器A为主处理器ID0,处理器B为从处理器ID1.西安电子科技大学电子工程学院17处理器DSPA的ID号设置西安电子科技大学电子工程学院18处理器DSPB的ID号设置西安电子科技大学电子工程学院192)时钟模式配置电阻设定v TS201 EZKIT实验板采用外部20MHZ晶振提供时钟频率，经过片外时钟CLK倍频电路和片内SCLK锁相环电路(PLL)后，TS201处理器核频率CCLK为500 MHZ.v 片外时钟CLK倍频电路的

9、倍频数用户可以自由配置，在该实验板上通过配置电阻设置倍频数为5倍.v 片内SCLK锁相环电路(PLL)倍数用户也可以自由配置，在该实验板上通过配置电阻设置倍数为5倍.v TS201处理器核频率为CCLK :500 MHZ=20MHZ*5*5西安电子科技大学电子工程学院20片外时钟CLK倍频电路的倍频数的设置西安电子科技大学电子工程学院21片内SCLK锁相环电路(PLL)倍数的设定西安电子科技大学电子工程学院22EZEZKITKIT板的存储器板的存储器v TS201 处理器有24MBits的内部存储器用来存储程序和数据，TS201 EZ-KIT 板含有512Kx8bit 的外部闪存FLASH存储

10、器和4Mx64bit的片外SDRAM存储器 。 FLASH存储器被连接到处理器的BMS和MS0引脚，既可以作为加载存储器空间也可以作为外部存储器BANK0的空间。 访问SDRAM存储器时， SYSCON和SDRCON 必须设置为如下 SYSCON=0 x00189067 SDRCON=0 x00005983 。 SDRCON的设置为：SDRAM使能，CAS延迟2周期；流水线深度为0，每页256字；刷新速率为3700周期。西安电子科技大学电子工程学院23EZEZKITKIT板的存储器映射板的存储器映射西安电子科技大学电子工程学院24EZEZKITKIT板的闪存板的闪存FLASHFLASH映射映射

11、西安电子科技大学电子工程学院25西安电子科技大学电子工程学院26EZ-KIT EZ-KIT 使用简介使用简介 结合配套的软件，用户可以利用功能受到限制的VisuaDSP，调试一些简单的程序。用户既可以通过板上的USB口和PC机连接，又可以通过板上的JTAG仿真器接口和PC机相连，用PC机调试DSP。 按键会使DSP或板上其它组件执行一定操作，改变DSP寄存器各Flag位（输入或输出）的值，并通过相应Flag输出管脚驱动发光二极管。西安电子科技大学电子工程学院27vTS201 EZKIT电路板的安装和启动要求是：在开电源前，连接好PC和EZKIT（这里是通过USB口），保证地线可靠连接；打开电源

12、，给EZKIT加电；未从PC下载相应的EZKIT程序前，DSP执行ROM中的程序；从PC下载、运行相应的EZKIT程序；v 可修改程序，生成代码后，再从PC下载、运行相应的EZKIT程序。西安电子科技大学电子工程学院28使用使用 VisualDSP+ DebuggerVisualDSP+ Debugger1.1.启动启动VisualDSP+ DebuggerVisualDSP+ Debugger2.2.选择会话选择会话进入调试环境后，选进入调试环境后，选SessionSessionNew SessionNew Session，在提示的，在提示的Debug Debug Target Target

13、 对话框中确定调试目标为对话框中确定调试目标为TigerSHARC Emulators/EZ-KIT Lites TigerSHARC Emulators/EZ-KIT Lites ，然后在然后在PlatformPlatform和和Session nameSession name窗口选择相应的处理器窗口选择相应的处理器TS201,TS201,点击点击OKOK西安电子科技大学电子工程学院29EZ-KITEZ-KIT板的板的CodecCodec的数据传送关系的数据传送关系西安电子科技大学电子工程学院30Emulator的种类v可以使用的硬件仿真器 MTN-ICE ISA插卡 SUMMIT-ICE

14、PCI插卡 APEX-ICE USB接口 Trek-ICE 网络接口西安电子科技大学电子工程学院31JTAG接口信号vGND 地线vEMU 输出vKey 索引引脚vCLKIN 输出， 时钟vBTMS 不接vTMS 输入vBTCK 接VCC/TCKvTCK 输入，时钟vBTRST 接地/TRSTvTRST 输入vBTDI 不接vTDI 输入vGNDvTDO 输出西安电子科技大学电子工程学院32系统连接举例ADI推荐方式335.2实验原理简介实验原理简介实验分成两种类型:v 使用SIMULATOR仿真数字信号处理算法（浮点实验一、二 ）。1. 使用TS201 EZ-KIT板完成的数字信号处理（浮点

15、实验三、四）。西安电子科技大学电子工程学院341.VISUAL DSP+的使用入门的使用入门2.用用SIMULATOR模拟实现数字信号处理模拟实现数字信号处理 以及以及DMA传传输输3.利用利用TS201 EZ-KIT板实现定时中断、外部中断等操板实现定时中断、外部中断等操作控制实验板上的作控制实验板上的LED 4.利用利用TS201 EZ-KIT板实现采集数据并进行数字信号板实现采集数据并进行数字信号处理处理 西安电子科技大学电子工程学院35软件开发流程库文件库文件.h工程文件工程文件.dpj连接描述文件连接描述文件.ldf编译编译链接链接可执行代码可执行代码.dxesimulatorEZ-

16、ICE目标板目标板在线仿真在线仿真软模拟软模拟产生产生EPROM代码代码C程序程序.C汇编程序汇编程序.asm36软件开发流程与VisualDSP+Compiler VisualDSP+ 的IDDE（Integrated Development and Debugging Environment）使以上过程可以在统一的环境下完成。linkersplitterAssembler.c.asm.dojBuilddebug.dxe.ldrSimulatorEZ-KITEmulatorProject OptionsDebug Session37DSP处理器与数字信号处理DAGALU、Shifter、MA

17、C哈佛总线结构哈佛总线结构DMA高速数据传输高速数据传输高密度高密度计算计算卷积、相关、卷积、相关、DFT、FFT、FIR滤波滤波西安电子科技大学电子工程学院38西安电子科技大学电子工程学院39西安电子科技大学电子工程学院40实验二：用实验二：用SIMULATOR模拟实现模拟实现IIR滤波滤波 以及以及 DMA传输传输西安电子科技大学电子工程学院41 v内存与内存与SDRAMSDRAM间的二维间的二维DMADMA通信通信 西安电子科技大学电子工程学院42利用利用TS201 EZ-KIT板实现定时中板实现定时中 断、外部中断断、外部中断西安电子科技大学电子工程学院43：。 西安电子科技大学电子工

18、程学院44实验四：实验四：利用利用TS201 EZ-KIT板实现信号板实现信号 采样并且进行相应的数据处理采样并且进行相应的数据处理西安电子科技大学电子工程学院45：46实验原理 FIR1. FIR滤波器的结构和特点滤波器的结构和特点 nNnznhzH10FIR滤波器与滤波器与IIR滤波器相比较具有以下优点：滤波器相比较具有以下优点： FIR滤波器可以设计成严格的线性相位。滤波器可以设计成严格的线性相位。1. FIR滤波器采用非递归结构设计，系统总是稳定的。滤波器采用非递归结构设计，系统总是稳定的。 同一个系统函数可以采用不同的结构实现。同一个系统函数可以采用不同的结构实现。FIR滤波器的基本

19、结构包滤波器的基本结构包括：直接型、级联型、并联型和转置型。滤波器的结构会影响滤波器的许括：直接型、级联型、并联型和转置型。滤波器的结构会影响滤波器的许多重要性能，包括系统的精度、误差、稳定性、运算速度及成本等。多重要性能，包括系统的精度、误差、稳定性、运算速度及成本等。FIR滤波器的系统函数为：滤波器的系统函数为：输入序列为输入序列为)(nx、输出序列为、输出序列为)(ny，滤波器系数为，滤波器系数为)(nh的的FIR滤波器的实现基于序列的卷积算法，其数学表达式为：滤波器的实现基于序列的卷积算法，其数学表达式为： 10)()()(Nkknhkxnxnhny 472FIR滤波器设计方法滤波器设

20、计方法 常用的常用的FIR滤波器设计方法有两种：窗函数设计法和频率抽样设计法。前者滤波器设计方法有两种：窗函数设计法和频率抽样设计法。前者从时域角度进行设计，而后者从频域角度设计，本实验使用的是窗函数设计法。从时域角度进行设计，而后者从频域角度设计，本实验使用的是窗函数设计法。 所谓窗函数设计法，就是用有限长的序列逼近无限长的理想滤波器取样响所谓窗函数设计法，就是用有限长的序列逼近无限长的理想滤波器取样响应序列的方法，或者说选择合适的加权窗截取的一段作为，即：应序列的方法，或者说选择合适的加权窗截取的一段作为，即： )()()(nWnhnhd是一个有限长度的窗函数序列是一个有限长度的窗函数序列

21、。 nW 窗函数频谱的主瓣宽度决定滤波器的过度带宽度，旁瓣幅度决定滤波器窗函数频谱的主瓣宽度决定滤波器的过度带宽度，旁瓣幅度决定滤波器的阻带衰减。选择窗函数时，一方面希望主瓣宽度尽可能窄，以获得较陡的的阻带衰减。选择窗函数时，一方面希望主瓣宽度尽可能窄，以获得较陡的过渡带；另一方面要尽量减小旁瓣相对幅度。但是以上两方面要求不能同时过渡带；另一方面要尽量减小旁瓣相对幅度。但是以上两方面要求不能同时满足满足 。48FIR3. 频谱分析程序设计频谱分析程序设计 本实验使用本实验使用EZ-KIT评估板的硬件资源完成对采样数据的滤波，并把滤波评估板的硬件资源完成对采样数据的滤波，并把滤波结果送出到示波器

22、上显示，实现的原理框图如下。结果送出到示波器上显示，实现的原理框图如下。 A/DFIR D/A模拟信号输入滤波输出 数据 加窗 数据 缓冲 数据 缓冲 窗函数法设计窗函数法设计FIR滤波器步骤：滤波器步骤： 确定滤波器频率响应函数。确定滤波器频率响应函数。elseeeHccjj,0,21其中，其中， 21N01c（低通滤波器）（低通滤波器） 49FIR 对对jeH进行傅立叶反变换进行傅立叶反变换nnndeedeedeeHnhccnjjnjjnjjdcccc)(sin)(sin12121)(21)(121221产生理想低通滤波器的取样响应序列产生理想低通滤波器的取样响应序列 )(nhdn=0,1

23、,2,.,N-1。 其中的滤波器阶数其中的滤波器阶数N要根据滤波器的性能指标来选择。要根据滤波器的性能指标来选择。选择合适窗产生最终的取样响应序列，即滤波器系数选择合适窗产生最终的取样响应序列，即滤波器系数 )()()(nWnhnhd，n=0,1,2,.,N-1。 西安电子科技大学电子工程学院50FIR（b）汉明（Hamming）窗本实验用到两个窗函数：（a）矩形窗 NW nRn nRNnnWN12cos46. 054. 0（b）汉明（Hamming）窗（a）矩形窗常用窗函数的主瓣宽度和旁瓣相对幅度常用窗函数的主瓣宽度和旁瓣相对幅度N/4dB13N/8dB25N/8dB31N/8dB41N/1

24、2dB57窗函数类型窗函数类型主瓣宽度主瓣宽度旁瓣峰值旁瓣峰值(dB)矩形窗矩形窗三角窗三角窗汉宁窗汉宁窗汉明窗汉明窗布莱克曼窗布莱克曼窗西安电子科技大学电子工程学院51 (a) 时域压缩时域压缩本实验中涉及到对滤波器系数的两种变换本实验中涉及到对滤波器系数的两种变换h ： (b)频域调制频域调制)()()(00jnjeHenh西安电子科技大学电子工程学院52ACCOR自相关运算是信号处理中经常使用的方法，其计算公式为： 上式中如果两个输入序列为同一序列，则完成自相关运算，如果两个输入序列不同，则完成互相关运算。 自相关函数表示信号X1(n)1(n)在任意两时刻的取植之间的平均关联程度。NNmmnXnXNmY)()(21)(21西安电子科技大学电子工程学院53ACCOR 本实验使用EZ-KIT评估板的硬件资源完成对采样数据的自相关运算，并把运算结果送出到示波器上显示，实现的原理框图如下。 A/D 数据 缓冲 相关 运算 输出 缓冲 D/A模拟信号输入信号输出西安电子科技大学电子工程学院54附录：典型的实验结果正弦波的自相关波形图正弦波的自相关波形图 三角波的自相关波形图三角波的自相关波形图西安电子科技大