DSP原理及應用課程主要面向電氣工程和自動化類的本、專科生,以TMS320LF240x為例,講授工業數字化控制中應用最為廣泛的2000系列DSP的芯片結構、外設原理和結構、系統和外設寄存器資源以及如何進行系統開發,使學生掌握DSP原理、仿真環境和軟件編譯,瞭解DSP在信號處理和控制中的應用,掌握DSP工程實現方法。DSP原理及應用課程是電氣工程及其自動化專業、自動化專業學生非常重要的一門專業課,在教學過程中靈活運用先修課程中所學到的有關知識和技能,結合具體應用實例,進行電氣工程技術人員所需的基本訓練,為學生以後從事電氣工程設計打下堅實基礎。
課程安排及重點難點
第1章 數字信號處理器(DSP)綜述(1課時) 重點:DSP的基本結構、分類、性能指標和特點。
第2章 TMS320LF240x系列DSP概述(4課時) 重點:TMS320LF240xDSP的內部功能模塊的定義;存儲器和I/O空間的地址分配;系統控制和狀態寄存器的配置;中斷寄存器的定義和中斷響應流程;程序控制的方法,如堆棧和調用等。 難點:存儲器和I/O空間的地址分配與訪問;中斷寄存器的定義和中斷響應流程;程序控制的方法,如堆棧和調用等。
第3章 尋址方式和指令系統(6課時) 重點:3種基本的存儲器尋址方式;彙編指令的功能;C語言和彙編語言混合編程的兩種方法 難點:間接尋址方式;彙編指令的功能;C語言和彙編語言混合編程的兩種方法;用C語言實現可屏蔽中斷的兩種方法;Q格式的實現方法
第4章 程序編寫和調試環境簡介(2課時) 重點:編譯器CCS的使用;如何編寫頭文件和命令文件 難點:編譯器CCS的使用;DSP系統設計方法;如何編寫頭文件和命令文件
第5章 數字輸入\輸出模塊(I/O)(2課時) 重點:I/O口復用控制寄存器的配置;數據和方向控制寄存器的配置 難點:I/O口復用控制寄存器的配置;數據和方向控制寄存器的配置
第6章 事件管理器模塊(6課時) 重點:通用定時器的配置;比較單元的配置和脈寬調製的實現;捕獲單元的配置;使用正交編碼電路獲得旋轉機械的位置和速率信息;事件管理器中斷 難點:通用定時器的配置;比較單元的配置和脈寬調製的實現;捕獲單元的配置;使用正交編碼電路獲得旋轉機械的位置和速率信息;事件管理器中斷
第7章 模數轉換模塊(ADC)(2課時) 重點:ADC模塊的寄存器配置;時鐘週期的設置;轉換次序 難點:ADC模塊的寄存器配置;時鐘週期的設置;轉換次序
第8章 串行通信接口模塊(SCI)(2課時) 重點:RS232串口通信原理和SCI模塊外圍電路的設置;串口控制寄存器配置;串口通信格式和中斷 難點:RS232串口通信原理;串口控制寄存器配置;串口通信格式和中斷
第9章 CAN總線控制模塊(2課時) 重點:CAN總線通信原理;CAN總線控制器的配置和基本操作;CAN總線控制器郵箱的配置和操作 難點:CAN總線通信原理;CAN總線數據格式的設置;CAN總線控制器郵箱操作
第10章 串行外設接口模塊(SPI)(2課時) 重點:串行外設接口的工作方式和通信協議;串行外設接口寄存器的配置;串行外設接口中斷的5個控制位設置 難點:串行外設接口的工作方式和通信協議;串行外設接口寄存器的配置
第11章 看門狗定時器(1課時) 重點:看門狗定時器的操作;控制寄存器的配置 難點:看門狗定時器預定標的選擇;復位關鍵字的寫入順序
第12章 鎖相環和低功耗模式(1課時) 重點:鎖相環電路的工作原理;低功耗模式的實現 難點:時鐘模塊外圍電路的設置;低功耗模式的進入和喚醒方式
第13章 TMS320F240x引導加載ROM(1課時) 重點:引導加載ROM的定義;引導加載ROM的實現方式和協議 難點:引導加載ROM的基本步驟;SPI和SCI兩種實現方法的傳輸協議和數據格式
第14章 TMS320F2407應用系統硬件結構(2課時) 重點:DSP與外圍器件的硬件連接電路;TMS320F2407常用的資源模塊 難點:DSP與外圍器件的硬件連接電路
第15章 TMS320F2407系統應用實例(9課時) 重點:DSP控制系統的硬件結構;軟件的編寫思路;各種電機的DSP控制算法及其實現 難點:DSP與常用外設的接口;各種電機的DSP控制算法 課程總複習(1課時)
詞彙表
1.DSP:數字信號處理器,是一種特別適合於進行數字信號處理運算的魏處理器,其主要應用是實時快速地實現各種數字信號處理算法 2.狀態寄存器(ST0和ST1):用於對片內各功能模塊進行管理、控制、監視。實際上是一些控制寄存器和狀態寄存器。 3.程序計數器(PC):用於存放將要執行的下一條指令的地址 4.堆棧(STACK):一塊存儲單元,用來存儲子程序和中斷服務程序的返回地址。 5.存儲器的哈佛結構:程序存儲器和數據存儲器空間截然分開,他們有各自的尋址方式、尋址空間和控制總線。 6.機器週期:機器週期是DSP的基本時間單位。 7.指令週期:執行一條指令所需要的時間。 8.復位:是DSP的初始化操作 9.指令系統:所能執行的指令的集合。 10.指令格式:一條指令的表示方法,一般由操作碼和操作數構成。 11.尋址方式:說明操作數所在地址的辦法。 12.偽指令:偽指令不屬於指令系統中的指令,它是程序員發給彙編程序的命令,也稱為彙編程序控制命令。 13.串行通訊:按照一定的速率,數據一位一位的按順序傳送。速率較低,所需的傳輸線較少。 14.並行通訊:數據各位同時傳送,速率高,傳輸線也較多。 15.異步通訊:指收、發雙方沒用同一時鐘來控制收、發雙方的同步傳送。 16.全雙工串行通訊:指雙機之間串行接收、發送數據可以同時進行。 17.波特率:串行通訊中每秒鐘發送或接收數據的位數。 18.中斷:在執行程序的過程中,由於某種外界的原因,必須盡快終止當前的程序執行,而去執行相應的處理程序,待處理結束後,再回來繼續執行被終止的程序。這個過程叫中斷。 19.中斷源:又可稱之為中斷申請源,指能夠產生中斷申請的事件。 20.中斷優先級:如同時發生多件事件,按照需響應事件的重要性選擇事件處理,稱之為中斷優先級。 21.SPI:一個高速、同步串行I/O口,它允許長度可編程的串行位流以可編程的位傳輸速度移入或移出器件。 22.地址總線:它用來傳輸DSP所發出的地址信號,以便進行存儲單元的選擇。地址總線的數目決定著可直接訪問的存儲單元。 23.數據總線:DSP與存儲單元之間傳輸數據信號 24.DP:數據存儲器頁指針 25.掩膜ROM:在製造過程中編程,只適合於大批量生產。 26.可編程ROM(PROM):用獨立的編程器寫入,只能寫入一次。 27.EPROM:電信號編程,紫外線擦除的只讀存儲器芯片。 28.E2PROM(EEPROM):電信號編程,電擦除。讀寫操作與RAM相似,寫入速度稍慢。斷電後能夠保存信息。 29.Flash ROM:又稱閃爍存儲器,簡稱閃存。電改寫,電擦除,讀寫速度快(70ns),讀寫次數多(1萬次)。 30.線選法:直接利用系統的未用到的高端地址線作為外擴芯片的片選線。 31.譯碼法:適用譯碼器對系統中未用到的高端地址線進行譯碼,譯碼器的譯碼輸出作為外擴芯片的片選線。 32.靜態隨機存儲器(SRAM):數據不要刷新,不易做大容量的存儲器,讀寫速度快。 33.動態隨機存儲器(DRAM):數據要不斷刷新,易做大容量的存儲器,用於製作內存。 34.數字I/O端口:簡稱I/O口,指具有端口地址的寄存器或緩衝器。 35.流水線結構:DSP執行一條指令,需要通過取指、譯碼、取操作數等幾個階段,流水線結構是指在程序運行過程中這幾個階段是重疊的。 36.Q格式:定點DSP表示小數的一種方法。 37.MIPS:每秒執行百萬條指令。 38.DSP與外設之間的查詢傳送方式(條件傳送,異步式傳送):查詢外設「準備好」後,再進行數據傳送。 39.DSP與外設之間的中斷傳送方式:外設準備好後,發中斷請求,DSP進入與外設數據傳送的中斷服務程序,進行數據的傳送。中斷服務完成後又返回主程序繼續執行。工作效率高。 40.A/D轉換器:將模擬量轉換成數字量的器件。 41.D/A轉換器:將數字量轉換成模擬量的器件。 42.A/D轉換時間:從啟動轉換到轉換結束,輸出穩定的數字量,需要一定的時間,這就是A/D轉換器的轉換時間。 43.基準電壓:是A/D轉換器或D/A轉換器所需要的參考電壓,是保證轉換精度的基本條件。 44.QEP:正交編碼脈衝電路 45.捕獲單元(CAP):記錄捕獲輸入引腳的電平轉換。 46.PWM:脈寬調製。 47.CAN總線:一種串行數據通信協議,對通信數據塊進行編碼,使網絡內的節點數不受限制。 48.看門狗定時器(WD):監視軟件和硬件的運行,在DSP混亂時完成系統的復位功能 49.等待狀態發生器:DSP訪問較慢的外部資源時,需要產生等待狀態。 50.干擾:影響DSP測控系統正常工作的信號稱為噪聲,又稱干擾。干擾會影響指令的正常執行,造成控制事故或控制失靈。
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