DSP芯片的单路,多路模数转换(AD)

[《DSP原理及应用》课程实验报告]（软、硬件实验）实验名称：[《DSP原理及应用》实验]专业班级：[ ]学生姓名：[ ]学号：[ ]指导教师：[ ]完成时间：[ ]目录第一部分．基于DSP系统的实验 (1)实验3.1：指示灯实验 (1)实验3.2：DSP的定时器 (3)实验3.5 单路，多路模数转换（AD） (5)第二部分．DSP算法实验 (13)实验5.1：有限冲击响应滤波器（FIR）算法实验 (13)实验5.2：无限冲激响应滤波器(IIR)算法 (17)实验5.3：快速傅立叶变换(FFT)算法 (20)第一部分．基于DSP系统的实验实验3.1：指示灯实验一．实验目的1．了解ICETEK–F2812-A评估板在TMS320F2812DSP外部扩展存储空间上的扩展。

2．了解ICETEK–F2812-A评估板上指示灯扩展原理。

1．学习在C语言中使用扩展的控制寄存器的方法。

二．实验设备计算机，ICETEK-F2812-A实验箱（或ICETEK仿真器+ICETEK–F2812-A系统板+相关连线及电源）。

三．实验原理1．TMS320F2812DSP的存储器扩展接口存储器扩展接口是DSP扩展片外资源的主要接口，它提供了一组控制信号和地址、数据线，可以扩展各类存储器和存储器、寄存器映射的外设。

-ICETEK–F2812-A评估板在扩展接口上除了扩展了片外SRAM外，还扩展了指示灯、DIP开关和D/A设备。

具体扩展地址如下：C0002-C0003h：D/A转换控制寄存器C0001h：板上DIP开关控制寄存器C0000h：板上指示灯控制寄存器详细说明见第一部分表1.7。

-与ICETEK–F2812-A评估板连接的ICETEK-CTR显示控制模块也使用扩展空间控制主要设备：108000-108004h：读-键盘扫描值，写-液晶控制寄存器108002-108002h：液晶辅助控制寄存器2．指示灯扩展原理3．实验程序流程图开始初始化DSP时钟正向顺序送控制字并延时四．实验步骤1．实验准备连接实验设备：请参看本书第三部分、第一章、二。

DSP工作原理DSP（数字信号处理）工作原理是指数字信号处理器的基本工作原理和运行机制。

DSP是一种专门用于数字信号处理的微处理器，它能够高效地执行各种数字信号处理算法，广泛应用于音频、视频、通信、雷达、医学影像等领域。

DSP工作原理的核心是数字信号的采样、转换和处理。

下面将详细介绍DSP工作原理的各个环节：1. 采样：DSP工作的第一步是对摹拟信号进行采样，将连续的摹拟信号转换为离散的数字信号。

采样过程中需要考虑采样频率的选择，以避免信号失真或者频谱混叠。

2. A/D转换：采样后的摹拟信号需要经过模数转换器（A/D转换器）转换为数字信号。

A/D转换器将摹拟信号的幅值离散化为一系列数字数值，通常使用的是逐次逼近型或者逐次逼近型的A/D转换器。

3. 数字信号处理：经过A/D转换后，信号被转换为数字形式，可以在DSP中进行数字信号处理。

DSP内部包含了运算器、存储器、时钟等模块，能够高效地执行各种算法。

常见的数字信号处理算法包括滤波、变换、编码解码、调制解调等。

4. D/A转换：经过数字信号处理后，需要将数字信号转换为摹拟信号，以便输出到外部设备。

这一步骤称为数字到摹拟转换（D/A转换）。

D/A转换器将数字信号转换为摹拟信号，使其能够被外部设备正确解读和处理。

5. 输出：经过D/A转换后，数字信号被转换为摹拟信号，可以输出到外部设备，如音频扬声器、显示器等。

输出信号的质量取决于DSP的性能和外部设备的特性。

除了以上基本的工作原理，DSP还具有以下特点：1. 高性能：DSP具有高效的并行处理能力和专门的指令集，能够快速执行各种复杂的数字信号处理算法。

2. 灵便性：DSP芯片的内部结构和算法可以根据不同的应用需求进行优化和定制，以满足特定的信号处理要求。

3. 低功耗：DSP芯片采用了先进的制程技术和功耗优化设计，能够在保持高性能的同时，实现低功耗运行。

4. 实时性：DSP具有快速的响应速度和实时处理能力，能够满足对实时性要求较高的应用场景。

模数转换器即A/D转换器，或简称ADC，通常是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。

通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。

本文介绍几款模数转换器芯片电路原理。

1、AD9280AD9280器件是一款单芯片、8位、32 MSPS模数转换器（ADC），主要介绍了AD9280特性、应用范围、参考设计电路以及电路分析，帮助大家缩短设计时间。

AD9280介绍：AD9280是一款单芯片、8位、32 MSPS模数转换器（ADC），采用单电源供电，内置一个片内采样保持放大器和基准电压源。

它采用多级差分流水线架构，数据速率达32 MSPS，在整个工作温度范围内保证无失码。

AD9280特点：与AD876-8引脚兼容功耗：95 mW（3 V电源）工作电压范围：+2.7V至+5.5V微分非线性（DNL）误差：0.2 LSB省电（休眠）模式AD9280内部结构框图：图1 AD9280的内部结构框图，展示了内部的构成AD9280参考设计电路：图2 AD9280典型应用电路2、AD7541AD7541器件是一款低成本、高性能12位单芯片乘法数模转换器，主要介绍了AD7541特性、应用范围、参考设计电路以及电路分析，帮助大家缩短设计时间。

AD7541介绍：AD7541A是一款低成本、高性能12位单芯片乘法数模转换器。

该器件采用先进的低噪声薄膜CMOS技术制造，并提供标准18引脚DIP和20引脚表贴两种封装。

AD7541A与业界标准器件AD7541在功能和引脚上均相兼容，并且规格和性能都有所改进。

此外，器件设计得到改进，可确保不会发生闩锁，因此无需输出保护肖特基二极管。

AD7541特点：AD7541的改进版本完整的四象限乘法12位线性度（端点）所有器件均保证单调性TTL/CMOS 兼容型低成本无需保护肖特基二极管低逻辑输入泄漏AD7541内部结构框图：图3 AD7541的内部结构框图，展示了内部的构成AD7541参考设计电路：图4 AD7541典型应用电路3、AD7694AD7694器件是一款3通道、低噪声、低功耗、24位Σ-Δ型ADC，内置片内仪表放大器，主要介绍了AD7694特性、应用范围、参考设计电路以及电路分析，帮助大家缩短设计时间。

《数模转换模块》目录1.AD含义2.ADC内部结构3.ADC工作原理4.AD实例应用5.总结分析一、AD含义数模转换，就是把模拟信号转换成数字信号。

转换目标：将时间连续，幅值连续的模拟信号转换成时间离散，幅值离散的数字信号。

A/D转换的步骤：采样、保持、量化、编码。

将一个时间上连续变化的模拟量转换成时间离散的模拟量成为采样，其中采样频率为fs，fs>=2fmax，fmax是输入模拟信号X(t)的最高频率分量的频率，通常fs=(2.5~4)fmax；A/D转换需要一定的时间，在每次采样以后，需要把采样电压保持一段时间，这个过程称为保持；将采样-保持电路的输出电压归化为量化单位△（数字量最小单位所对应的最小量的值）的整数倍的过程称为量化；用二进制代码来表示各个量化电平的过程称为编码。

二、ADC内部结构在LF2407的内部含有10位的A/D转换器（ADC），主要有以下特征：1、带内置采样/保持的10位16通道模数转换器；2、自动排序的能力每次可执行最多16个通道的自动转换，每次转换的通道可由程序控制；3、可单独访问的16个结果寄存器用来存储转换结果（RESULT0-RESULT15）;4、多个触发源可以启动A/D转换等等。

在使用A/D转换器时需考虑以下几个问题：1.采样精度2.采样速率3.滤波4.物理量回归。

ADC模块中有两种工作方式：一是两个独立的最多可选择8个模拟转换通道的排序器（SEQ1和SEQ2）可以独立工作在双排序器模式；另一种是级联排序器模式，为最多可选择16个模拟转换通道的排序器模式。

其区别：双排序工作时，SEQ1的结果寄存器为RESULT0-RESULT7，SEQ2的结果寄存器为RESULT8-RESULT15，级联排序时，SEQ的结果寄存器为RESULT0-RESULT15。

双排序启动方式时，SEQ1为软件、外部引脚、EVA事件源，SEQ2为软件、EVB事件源，级联启动方式时，SEQ为软件、外部引脚、EVA事件源、EVB事件源。

DSP工作原理DSP（数字信号处理器）是一种专门用于处理数字信号的微处理器。

它通过对数字信号进行采样、量化、变换、滤波等一系列算法操作，实现信号的处理和分析。

DSP广泛应用于通信、音频、图像、雷达、医学等领域，成为现代电子技术中不可或缺的重要组成部分。

一、DSP的基本原理DSP的工作原理主要包括信号采集、数字化、算法处理和数字信号重构四个步骤。

1. 信号采集：DSP通过模数转换器（ADC）将模拟信号转换为数字信号。

模拟信号经过采样后，按照一定的频率进行离散化处理，得到一系列离散的采样点。

2. 数字化：采样得到的离散信号经过量化处理，将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。

量化过程中，信号的幅度将被划分为有限个离散级别，每个级别用一个数字表示。

3. 算法处理：DSP通过内部的算法单元对数字信号进行处理。

常见的算法包括滤波、变换、编码、解码、调制、解调等。

这些算法通过对数字信号进行运算，改变信号的频谱、幅度、相位等特性，实现信号的增强、修复、压缩等功能。

4. 数字信号重构：处理后的数字信号通过数模转换器（DAC）转换为模拟信号。

数模转换器将离散的数字信号转换为连续的模拟信号，使得处理后的信号能够在模拟电路中进行进一步的处理或输出。

二、DSP的特点和优势1. 高性能：DSP采用专门的硬件结构和算法，具有高速运算和高精度的特点。

相比于通用微处理器，DSP在数字信号处理方面具有更强的计算能力和处理速度。

2. 灵活性：DSP具有可编程性，可以根据不同的应用需求进行算法的编程和修改。

这使得DSP在不同领域的应用中具有较高的适应性和灵活性。

3. 低功耗：DSP采用专门的架构和优化的算法，能够在处理大量数据的同时保持较低的功耗。

这使得DSP在移动设备、嵌入式系统等对功耗要求较高的场景中具有优势。

4. 实时性：DSP具有快速的响应和处理能力，能够在实时场景下进行高效的信号处理。

这使得DSP在通信、音频、视频等需要实时处理的领域中得到广泛应用。

基于ＤＳＰ的ＦＴＵ的研究作者：苏和来源：《中国新技术新产品》2008年第18期摘要：本文提出了以TI公司TMS320LF2407 DSP为核心处理器的馈线自动化远方智能终端(FTU)的设计方案，并根据FTU的硬件原理框图，设计了DSP基本外围电路，编写了FTU 硬件电路的软件实现程序，实现了所设计的FTU的故障定位、故障隔离和供电恢复重要功能。

关键词：FTU；馈线自动化；数字信号处理；故障定位1. 引言馈线自动化的主要作用是在正常情况下监视馈线负荷并优化运行方式，当故障发生后，及时准确地确定故障区段，迅速隔离故障区段并恢复健全区段供电 [1][2]。

馈线自动化中的关键设备是馈线远方终端FTU(Feeder Terminal Unit)。

FTU是整个馈线自动化系统的基础控制单元，起到联接开关及数据采集与主控制系统的桥梁作用，是对配电负荷开关或环网开关柜进行监控的自动化设备。

在FTU的研究设计方面，以往主要以单片机为主控芯片，随着DSP技术的日趋成熟，将先进的数字信号处理技术应用到配电网自动化系统的FTU设计中来，充分发挥其快速强大的运算和处理能力以及并行运行的能力，以满足配电自动化系统对监控的实时性要求，因此研究基于DSP技术的FTU对于提高我国配电自动化水平具有深远的意义[3][4]。

2 基于DSP的FTU硬件电路设计FTU作为馈线自动化系统中的核心设备，它的功能设计的好坏直接影响到整个配电自动化系统的性能。

FTU除了具备应有的数据采集、通信、三遥（遥测、遥控、）等主要功能外，还必须具备保护功能，保护应该具有单独的通信接口，完成相邻开关保护之间的点对点通信[5]。

基于 TMS320LF2407 DSP芯片设计的FTU的硬件原理结构如图1所示。

2.1 模拟量采集与转换功能配网自动化系统的馈线远方终端进行监控的工作流程是：先通过串行通信口从上位机下载监控程序到 DSP芯片，再由 DSP发出数据采样命令，这时模拟输入信号经过滤波、采样保持、多路转换及模数转换(A／D)以后，转换成数字信号传输给DSP芯片进行运算处理，以完成各种监控功能。

高位高速AD、DA模数转换器（A/D）l 8位分辨率l TLV0831 8 位 49kSPS ADC 串行输出，差动输入，可配置为 SE 输入，单通道l TLC5510 8 位 20MSPS ADC，单通道、内部 S、低功耗l TLC549 8 位、40kSPS ADC，串行输出、低功耗、与 TLC540/545/1540 兼容、单通道l TLC545 8 位、76kSPS ADC，串行输出、片上 20 通道模拟 Mux，19 通道l TLC0831 8 位，31kSPS ADC 串行输出，微处理器外设/独立运算，单通道l TLC0820 8 位，392kSPS ADC 并行输出，微处理器外设，片上跟踪与保持，单通道l ADS931 8 位 30MSPS ADC，具有单端/差动输入和外部基准以及低功耗、电源关闭功能l ADS930 8 位 30MSPS ADC，单端/差动输入具有内部基准以及低功耗、电源关闭功能l ADS830 8 位 60MSPS ADC，具有单端/差动输入、内部基准和可编程输入范围l 10位分辨率l TLV1572 10 位 MSPS ADC 单通道 DSP/(Q)SPI IF S 极低功耗自动断电功能l TLV1571 1 通道 10 位 ADC，具有 8 通道输出、DSP/SPI、硬件可配置、低功耗l TLV1549 10 位 38kSPS ADC 串行输出、固有采样功能、终端与 TLC154、 TLC1549x 兼容l TLV1548 10 位 85kSPS ADC 系列输出，可编程供电/断电/转换速率，TMS320 DSP/SPI/QPSI Compat.，8 通道l TLV1544 10 位 85kSPS ADC 串行输出，可编程供电/断电/转换速率，TMS320 DSP/SPI/QPSI 兼容，4 通道l TLV1543 10 位 200 kSPS ADC 串行输出，内置自检测模式，内部 S，引脚兼容。

利用dsp进行AD和DA的转换___实验报告开课实验室：2012 年 4 月日学院物电学院年级、专业、班09光信2班姓名）成绩课程名称Dsp实验实验项目名称利用dsp进行AD和DA的转换指导老师签名一、实验目的1．通过实验熟悉VC5509A的定时器。

2．掌握VC5509A片内AD的控制方法。

3．掌握数模转换程序设计方法。

二、实验原理1．TMS320VC5509A模数转换模块特性：-带内置采样和保持的10 位模数转换模块ADC，最小转换时间为500ns,最大采样率为21.5kHz。

-2 个模拟输入通道（AIN0—AIN1）。

-采样和保持获取时间窗口有单独的预定标控制。

2．模数转换工作过程：-模数转换模块接到启动转换信号后，开始转换第一个通道的数据。

-经过一个采样时间的延迟后，将采样结果放入转换结果寄存器保存。

-转换结束，设置标志。

-等待下一个启动信号。

3．模数转换的程序控制：模数转换相对于计算机来说是一个较为缓慢的过程。

一般采用中断方式启动转换或保存结果，这样在CPU 忙于其他工作时可以少占用处理时间。

设计转换程序应首先考虑处理过程如何与模数转换的时间相匹配，根据实际需要选择适当的触发转换的手段，也要能及时地保存结果。

由于TMS320VC5509A DSP芯片内的A/D转换精度是10 位的，转换结果的低10 位为所需数值，所以在保留时应注意将结果的高 6 位去除，取出低10 位有效数字。

1．数模转换操作：利用专用的数模转换芯片，可以实现将数字信号转换成模拟量输出的功能。

在ICETEK-VC5509-A 板上，使用的是DAC7617 数模芯片，它可以实现同时转换四路模拟信号输出，并有12 位精度，转换时间10μs。

其控制方式较为简单：首先将需要转换的数值通过数据总线传送到DAC7617 上相应寄存器，再发送转换信号，经过一个时间延迟，转换后的模拟量就从DAC7617 输出引脚输出。

2．DAC7617 与TMS320VC5509A的连接：由于TMS320VC5509A DSP 没有数模转换输出设备，采用外扩数模转换芯片的方法。