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课程编码：08265024

课程名称：DSP技术及应用

英文名称：DSP Technology and Application

开课学期：7

学时/学分：32 / 2 （其中实验16学时）

课程类型：专业选修课

开课专业：测控技术与仪器专业、电气工程及其自动化专业

先修课程：数字信号处理、数字电路、C语言程序设计

选用教材：《数字信号处理系统的应用和设计》上海交通大学、上海交通大学出版社2003年3月第一版

主要参考书：

1、DSP User’s Guide ----TMS320VC5402 Fixed-point Digital Signal Processor

2、DSP User’s Guide ----TMS320C54X DSP Mnemonic Instruction Set

3、DSP User’s Guide ----TMS320C54X Optimizing C Compiler

4、DSP User’s Guide ----TMS320C54X DSP Enhanced Peripherals

5、李刚主编：《数字信号处理器的原理及其开发应用》，天津大学出版社2000年4月出版。

6、彭启琮主编：《TMS320C54X实用教程》，电子科技大学出版社2000年1月出版。

7、张雄伟等编著：《DSP集成开发与应用实例》，电子工业出版社2002年6月出版。

8、吴湘淇等编著：《信号、系统与信号处理的软硬件实现》，电子工业出版社2002年3月出版。

9、陈金鹰主编：《DSP技术及应用》，机械工业出版社2004年6月出版。

执笔人：王言章

一、课程性质、目的与任务

DSP技术为当今先进的高新技术中的一种，功能非常强大，具有其它类型处理器所不具备的优异特性。目前DSP器件种类繁多，多家大型跨国公司都生产该类器件。本课程主要以美国德州仪器（TI）公司生产的TMS320系列DSP器件为主进行授课，根据应用的侧重点不同，该系列DSP器件主要涉及精密控制领域、手持式处理设备以及海量数据处理领域，每个领域都有典型的代表性器件。为实现由点带面的教学目的，课程的授课重点放在TI公司的TMS320C5000系列DSP上。本课程为大学四年级所设。如何利用好学生在处理器方面的开发经验同时又引导其走出常用处理器的开发思维方式是应该思考的问题。

鉴于以上原因，利用好学生在处理器方面的开发经验逐步引导其了解DSP开发的方式方法、建立DSP设计的思维模式，便成为DSP技术教学的首要任务。其工作重心是系统讲述DSP技术的功能特点及与普通处理器的区别比较；注意与前期学习的开发知识以及相关数字信号处理领域的应用相联系；适当介绍各类相关DSP器件的特点以扩大学生的知识面；并把培养学生的设计思维能力和动手能力贯穿于整个教学过程之中；最终达到学生能够熟练掌握DSP的共性技术并能针对DSP器件做一些简单的设计开发工作的目的。

二、教学基本要求

1、了解DSP技术的宏观及微观含义，掌握DSP芯片的分类及应用范围。

2、掌握C54X系列DSP的基本结构及存储器的组织形式。

3、掌握C54X系列DSP的指令系统及基于硬件的软件开发。

4、了解指令流水的概念及含义。

5、系统掌握基于DSP芯片的系统设计与开发方法，主要包括Mcbsp、HPI、DMA、Timer等外设的系统硬件开发；同时了解bootloader的程序运行模式以及关键模块设计的注意事项。

6、理论与实践相结合，在注重理论介绍的基础上，加强学生实验能力的培养，以理论教学促进学生对知识的掌握，以实验提高学生对知识的理解。

三、各章节内容及学时分配

第一章 DSP概述（1学时）

教学目的与要求

明确DSP并非仅指DSP处理器（Digital Signal Processor），而是数字信号处理(Digital Signal Processing)系统的一部分，使学生了解数字信号处理的一般方法，进而了解数字信号处理系统的结构组成。最后引出DSP处理器，通过对DSP应用范围的介绍，说明DSP的广泛应用前景。

教学内容

一、数字信号处理的优点

二、数字信号处理方法

三、数字信号处理系统构成

四、典型数字信号处理系统结构图

五、DSP的广泛应用领域

考核要求

了解：数字信号处理的优点、方法及其应用领域

理解：典型数字信号处理的系统结构图

掌握：数字信号处理系统构成

第二章 DSP基础（1学时）

教学目的与要求

使学生了解有关DSP的硬件结构、软件特征、对DSP的性能评估以及DSP的历史和发展趋势，最后引出TI公司生产的各个DSP系列，并简要介绍各系列的性能特点与应用领域。

教学内容

一、DSP的硬件结构

二、存储器配置

三、CPU结构

四、片上外设

五、DSP的软件特征

六、DSP的发展历史

七、TI公司的DSP各系列及其特点与应用领域

考核要求

了解：DSP的发展历史及其指令集特点、TI的各系列DSP

理解：DSP的硬件结构

掌握：存储器配置、CPU结构

第三章 C54X系列DSP系统结构（4学时）

教学目的与要求

使学生能够熟练掌握DSP的多总线哈佛结构，存储器组织以及DSP的中央处理单元

教学内容

一、改进的哈佛总线结构

1、该结构的原理图

2、哈佛总线结构在数字处理方面的突出优点

二、存储器组织

1、存储器配置标志位

2、存储器空间

三、中央处理单元

1、CPU状态和控制寄存器（ST0、ST1、PMST）

2、算术逻辑单元（ALU）

3、累加器（A、B两个，40位）

4、桶形移位器

5、乘加器（硬件乘法器）

6、比较选择存储单元（CSSU）

7、指数编码器

考核要求

了解：哈佛总线结构的原理

理解：改进的哈佛结构在数字信号处理方面的突出优点

掌握：C54X系列DSP的存储器组织特点，以及该系列DSP中央处理单元各部分的特点

第四章 DSP的寻址方式（2学时）

教学目的与要求

使学生能够熟练掌握DSP的数据寻址方式、程序寻址方式以及DSP的流水线工作模式

教学内容

一、数据寻址方式

1、大模式（big endian）与小模式（little endian）32位数访问的区别

2、六种数据寻址方式

二、程序寻址方式

1、三种方式下程序地址的产生

2、影响PC的操作

三、流水线

该系列DSP的六级指令流水线模式

考核要求

了解：流水线的概念

理解：流水线运行模式及大、小模式32位数访问的区别

掌握：数据寻址方式

第五章 DSP编程基础（2学时）

教学目的与要求

使学生能够了解掌握DSP的汇编指令集、代码组织结构、简单DSP程序设计以及汇编程序优化问题。

教学内容

一、汇编指令集

1、指令系统概述

2、指令的分类介绍

二、代码组织结构

1、段的概念

2、编译器对段的处理

3、连接器对段的处理

4、程序的重新定位与运行的重定位

5、外部符号（.def, .ref, .global各自的含义）

三、简单DSP程序设计

四、汇编程序优化

1、合理选择汇编指令

2、循环结构的嵌套和延迟选项的使用

3、双寻址语句和并行语句

4、特殊语句的运用

5、循环缓存的利用

考核要求

了解：汇编指令的分类

理解：指令系统、汇编程序的优化

掌握：代码的组织结构，段在代码设计中的概念和含义

第六章 DSP片上外围电路（2学时）

教学目的与要求

使学生能够熟练掌握DSP片上外设的原理与结构，为后续的系统设计工作打下良好基础

教学内容

一、通用输入输出（GPIO）

1、跳转控制输入脚/BIO

2、外部标志输出脚XF

二、定时器

1、软件可编程，通过设置TIM、PRD、PCR实现

2、定时中断速率计算公式

3、原理结构框图

三、时钟产生逻辑

1、内部具有振荡电路、锁相环电路以及参考时钟源

2、可用外部晶振或直接用外部时钟

3、通过跳线来确定系统初始时钟频率，通过软件最后倍频或分频确定系统的运行时钟频率

四、多通道缓冲串口（Mcbsp）

1、强大的功能特点

2、结构原理图

3、可产生中断信号或者DMA的事件信号

4、可设置为SPI接口使用

5、可复用为通用I/O引脚

五、直接存储器访问（DMA）

1、存储器映射寄存器访问和同址寻址方式

2、DMA寄存器

3、DMA中断复用（与Mcbsp和定时器的复用）

4、多帧方式的数据排序

5、带自动控制的循环缓冲方式（ABU）

6、DMA独立的地址映射表

7、增强的HPI与DMA

8、DMA优先级

六、外部总线

1、外部总线控制单元

2、等待状态发生逻辑

3、有无等待周期的存储器操作区别

考核要求

了解：GPIO的单向性

理解：各外设的功能特点

掌握：各外设在系统设计时的应用

第七章 DSP外围设备接口（1学时）

教学目的与要求

使学生能够熟练掌握DSP硬件系统模块设计的一些方式方法以及设计中需要注意的问题

教学内容

一、DSP与A/D转换器的接口

1、串行A/D的操作

2、A/D转换器与DSP的连接图

3、Mcbsp与DMA结合接收数据

考核要求

了解：通用外围设备的种类及接口规范

理解：通用外围设备接口协议

掌握：Mcbsp与DMA结合接收数据的方法

第八章 DSP的软件设计（1学时）

教学目的与要求

使学生在学习DSP编程基础上能够设计一般的DSP软件，了解混合编程的方法

教学内容

一、变量和函数名的命名规则

1、说明为全局的

2、自然命名与下划线前缀

二、混合编程函数调用规则

1、汇编程序子函数寄存器使用规则

2、C语言中，状态标志的缺省值

三、堆栈的使用

1、栈顶对齐方式

2、FRAME指令的使用

四、函数调用参数传递规则

考核要求

理解：堆栈的使用方法

掌握：变量及函数的命名规则，混合编程的函数调用规则及参数传递规则

第九章 DSP系统设计（2学时）

教学目的与要求

使学生能够熟练掌握DSP的整体系统设计方法流程，系统的自举加载以及系统设计中的关键模块电源、复位和时钟电路等

教学内容

一、电源，复位和时钟电路

1、系统电源

2、系统复位步骤

3、时钟电路

二、自举加载

1、自举方式

2、自举方式的检测次序

3、自举表的生成

三、系统设计流程

考核要求

了解：电源及系统复位

理解：系统设计流程、自举加载的含义

掌握：自举加载的方式以及自举表的生成

四、实验

1、实验目的与任务

《DSP技术及应用》课程实验不仅是对理论的验证和加强而且又是对理论教学的补充，是培养学生工程实践能力的必要途径，在素质教育中有不可替代的作用。

通过实验使学生能够全面掌握数字信号处理器芯片结构和指令系统，熟练掌握典型DSP的开发技术和应用系统设计的基本工程方法。加深对DSP技术的理解和应用技能。

2、实验教学基本要求

A、掌握DSP的集成开发环境CCS的设置与操作，C5400系列汇编语言程序的基本格式，程序编译、链接、运行和调试的基本过程

B、熟悉用C和汇编混合编程的方法及掌握混合编程的调试

C、理解数字信号处理理论及在DSP上的实现

D、在锻炼学生基本技能的基础上有选择的给出一些创新性实验，进一步提高开发技能

3、实验教材或指导书

《DSP技术及应用实验教学指导书》

4、实验项目一览表

序号	实验项目	内容提要	实验 类型	学时 分配	主要仪器 设 备	实验 地点	备注
1	CCS操作	CCS基本操作	验证实验	2	PC机、DSP实验包	地质宫330	必修
2	混合编程	数学运算	设计实验	2	PC机、DSP实验包	地质宫330	必修
3	FFT变换	FFT汇编实现	设计实验	2	PC机、DSP实验包	地质宫330	必修
4	FIR滤波	FIR的C实现	设计实验	2	PC机、DSP实验包	地质宫330	必修
5	自举加载	自举加载的实现过程	设计实验	2	PC机、DSP实验包	地质宫330	必修
6	Codec操作	A/D、D/A及 Mcbsp	设计实验	2	PC机、DSP实验包	地质宫330	必修
7	DMA操作	数据传输	设计实验	2	PC机、DSP实验包	地质宫330	必修
8	UART传输	串口输入输出	设计实验	2	PC机、DSP实验包	地质宫330	必修
9	相关信号检测	相关运算	综合实验	4	PC机、DSP实验包	地质宫330	选修
10	功率谱估计	信号功率谱运算	综合实验	课外	PC机、DSP实验包	地质宫330	开放实验
11	自适应时延估计	自适应处理	综合实验	课外	PC机、DSP实验包	地质宫330	开放实验
12	小波处理	信号的小波分解与重构	综合实验	课外	PC机、DSP实验包	地质宫330	开放实验
13	地学仪器开发	系统实现	创新实验	课外	自选	地质宫330	开放实验
14	与相关项目结合开发	软硬件设计实现	创新实验	课外	自选	地质宫330	开放实验

五、考核方式：考查

六、备注：无