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用TL16C752B實現(xiàn)DSP和PC機的串行通信
通信技術，又稱通信工程（也作信息工程、電信工程，舊稱遠距離通信工程、弱電工程）是電子工程的重要分支，同時也是其中一個基礎學科。以下是小編收集整理的用TL16C752B實現(xiàn)DSP和PC機的串行通信，供大家參考借鑒，希望可以幫助到有需要的朋友。
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摘 要：隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，同時也伴隨著綠色能源的產(chǎn)生，電力電子技術在我國蒸蒸日上，不斷拓展�；贒SP的整流器技術已經(jīng)成為電力電子技術研究的熱點話題。整流器技術憑借其自身強大的特點，可以實現(xiàn)電網(wǎng)無污染以及電能的雙向傳輸，它成為現(xiàn)代人最理想的用電設備。當今，經(jīng)過技術變換處理后再供用戶使用的電能在全國供電總量的比值，直線上升，并且這也代表了我國技術水平的突飛猛進。本論文主要介紹了DSP、整流器的工作原理，以及PWM整流器的發(fā)展現(xiàn)狀、技術研究方向和控制領域設計，最后表明整流器的應用領域。
關鍵詞：DSP 整流器 發(fā)展現(xiàn)狀 研究方向 控制領域設計
在現(xiàn)代工業(yè)、交通、經(jīng)濟、政治、國防飛速發(fā)展的今天，我們生活的各個領域都需要大量的各種類型的交流裝置，這些具有高技術的交流裝置將一種特定頻率或幅值的電能運用其自身的技術完美的轉(zhuǎn)化成另一種頻率、幅值的電能，從而使我們的用電設備達到我們理想的狀態(tài);同時，滿足我們用電負載的各種需求，達到我國的經(jīng)濟效益最大化。本文對三相電壓器PWM整流器的設計做出研究，為其為潛力開發(fā)做好鋪墊，并且開發(fā)無污染能源是電子電力設備的主要任務之一。整流器設備為其提供途徑，并且加快其進程，因此我們要將基于DSP的整流器設備做出概述，證明其應用的可能性以及現(xiàn)實性，明白其國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀，了解PWM整流器控制技術的研究方向，更好的將電能在最小代價下轉(zhuǎn)化成最有效，最符合人們用電標準的電能。
1、工作原理
1.1 DSP的工作原理
DSP(digital signal processor)是一種比較特殊的微處理器，是以數(shù)字信號來處理大量信息的器件。其工作原理是接收模擬信號，轉(zhuǎn)化為0或1的數(shù)字信號，再對數(shù)字信號進行修改、強化、刪除等，它還可以再其他系統(tǒng)芯片中進行解譯，例如把數(shù)字數(shù)據(jù)解譯成模擬數(shù)據(jù)或者實際環(huán)境各種格式。DSP具有可編性，并且其實際運行速度快的驚人，可達每秒數(shù)千萬條復雜指令的程序，這遠遠超出一般普通的微處理器。DSP具有強大的數(shù)據(jù)處理能力以及高速度的運行，這就是DSP成為數(shù)字化電子世界的寵兒，在電子界有重要的地位，是新生代的佼佼者。具有無窮的潛力和發(fā)掘的價值。
1.2 整流器的工作原理
整流器是將電流(AC)轉(zhuǎn)化成直流的一種轉(zhuǎn)化設備。其具有強大的轉(zhuǎn)化能力，可將電能轉(zhuǎn)化為人們生活或者工作所能接受的最好的狀態(tài)。隨著工業(yè)和經(jīng)濟的飛速發(fā)展，整流器在其中的作用越來越明顯，其不僅可以將工業(yè)的發(fā)展推到專業(yè)化，技術化水平，還可能開發(fā)綠色能源，倡導文明綠色的經(jīng)濟發(fā)展方式。整流器使經(jīng)濟的能源利用達到最大化，經(jīng)濟效益得到最大化，使我國的技術水平越來越先進，不斷突破。整流器的轉(zhuǎn)化原理充分體現(xiàn)了這種轉(zhuǎn)化裝置有很大的發(fā)展空間。
2、整流器國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
2.1 整流器的概況
變頻器、高頻開關電源以及各種交流器等等設備很大一部分都需要整流這一重要環(huán)節(jié)，從而獲得直流電壓，如果經(jīng)常采取不控整流電路，這將對電網(wǎng)造成嚴重的“污染”，由此可見，只有對整流器做出研究，就可以有效的控制污染源的出現(xiàn)。
2.2 PWM整流器的發(fā)展現(xiàn)狀
20世紀80年代，隨著全控器件的日趨成熟，推動了三相PWM整流器的應用和研究。外國科學家提出了三相PWM整流器拓撲結(jié)構(gòu)和電流等的控制策略，并實現(xiàn)了電流型PWM整流器單位功率的'有效控制，這就是早期電壓型PWM整流器的設計思想。后來，隨著離散動態(tài)模型和控制策略的發(fā)展PWM整流器又發(fā)展到新的高度。
隨著PWM整流器的發(fā)展，其相關領域也不斷拓展，同時，PWM整流器以及控制技術也得到不斷發(fā)展完善，它們相互促進彼此發(fā)展，相輔相成。PWM整流器已經(jīng)有半控型器件橋路過渡偶倒全控件橋路;PWM整流器的開關控制由單純的硬開關控制完善到軟開關調(diào)制;更重要的是，其功率等級由千瓦級別飛躍到兆瓦級別;并且其在主電路的類型上也有所變化，電流型整流器與電壓型整流器并存，有廣闊的使用空間，為人們生活提供了便利，也為國家的發(fā)展有重要的推動作用。
3、整流器控制技術的研究方向
控制技術是整流器發(fā)展的關鍵技術，所以，有關PWM整流器控制技術的研究應該非常有針對性，要切中要害，一針見血，研究其核心有價值的議題。一是努力降低整流器對電網(wǎng)的負面影響，一定要適當減少交流側(cè)輸入電流的畸變率，通常我們經(jīng)過方法的研究一般要求在整個負載波動的范圍之內(nèi)，一定程度上會減少對我國電網(wǎng)的不利影響。二是運用技術提高功率因數(shù)，從而減少整流器的非線性行為，使其對電網(wǎng)而言是純電阻的負載。三是提高整個整流器系統(tǒng)的動態(tài)響應能力，從而減少動態(tài)響應時間，減少對電網(wǎng)影響。四是降低整個系統(tǒng)的開關能源消耗，提高裝備效率。五是減少直流側(cè)紋波的系數(shù)，縮小整流器其體積，達到減輕重量。
4、總結(jié)
DSP雖然作為微處理器，可是卻有極大的潛能，其超大規(guī)模集成電路的工藝和高性能的數(shù)字信息處理器技術的穩(wěn)步發(fā)展，為將來DSP使各種復雜的語音編解碼的同步實現(xiàn)奠定了堅實額基礎。整流器作為一種新型的媒介出現(xiàn)在大眾的生活和社會中，為我們帶來了極大的便利，使資源得到了綜合的利用，而且有效地節(jié)約的資源，倡導我們做綠色能源的實踐者。
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這個學期通過《對DSP芯片的原理與開發(fā)應用》課程的學習，對DSP芯片的概念、基本結(jié)構(gòu)、開發(fā)工具、常用芯片的運用有了一定的了解和認識，下面分別談談自己的體會。
一、DSP芯片的概念
數(shù)字信號處理(Digital Signal Processing)是利用計算機或?qū)Ｓ锰幚碓O備,以數(shù)字形式對信號進行采集、變換、增強、濾波、估值、壓縮、識別等處理，以得到符合人們需要的信號形式。20世紀60年代以來，隨著計算機和信息技術的飛速發(fā)展，數(shù)字信號處理技術應運而生并得到迅速的發(fā)展。在通信、等諸多領域得到極為廣泛的應用。
DSP(Digital Signal Process)芯片,即數(shù)字信號處理器,是一種特別適合于進行數(shù)字信號處理運算的微處理器，其應用主要是實時快速的實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。該芯片一般具有以下主要特點：
�。�1） 在一個指令周期內(nèi)可完成一次乘法和一次加法；
�。�2） 程序與數(shù)據(jù)空間分開，可以同時訪問指令和數(shù)據(jù)；
�。�3） 片內(nèi)具有快速RAM，通�？赏ㄟ^獨立的數(shù)據(jù)總線在兩塊中同時訪問；
�。�4） 具有低開銷或無開銷循環(huán)及跳轉(zhuǎn)的硬件支持；
�。�5） 快速的中斷處理和硬件支持；
�。�6） 具有在單周期內(nèi)操作的多個硬件地址產(chǎn)生器；
�。�7） 可以并行執(zhí)行多個操作；
�。�8） 支持流水線操作，使取值、譯碼和執(zhí)行等操作可以同時進行。
世界上第一個單片DSP芯片應當是1978年AMI公司發(fā)布的S2811，1979年美國INTEL
公司發(fā)布的商用可編程器件2920是DSP芯片的一個主要里程碑。這兩種芯片內(nèi)部都沒有現(xiàn)代DSP芯片所必須有的單周期乘法器。1980年，日本NEC公司推出的uPD7720是第一個具有乘法器的商用DSP芯片。
當前，美國德州公司（TI），Motorola公司，模擬器件公司（AD），NEC公司，AT&T公司是DSP芯片主要生產(chǎn)商。
選擇合適的DSP芯片，是設計DSP應用系統(tǒng)的一個非常重要的環(huán)節(jié)。一般來說，要綜合考慮如下因素：
�。�1），DSP芯片的運算速度；
�。�2），DSP芯片的價格；
�。�3），DSP芯片的硬件資源；
�。�4），DSP芯片的運算精度；
�。�5），DSP芯片的開發(fā)工具；
�。�6），DSP芯片的功耗等等。
二、DSP芯片的基本結(jié)構(gòu)。
TI公司的TMS320系列芯片的基本結(jié)構(gòu)包括：
�。�1） 哈佛結(jié)構(gòu)。哈佛結(jié)構(gòu)是一種并行體系結(jié)構(gòu)，主要特點是將程序和數(shù)
據(jù)存儲在
不同的存儲空間中，獨立編址，獨立訪問。由于設立了程序總線和數(shù)據(jù)總線兩條總線，從而使數(shù)據(jù)的吞吐量提高了一倍。為了進一步提高芯片性能，TMS320系列芯片允許數(shù)據(jù)存放在程序存儲器中，并被算術運算指令直接使用；還把指令存儲在高速緩沖器(Cache)中，減少從存儲器中讀取指令需要的時間。
�。�2） 流水線。DSP芯片廣泛采用流水線以減少指令執(zhí)行時間，從而增強了處理器的處理能力。以三級流水線為例，取指，譯碼和執(zhí)行操作可以獨立的處理，在第N個指令取指時，前一個（N-1）個正在譯碼，而第N-2個指令則正在執(zhí)行。
�。�3） 專用的硬件乘法器。TMS320系列芯片中，有專門的硬件乘法器，乘法可以在一個周期內(nèi)完成。
�。�4） 特殊的DSP指令。比如LTD這條指令在一個指令周期內(nèi)可以完成LT、DMOV和APAC三條指令。
�。�5） 快速的指令周期。DSP芯片的指令周期可以在200ns以下。TMS320系列芯片的指令周期已經(jīng)降到了20ns以下�？梢詽M足很多DSP應用的要求。
�。ㄈ� 開發(fā)工具。
可編程DSP芯片的開發(fā)需要一整套完整的軟硬件開發(fā)工具。通常開發(fā)工具可以分為代碼生成工具和代碼調(diào)試工具兩類。代碼生成工具是將用C或匯編語言編寫的DSP程序編譯匯編并鏈接成成可執(zhí)行的DSP程序。代碼調(diào)試程序是將DSP程序及系統(tǒng)進行調(diào)試，使之能達到設計目標。
就軟件開發(fā)而言，用DSP芯片的匯編語言編寫程序是一件比較繁雜的事情。因為不同公司不同類型的芯片的匯編語言都不盡相同�；谝陨显�，各個公司都相繼推出了高級語言（如C語言）編譯器，使得DSP芯片的軟件可以通過高級語言編寫而成。
TI的優(yōu)化C編譯器能夠產(chǎn)生可與手工編寫的匯編語言相比的匯編語言程序，提供了簡單的C執(zhí)行時環(huán)境的程序接口，使得關鍵的DSP算法可用匯編語言實現(xiàn)建立了一定規(guī)模的工具庫來方便使用。在C編譯器中還提供了一個所謂的外殼程序（Shell），可以使C程序的編譯、匯編和鏈接三個過程一次完成。
�。ㄋ模╆P于TMS320C54X定點DSP芯片的設計使用。
TMS320C54X定點DSP芯片具有很高的性價比，體積小，功耗低，功能強，已在通信等許多領域得到廣泛的應用。
該系列芯片大部分采用低電壓供電方式，可以降低功耗，其電源分為兩種，內(nèi)核電源（CVdd）電源和I/O電源(DVdd)。與3.3V的供電相比，2.5V的內(nèi)核電源可以降低44%的功耗；而I/O電源3.3V可以直接與外部低壓器件接口，無需額外的電平轉(zhuǎn)換電路。但是，由于現(xiàn)在很多外圍芯片的工作電壓都是5V，如EPROM、SRAM、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片等，因此就要特別注意不同IC之間電平的轉(zhuǎn)換。例如5V的TTL和3.3v的TTL器件之間只要耐壓允許，電平可以通用；而5V的CMOS被3.3v的TTL驅(qū)動時，要加雙電壓（一邊是3.3V供電，一邊是5V供電）的驅(qū)動器。
TMS320C54X系列芯片有豐富的內(nèi)部快速存儲器，也可以擴展外部存儲器。一般需要擴展EPROM/PROM，擴展時也要注意電平轉(zhuǎn)換的問題。采用Flash存儲器存儲程序和固定數(shù)據(jù)是一種比較好的選擇。
進行軟件設計時，要注意以下一些問題：
�。�1） 流水線沖突。TMS320C54X采用了深度為6級的流水線操作，因此流水線沖突不可避免。一般在沖突發(fā)生時，由DSP自動插入延遲解決問題。但有些情況下DSP無法自動解決問題，需要程序員通過調(diào)整程序語句的次序或在程序中插入一定數(shù)量的NOP來解決。如果在調(diào)試程序中不能得到正確的結(jié)果，而又找不到程序錯誤時，就應該想到是否發(fā)生了流水線沖突，解決方法是在合適的位置插入一至幾個NOP指令。
�。�2） 編譯模式選擇。在ST1狀態(tài)寄存器中，有1位編譯器模式控制位CPL。用于指示在相對直接尋址中采用哪種指針。為0是使用頁指針DP，為1 時采用堆棧指針SP。注意模式切換時可能引起流水線沖突。
�。�3） 指令對存儲器的要求。有些指令是對存儲器是有特殊要求的，使用時要注意。
此外，在軟件編程時還有一些技巧。比如要充分利用片內(nèi)存儲器，節(jié)省程序運行時從片外存儲器讀入程序或數(shù)據(jù)的時間；利用程序?qū)ぶ房臻g，可以方便的尋址和執(zhí)行更大規(guī)模的程序；利用兩個內(nèi)部累加器，可以有效的提高編程效率；利用ALU的分裂操作模式和CSSU單元可以加快運算速度；利用自動溢出保護功能和利用條件存儲指令等等。
TMS320C54X系列芯片一般都在片內(nèi)設置有BOOT程序，主要作用是在開機時將用戶程序從外部裝入到程序存儲器。用戶需要使用BOOT時，需要將DSP設置為微計算機工作方式。
除此之外，通過學習我還了解了如何用MATLAB進行DSP設計模擬，其他一些DSP芯片的大致結(jié)構(gòu)和性能，以及具體的DSP應用開發(fā)方面的知識。在教員的悉心教導下，經(jīng)過我的認真學習，對DSP應用方面的知識有了一個整體的了解，雖然還沒有利用DSP芯片做過實際的東西，但我通過對該課的學習，為以后可能的設計應用打下了一定基礎。
對于數(shù)字信號處理課程最初的料想是在學長和以前的任課老師那里聽來的，據(jù)說這門課是跟隨著信號系統(tǒng)的步伐，而且難度比較的大。
而至于濾波器就更加簡單，只是根據(jù)頻域的圖像告訴我們，可以通過相乘得到這樣的一部分我們所需要的頻段。
對于連續(xù)型號我們可以很簡單的從圖像中看出來，那么數(shù)字信號呢？我們知道現(xiàn)實中模擬信號的傳輸是很麻煩的，而我們現(xiàn)在廣泛采取的就是數(shù)字信號，那么同樣的問題數(shù)字信號也是怎么解決的嗎？
答案是顯然的。那么既然不一樣，我們可以做出數(shù)/�！�/數(shù)之間的轉(zhuǎn)換是不是就可以了？轉(zhuǎn)換之后，會不會添加或者減少了一些東西呢？
數(shù)字濾波器到底是怎么做出來的呢？實際的濾波器肯定不可能就是一個門函數(shù)，那么物理可實現(xiàn)的濾波器又是怎么樣設計出來的呢？
還有關于調(diào)制解調(diào)嚴格的相干條件，如果頻率有出路該怎么辦，如果是倍頻或是半頻又該怎么辦呢？
因為牽涉到離散的問題，原來很清晰的連續(xù)函數(shù)不再完全適用，那么我們應該怎么在信號系統(tǒng)后承接好數(shù)字信號處理這門課呢？
應該說這些問題是我在信號系統(tǒng)之后一直想的，也是在學習數(shù)字信號處理之前應該思考的。
讓我釋然的是李老師在第一節(jié)課時對這門課程作解釋時的一句話，我到現(xiàn)在仍然記憶猶新。她說：很多學生看到這么多公式就感到害怕，但實際上我們不是要求大家單純的去算這些式子。我們不是數(shù)學課，我們的要求其實是希望大家能夠理解這些式子背后的物理含義。很多式子從數(shù)學推理上學很難，但是用物理的方法很簡單的一看就明白了。而我們這門課大家就要學會從物理模型的角度去思考，很多問題就很容易就理解了。
從物理模型的角度去理解記憶這些公式，這是我對老師話的總結(jié)。在后續(xù)的課程中我也是這么做的。
但是我對這門課的心得還要再加上兩句話：
�。�1） 拓展從信號系統(tǒng)中學到的知識，比較它與這門課的異同。
�。�2） 從物理模型的角度去理解記憶這些公式，或者是從自己的角度去理解，不要拘泥于老師和課本上的條條框框
（3） 重視matlab仿真實驗，從圖像中去加深理解。
對于這三句話我會在下面作解釋。
首先，對于信號系統(tǒng)與數(shù)字信號處理的'關系，只要是學過這兩門課程的人都看的出來。我前面說過，在學習的開始就有人有意無意的提醒我這兩門課程的關系。有先入為主的概念，幾乎每個人在學習數(shù)字信號系統(tǒng)的時候都會有意無意的去比較這兩門課程。
顯然這是溫故而知新，對這門課程是有幫助的。但是這種被動的比較，幫助很小，我們應該學會主動的去羅列他們的不同之處。比如說第三章Z 變換、Z 變換收斂域、Z 反變換、Z 變換的性質(zhì)，雖然是離散的，在表示方式上與連續(xù)的有所不同，但是變換的實質(zhì)是差不多的，所以很多性質(zhì)往往可以與傅里葉變換性質(zhì)一起記憶，甚至許多性質(zhì)公式完全可以從傅里葉變換的性質(zhì)中互推得到。又比如采樣中，采樣定理的原理是一樣的，但是如連續(xù)時間信號的離散時間處理，或者離散時間信號的連續(xù)時間處理，將會導致一些不同，這歸根結(jié)底在于離散信號與連續(xù)信號不同之處。
這些異同之處加以理解，甚至反過來，回頭再看以前的課本，你會發(fā)現(xiàn)很多地方又加深了理解，以前的有些疑問也釋然了�；蛟S有人認為以前的課程已經(jīng)結(jié)束了，過去的問題懂不懂無所謂。實際上，很多以前的東西是現(xiàn)在學習的基礎，基礎扎實了，在以后有可能就因為這個道理，觸類旁通反而解決了后續(xù)的問題。
如此看來，不單單是信號系統(tǒng)，我們甚至可以與其他一些并行的課程一起理解，比如自動控制原理中的零極點圖，和最小相位系統(tǒng)是一致的理論；通信原理中也有調(diào)制解調(diào)和編碼的東西甚至濾波器的設計，雖然主要是考慮信噪比的計算，但是基本原理是一樣的。
盡管這種比較可能對做題上沒有什么很大的影響，但是了解整個過程，了解整個系統(tǒng)是怎么運作的就對整個系統(tǒng)由了深刻的理解。這樣在物理模型層面上，就更明白這是為什么了。
這就為老師所說的，從物理模型的角度去理解記憶這些公式打下了基礎。有很多章節(jié)，他的基礎都是前幾章的公式，或是正對后面章節(jié)實現(xiàn)的定義。剛開始看的時候，覺得沒有道理，而且很簡單的問題偏偏要用數(shù)學表達式去表示，很顯然的推論，用數(shù)學語言描述之后就看不太明白了。
那么既然如此，我們也沒必要一定要把那些數(shù)學表示方法背下來，完全可以通過其物理的現(xiàn)象去理解它。本來，你用什么語言去寫，也不過是描述他罷了，沒有必要舍本逐末，只要理解就好。比如全通系統(tǒng)，最小相位系統(tǒng)，線性相位系統(tǒng)，你可以用幅度和相角把每個都表示出來，也完全可以把圖像記住了，那么一切也都記住了。甚至如李老師上課說的，通過平面幾何的方法，你可以得到和數(shù)學推理一樣的結(jié)論，因為兩者完全是一一對應的關系。你完全可以按照自己的理解來，只要言之有理，自圓其說就可以了。
如果你沒有辦法想出自己的方法，那么通過圖像來理解是一種不錯的選擇。整門課程隨時隨地都充斥著各種圖像，比起枯燥的數(shù)字，圖像更具體的表達了它們的物理本質(zhì)，也方便記憶。
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