AutoCAD 2011三维建模入门与实例解析.pdf
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1、83; 174 7.5.4 抽取滤波器 175 7.5.5 比特匹配滤波器 176 7.5.6 频率滤波器 176 7.5.7 AGC 177 7.5.8 载波同步 178 7.5.9 位同步 180 7.5.10 差分译码 182 7.5.11 软判决维特比译码 182 7.5.12 可变长信源译码 184 7.5.13 静噪控制和信号 质量计算 184 7.6 DSP 库简介 187 附录 业余无线电简介 189 参考文献 195 1 第 1 章 数字信号控制器及其在无线通信中的应用 1.1 数字信号控制器 1.1.1 dsPIC33F 系列数字信号控制器简介 随着微电子技术的迅猛发展,单
2、片机不断向高速化、多样化方向发展,其功能越来 越强、成本越来越低。近年来,美国微芯(Microchip)公司推出了 dsPIC33F 系列高性能 16 位数字信号控制器(DCS) ,其性价比介于16 位、32 位单片机及DSP 中、低档机之 间。目前在智能控制、自动检测、无线通信等领域正掀起了广泛使用 DSP 的热潮。DSP 即数字信号处理器,是在数字信号处理的各种理论和算法的基础上发展起来的,用于完 成各种实时数字信息处理的 CPU。20 世纪 80 年代初,随着大规模集成电路技术的发 展,DSP 也得到了广泛的应用。DSP 器件的出现使得各种数字信号处理的算法得到了实 现。DSP 器件不但
3、使数字信号处理得到了实际应用,而且还拓宽到了系统控制领域,从 而诞生了一大批新型的电子产品。DSP 技术的迅速普及,也为今天的信息高速公路建设 奠定了基础。 但是 DSP 器件也有自己的缺点,就是控制能力相对较弱,芯片所提供的接口种类 和数量较少,所以在实际系统中,人们通常把控制功能交给单片机(MCU)处理,而 把复杂的算法或运算量大的部分交给数字信号处理器(DSP) ,这样一来一个系统就需 要两个微处理器,系统的复杂性和成本提高了,而系统的可靠性和效率却下降了。为解 决这一矛盾,微芯公司的 dsPIC33F 系列数字信号控制器将高性能 16 位单片机的控制 特点和 DSP 高速运算的优点结合
4、起来,为嵌入式系统设计提供了适合单芯片、单指令 流的解决方案。它消除了目前类似设计中所需求的额外组成部分,既减小了印制板空 间,也降低了系统成本,同时 dsPIC33F 系列数字信号控制器的成本也较为低廉,由其 构成的智能设备和系统具有较高的性价比。 (1)数字信号控制器的特点 dsPIC33F 系列数字信号控制器兼容了 PIC 单片机和 DSP 器件两类产品的优点,它具有 以下特点: 具有丰富的外围接口部件。 具有丰富的片内资源。 具有完整的 DSP 引擎。 可通过内部的 Flash 存储器灵活地保存程序。 2 中断控制器可确保外部事件及时响应。 具有以优化的高级语言为基础的强大的开发环境。
5、 系列芯片种类多,可选范围大。 (2)数字信号控制器的分类 dsPIC33F 系列数字信号控制器有多种分类方法,从功能上分可分为通用系列和控制 系列,两者的区别是电动机控制系列的 DCS 拥有电动机控制;根据芯片引脚数的不同可 分为 64 引脚、80 引脚和 100 引脚三种;根据片内 Flash 存储器容量的不同分可分为 64KB、128KB 和 256KB 三种;根据片内 RAM 存储器容量的不同可分为 8KB、16KB 和 30KB 三种。 (3)数字信号控制器的命名规则 dsPIC33F 系列数字信号控制器的命名规则如图 1-1 所示。 图 1-1 dsPIC33F 系列数字信号控制器
6、的命名规则 图中,DCS架构“33”代表是 33 系列数字信号控制器;闪存存储器系列“FJ” 代表是 3.3V的闪存程序存储器;产品组“GP7”代表是通用系列数字信号控制器 (此外还包括通用系列GP2、GP3、GP5 和电动机控制系列MC5、MC7) ;引脚数 “10”代表芯片的引脚数是 100(此外“06”代表 64 脚, “08”代表 80 脚) ;温度范 围“I”表示工业级(-4085) ;封装“PT”代表是 1010mm2或 1212mm2的 TQFP(Thin Quad Flat Pack,薄型四方扁平)封装;模式“XXX”是三位数字,表 示QTP、SQTP(Microchip公司在
7、美国的服务标记) 、编码或特殊要求。 (4)dsPIC33F 系列数字信号控制器的引脚功能 dsPIC33F 系列数字信号控制器的引脚功能如图 1-2 所示。 dsPIC33F 系列数字信号控制器的用途非常广泛,例如电动机控制、互联网接 入、汽车控制产品、多功能电话、数字应答机、低速软件调制解调器、线卡、POS 终端、自动售货机、生物测定安全装置、不间断电源、电源管理和自然语音输入/输 出等。 3 图 1-2 dsPIC33F 系列数字信号控制器的引脚功能图 1.1.2 dsPIC33F 系列数字信号控制器的系统结构 dsPIC33F 系列数字信号控制器内部由 CPU 模块和外设模块两部分组成
8、。CPU 模块 包括一个 16 位的单片机、一个高速 DSP 引擎、一组支撑单片机和 DSP 运转的若干内 部寄存器、一定容量的数据存储区和程序存储区以及灵活可靠的中断机制;外设模块包 括 A/D 转换器、通用定时器模块、电机控制 PWM 模块、正交编码器接口(QEI)模 块、UART 模块、SPI 模块、CAN 总线模块等。dsPIC33F 系列数字信号控制器的内部 结构如图 1-3 所示。 4 图 1-3 dsPIC33F 系列数字信号控制器的内部结构 1.2 CPU 模块 dsPIC33F 的 CPU 模块采用 16 位数据总线的改进型哈佛结构,具有增强指令集,其中包 含了对 DSP 指
9、令的支持。大部分指令都是单周期指令,并通过单周期指令预取机制提高程 序运行时的吞吐量,并可提供可预测执行能力。CPU 拥有 24 位指令字,指令字带有长度可 变的操作码字段。程序计数器(Program Counter,PC)为 23 位宽,可以寻址最大 4M24 位的用户程序存储空间。 1.2.1 内部寄存器 dsPIC33F 的内部寄存器由 16 个 16 位工作寄存器(W0 W15) 、两个 40 位累加器 (ACCA 和 ACCB) 、状态寄存器(SR) 、内核控制寄存器(CORCON) 、数据表页寄存器 (TBLPAG) 、程序空间可视性页寄存器(PSVPAG) 、DO 和 REPEA
10、T 寄存器(DOSTART、 DOEND、DCOUNT 和 RCOUNT)以及程序计数器(PC)组成。 (1)工作寄存器 工作寄存器可作为数据、地址或偏移量寄存器,其中 W0 是唯一能够在执行文件寄存器 寻址的工作寄存器。W15 是专用的软件堆栈指针(Stack Pointer,SP) ,在程序异常处理、 子程序调用和返回时 W15 会被自动修改。W14 是专用的堆栈帧指针,由 LNK 和 ULNK 指 令定义,它也能够被任何指令引用(方式与引用所有其他工作寄存器相同) 。堆栈指针总是 指向第一个可用的字并从低地址到高地址生长。出栈(读操作)时,堆栈指针预递减,压栈 5 (写操作)时,堆栈指针
11、后递增。工作寄存器的内部结构如图 1-4 所示。 图 1-4 工作寄存器的内部结构 W15 和 SPLIM 没有影子寄存器 一些寄存器有与之相关联的影子寄存器。影子寄存器是用来临时保存数据的寄存器,当 一个周期内发生某些事件时它会将主寄存器的内容备份在影子寄存器中,也可以将影子寄存 器的内容送回主寄存器。影子寄存器都是不可直接访问的。当某个工作寄存器执行字节操作 时,只有目标寄存器的低字节会受到影响。所有寄存器都是存储器映射的,对于存储器映射 的工作寄存器来说,可以通过对数据存储空间进行字节宽度的访问来对工作寄存器的低字节 和高字节进行操作。 (2)状态寄存器 状态寄存器(SR)是一个 16
12、位的寄存器,它分成高、低字节的寄存器,低字节寄存器 称为低状态寄存器(Lower Status Register,SRL) ,高字节寄存器称为高状态寄存器(Higher Status Register,SRH) 。SRL 包含了所有的微控制单元(MCU) 、算术逻辑单元(ALU)的 操作状态标志,以及 CPU 中断优先级状态位 IPL和循环有效状态位 RA;SRH 包含 了 DSP 加法器/ 减法器状态位、DO 循环有效位 DA 和辅助进位标志位 DC 等。 (3)内核控制寄存器 内核控制寄存器(CORCON)包含 DSP 乘法器和 DO 循环硬件操作的控制位,还包含 CPU 中断优先级状态位
13、 IPL3。 1.2.2 DSP 引擎 DSP 引擎由一个高速的单周期 1717 位乘法器、一个桶形移位寄存器、一个带有两个 目标累加器的 40 位加法器/ 减法器以及舍入与溢出逻辑组成,该模块的输入数据来自于工 作寄存器 W4、W5、W6、W7 或者 X 存储器区,输出数据送到 DSP 指令定义的目标累加器 6 中或者 X 存储器区中。DSP 指令可以无缝地与所有其他指令一起操作,其设计可实现最佳 的实时性能。MAC 指令和其他相关指令可在同一个周期内,同时完成从存储器中取出两个 数据操作数、将两个工作寄存器相乘并进行累加的操作。DSP 引擎能够执行固有的“累加 器累加器”的操作而无需额外数
14、据,这些指令包括 ADD、SUB 和 NEG 等。该功能大大 简化了 32 位或 40 位数据的算术运算。DSP 引擎的内部结构如图 1-5 所示。 图 1-5 DSP 引擎的内部结构图 1717 位乘法器可进行有符号或无符号运算。对输出进行适当调整可以支持 1.31 小数 (Q31)或 32 位整数结果,无需在运算后手工处理小数乘法运算的结果。 40 位加法器/减法器可以选择两个累加器(A 或 B)之一作为保持运算后的结果,对于 ADD 指令和 LAC 指令,可选择通过桶形移位器在累加之前对将被累加或装入的数据进行调 整。加法器/减法器产生溢出状态位 SA/SB 和 OA/OB,这些位在状态
15、寄存器中,它也可以选 择性地产生算术错误陷阱。 桶形移位寄存器在单个周期内可完成 16 位的算术右移或左移。 DSP 指令或 MCU 指令 都可实现桶形移位器的多位移位。移位器需要一个带符号的二进制值确定移位操作的幅度 (位数)和方向,具体规则如下: 7 若为正值则将操作数右移。 若为负值则将操作数左移。 若值为“0”则不改变操作数。 桶形移位器的宽度与累加器相同,都是 40 位,为 DSP 移位操作提供了 40 位输出结 果,为 MCU 移位操作提供 16 位结果。 DSP 引擎还有一个舍入与溢出逻辑控制模块,可以控制累加器的数据饱和。该模块通过 加法器的运算结果、状态位和用户设置的控制位来
16、决定运算是否溢出,以及什么值会溢出, 另外该模块还可以判断对数据空间进行写操作的溢出。 1.2.3 数据存储器的控制 dsPIC33F 的数据存储空间由两个 16 位的数据区组成,分别是 X、Y 数据空间。数据存储 器 0x00000x07FF 之间的地址空间为保留空间,用于器件的特殊功能寄存器(SFR) ,包含了 CPU 和器件上所有外设的控制和状态位。X、Y 数据空间从地址 0x0800 开始,其空间划分视 不同器件而定。对于数据写操作,总是将 X、Y 数据空间作为一个线性数据空间访问。对于数 据读操作,可以分别单独访问 X、Y 存储器空间或将它们作为一个线性空间访问。用 MCU 类 指令
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