山东农业大学：电工电子实验教学中心（教学大纲）DSP原理与应用

《DSP原理与应用》教学大纲Digital Signal Processing Theory and Using总学时：45总学分：2.536理论学时：：实验学时：9面向专业：自动化课程代码：BF058302大纲执笔人：闫银发侯加林大纲审定人：一、大纲说明1．课程的性质、地位和任务《DSP原理与应用》是电气工程及其自动化等专业的专业选修课，是一门技术课。数字信号处理器（DSP）作为数字信号处理系统的主角，数字化社会重要的技术之一，已深入到各个领域，具有很强的实用性。其任务是：通过本课程的学习，使学生掌握DSP的基本原理和编程实现方法，并具有初步的DSP编程技能，为后继课程的学习和将来参加社会生产实践打下基础。2.课程教学的基本要求本课程主要讲授TMS3202000系列DSP的工作原理、相应的开发工具、编程方法。通过本课程的教学，要求学生了解数字信号处理器的工作原理和特点，了解DSP应用系统的典型结构和设计方法，掌握一种常用的数字信号处理器的芯片结构、指令系统、DSP算法、典型应用系统以及开发工具的使用方法，掌握定点数字信号处理器中的误差问题及数据处理方法。3.课程简介（100字左右）《DSP原理与应用》是一门应用性的专业技术课，运算速度快是其显著特性，TMS320C281X处理器是TI公司最新推出的32位定点DSP，频率高达150OMHz，具有很高的控制精度和数字处理能力。通过提供的浮点数学函数库，可以在定点处理器上方便实现浮点运算。4.课程教学改革对于应用性的专业技术课，要重点突出实践教学环节，加大实验学时，提高学生的动手能力、创新能力和对系统的感性认识。二、大纲内容(一)课程理论教学第一章绪论（2学时）通过学习了解DSP技术的基本概念和发展史，了解DSP系统的分类和典型结构，了解ISP系统的主要应用领域。明白本课程的学习方法。哈佛结构与冯.诺伊曼结构：DSP芯片的特点：流水线技术：定点DSP芯片与浮点DSP芯片的特点：DSP系统的构成。要点：DSP技术的基本概念，定点DSP芯片与浮点DSP芯片的特点。思考题：1、DSP的主要性能及应用领域。2、哈佛总线结构与冯.诺伊曼结构有什么区别？3、多级流水线技术的优势。第二章TMS320C2000的硬件结构（4学时）

《DSP 原理与应用》教学大纲 Digital Signal Processing Theory and Using 总 学 时： 45 总 学 分： 2.5 理 论 学 时 ： 36 实 验 学 时 ： 9 面 向 专 业 ： 自动化 课 程 代 码 ： BF058302 大纲执笔人： 闫银发 大纲审定人： 侯加林 一、大纲说明 1．课程的性质、地位和任务 《DSP 原理与应用》是电气工程及其自动化等专业的专业选修课，是一门技术课。数字 信号处理器（DSP）作为数字信号处理系统的主角，数字化社会重要的技术之一，已深入到 各个领域，具有很强的实用性。其任务是：通过本课程的学习，使学生掌握 DSP 的基本原理 和编程实现方法，并具有初步的 DSP 编程技能，为后继课程的学习和将来参加社会生产实践 打下基础。 2．课程教学的基本要求 本课程主要讲授 TMS3202000 系列 DSP 的工作原理、相应的开发工具、编程方法。通过 本课程的教学，要求学生了解数字信号处理器的工作原理和特点，了解 DSP 应用系统的典型 结构和设计方法，掌握一种常用的数字信号处理器的芯片结构、指令系统、DSP 算法、典型 应用系统以及开发工具的使用方法，掌握定点数字信号处理器中的误差问题及数据处理方 法。 3．课程简介（100 字左右） 《DSP 原理与应用》是一门应用性的专业技术课，运算速度快是其显著特性，TMS320C2 81X 处理器是 TI 公司最新推出的 32 位定点 DSP，频率高达 150MHz，具有很高的控制精度和 数字处理能力。通过提供的浮点数学函数库，可以在定点处理器上方便实现浮点运算。 4．课程教学改革 对于应用性的专业技术课，要重点突出实践教学环节，加大实验学时，提高学生的动手 能力、创新能力和对系统的感性认识。 二、大纲内容 ㈠ 课程理论教学 第一章 绪论（2 学时） 通过学习了解 DSP 技术的基本概念和发展史，了解 DSP 系统的分类和典型结构，了解 D SP 系统的主要应用领域。明白本课程的学习方法。哈佛结构与冯.诺伊曼结构；DSP 芯片的 特点；流水线技术；定点 DSP 芯片与浮点 DSP 芯片的特点；DSP 系统的构成。 要 点：DSP 技术的基本概念，定点 DSP 芯片与浮点 DSP 芯片的特点。 思考题： 1、DSP 的主要性能及应用领域。 2、哈佛总线结构与冯.诺伊曼结构有什么区别？ 3、多级流水线技术的优势。 第二章 TMS320C2000 的硬件结构(4 学时）

TMS320C2000系列芯片的硬件结构，重点是芯片的引脚功能、CPU结构、内部存储器、片内外设电路、内外部总线、系统控制及中断管理、串行通信接口及串行外设等。要点：C2000芯片的基本结构；C2000芯片CPU的主要组成：C2000芯片片内外设组成C2000芯片串行口的主要类型。思考题：1、C2000芯片流水线冲突的产生原因及避免方法。2、C2000体系结构与MCS51系列单片机有什么不同？3、C2000如何管理中断？第三章TMS320C2000指令系统（4学时)TMS320C2000数字信号处理器芯片的寻址方式、指令表示方法、程序地址的生成、流水线操作技术，初步掌握基本指令，了解指令体系框架。要点：C2000指令系统寻址方式的分类和功能，指令系统中的常用符号、缩略语和运算符，数据传送、算术运算、逻辑运算、程序控制、并行操作和重复操作指令等。思考题：1、RISC与CISC有什么不同？优势在哪里？2、流水线操作技术对指令结构有什么影响？第四章DSP软件开发过程(6学时)TMS320C2000软件开发的一般过程和方法，了解C0FF文件格式和特点，学习汇编语言程序的编辑、汇编和链接过程、工具和方法。掌握CCS开发软件的安装、配置以及基本操作方法，包括：CCS的窗口和工具条、文件的编辑、反汇编窗口、存储器窗口、寄存器窗口、观察窗口和其他有关的基本操作等。要点：COFF文件格式，编译器、汇编器、链接器、文档管理器包括常用参数和符号的作用和使用方法，.cmd文件、.asm文件、.1st文件、.obj文件、.out文件、.map文件的作用和使用方法。CCS开发软件断点、探测点、评估点的定义和特点。思考题：1、如何观察和修改寄存器和存储器中的内容？2、断点、探测点、评估点如何设置和使用？第五章DSP程序设计(4学时)汇编语言程序设计是应用软件设计的基础，主要任务是利用汇编指令和伪指令编写源程序以完成指定的功能。通过本章学习，掌握TMS320C2000汇编语言源程序设计的基本方法。堆栈的使用方法，控制程序设计，数据块传送程序设计，小数运算程序设计，浮点运算程序设计等。要点：汇编语言源程序的格式：常数、字符串、符号和表达式的规定。堆栈的使用方法：分支、调用、返回控制程序：单指令、块重复、循环嵌套等重复操作程序：数据块传送程序：小数运算程序和浮点运算程序。思考题：1、浮点运算程序与定点运算程序在设计上有什么不同？2、DSP中的堆栈是如何使用的？第六章DSP应用程序设计（6学时）

TMS320C2000 系列芯片的硬件结构，重点是芯片的引脚功能、CPU 结构、内部存储器、 片内外设电路、内外部总线、系统控制及中断管理、串行通信接口及串行外设等。 要 点：C2000 芯片的基本结构；C2000 芯片 CPU 的主要组成；C2000 芯片片内外设组成； C2000 芯片串行口的主要类型。 思考题： 1、C2000 芯片流水线冲突的产生原因及避免方法。 2、C2000 体系结构与 MCS51 系列单片机有什么不同？ 3、C2000 如何管理中断？ 第三章 TMS320C2000 指令系统(4 学时) TMS320C2000 数字信号处理器芯片的寻址方式、指令表示方法、程序地址的生成、流水 线操作技术，初步掌握基本指令，了解指令体系框架。 要 点：C2000 指令系统寻址方式的分类和功能，指令系统中的常用符号、缩略语和运 算符，数据传送、算术运算、逻辑运算、程序控制、并行操作和重复操作指令等。 思考题： 1、RISC 与 CISC 有什么不同？优势在哪里？ 2、流水线操作技术对指令结构有什么影响？ 第四章 DSP 软件开发过程(6 学时) TMS320C2000 软件开发的一般过程和方法，了解 COFF 文件格式和特点，学习汇编语言程 序的编辑、汇编和链接过程、工具和方法。掌握 CCS 开发软件的安装、配置以及基本操作方 法，包括：CCS 的窗口和工具条、文件的编辑、反汇编窗口、存储器窗口、寄存器窗口、观 察窗口和其他有关的基本操作等。 要 点： COFF 文件格式，编译器、汇编器、链接器、文档管理器包括常用参数和符号的作用和使 用方法，.cmd 文件、.asm 文件、.lst 文件、.obj 文件、.out 文件、.map 文件的作用和使 用方法。CCS 开发软件断点、探测点、评估点的定义和特点。 思考题： 1、如何观察和修改寄存器和存储器中的内容？ 2、断点、探测点、评估点如何设置和使用？ 第五章 DSP 程序设计(4 学时) 汇编语言程序设计是应用软件设计的基础，主要任务是利用汇编指令和伪指令编写源程 序以完成指定的功能。通过本章学习，掌握 TMS320C2000 汇编语言源程序设计的基本方法。 堆栈的使用方法，控制程序设计，数据块传送程序设计，小数运算程序设计，浮点运算 程序设计等。 要 点：汇编语言源程序的格式；常数、字符串、符号和表达式的规定。堆栈的使用方 法；分支、调用、返回控制程序；单指令、块重复、循环嵌套等重复操作程序；数据块传送 程序；小数运算程序和浮点运算程序。 思考题： 1、浮点运算程序与定点运算程序在设计上有什么不同？ 2、DSP 中的堆栈是如何使用的？ 第六章 DSP 应用程序设计(6 学时)

数字信号处理最常见、最具有代表性的应用程序的DSP实现方法。主要包括：有限冲激响应（FIR）数字滤波器、无限冲激响应（IIR）数字滤波器，快速FFT算法实现，卷积算法实现。要点：Z-1的两种实现方法：线性缓冲区法、循环缓冲区法。FIR滤波器的DSP实现。思考题：1、DSP在实现数字信号处理有数字运算时有什么优势？2、FIR滤波器与IIR滤波器在DSP实现上有什么区别？第七章TMS320C2000应用系统设计（10学时）DSP应用系统设计的一般规则，掌握基本设计方法和技术，DSP系统的基本设计，DSP的电平转换电路设计，DSP存储器和I/O的扩展，异步串口通信、DSP与A/D和D/A转换器的接口，直流电机控制实验，步进电机控制实验。要点：典型DSP目标板结构图：电源、复位、时钟电路；常用程序、数据存储器芯片，常用ADC、DAC芯片，DSP系统常用扩展电路设计方法。思考题：1、电动机是一个电磁干扰源，在设计软硬件系统时采取什么措施来抑制和消除这些干扰?2、采取什么优化措施可以使步进电机平滑转动？3、如何用中断方式实现UART通信？4、在多路DA设计中采用计数法输出，有什么优缺点？（二）课程实验教学实验一DSP开发环境CCS入门，并编写简单的汇编程序和C语言程序（2学时)掌握CCS开发环境的设置，在软件仿真环境下调试纯软件程序，设置CCS通过ICETECK-5100USB仿真器连接TMS320F2812硬件环境进行软件调试和开发。实验二TMS3202812I/0控制实验（2学时）了解DSP在外部扩展存储空间上的扩展，并用C语言实现扩展的控制寄存器方法，并完成跑马灯实验和拨码开关控制实验实验三单路和多路AD转换实验(2学时)掌握DSP中的定时器控制方法和片内AD的控制方法，分别用汇编语言和C语言实验AD转换程序。实验四有限冲击响应滤波器（FIR）的DSP实现（3学时）掌握用窗函数法设计FIR数字滤波器的原理和方法，熟悉线性相位FIR数字滤波器特性，了解各种窗函数对滤波器特性的影响。三、本课程考核方式、方法课程考核采用闭卷方式进行。附：建议使用教材及参考书目[1]】《TMS320X281xDSP原理与应用》徐克军等编，北京航空航天大学出版社，2006。[2]《TMS320C28x系列DSP指令和编程指南》TI公司著，刘和平等译，清华大学出版社，2005。[3]《DSP原理及应用》邹彦主编，电子工业出版社2005。[4] 《ICETEK-VC5509-A-USB-EDU教学实验系统使用指导书》北京瑞泰公司.2005[5] 《TMS320F281xDSP原理及应用实例》万山明编著，北京航空航天大学出版社，2007

数字信号处理最常见、最具有代表性的应用程序的 DSP 实现方法。主要包括：有限冲激 响应（FIR）数字滤波器、无限冲激响应（IIR）数字滤波器，快速 FFT 算法实现，卷积算法 实现。 要 点：Z-1 的两种实现方法：线性缓冲区法、循环缓冲区法。FIR 滤波器的 DSP 实现。 思考题： 1、DSP 在实现数字信号处理有数字运算时有什么优势？ 2、FIR 滤波器与 IIR 滤波器在 DSP 实现上有什么区别？ 第七章 TMS320C2000 应用系统设计(10 学时) DSP 应用系统设计的一般规则，掌握基本设计方法和技术，DSP 系统的基本设计，DSP 的电平转换电路设计，DSP 存储器和 I/O 的扩展，异步串口通信、DSP 与 A/D 和 D/A 转换器 的接口，直流电机控制实验，步进电机控制实验。 要 点：典型 DSP 目标板结构图；电源、复位、时钟电路；常用程序、数据存储器芯片，常 用 ADC、DAC 芯片，DSP 系统常用扩展电路设计方法。 思考题： 1、 电动机是一个电磁干扰源，在设计软硬件系统时采取什么措施来抑制和消除这些干 扰？ 2、 采取什么优化措施可以使步进电机平滑转动？ 3、 如何用中断方式实现 UART 通信？ 4、 在多路 DA 设计中采用计数法输出，有什么优缺点？ (二)课程实验教学 实验一 DSP 开发环境 CCS 入门，并编写简单的汇编程序和 C 语言程序(2 学时) 掌握 CCS 开发环境的设置，在软件仿真环境下调试纯软件程序，设置 CCS 通过 ICETECK-5100USB 仿真器连接 TMS320F2812 硬件环境进行软件调试和开发。 实验二 TMS3202812I/O 控制实验(2 学时) 了解 DSP 在外部扩展存储空间上的扩展，并用 C 语言实现扩展的控制寄存器方法，并 完成跑马灯实验和拨码开关控制实验 实验三 单路和多路 AD 转换实验(2 学时) 掌握 DSP 中的定时器控制方法和片内 AD 的控制方法，分别用汇编语言和 C 语言实验 AD 转换程序。 实验四有限冲击响应滤波器（FIR）的 DSP 实现(3 学时) 掌握用窗函数法设计FIR数字滤波器的原理和方法，熟悉线性相位FIR数字滤波器特性， 了解各种窗函数对滤波器特性的影响。 三、本课程考核方式、方法 课程考核采用闭卷方式进行。 附：建议使用教材及参考书目 [1] 《TMS320X281x DSP 原理与应用》徐克军等编，北京航空航天大学出版社，2006。 [2] 《TMS320C28x 系列 DSP 指令和编程指南》TI 公司著，刘和平等译，清华大学出 版社，2005。 [3] 《DSP 原理及应用》邹彦主编，电子工业出版社,2005。 [4] 《ICETEK-VC5509-A-USB-EDU 教学实验系统使用指导书》北京瑞泰公司.2005 [5] 《TMS320F281x DSP 原理及应用实例》万山明编著，北京航空航天大学出版社， 2007