DSP原理及应用课程教学大纲

DSP原理及应用课程教学大纲一、课程基本信息1、课程名称（中/英文）：DSP原理及应用 / Digital Signal Processors: Principles and Applications2、课程性质：专业必修3、周学时/学分：4/34、总学时36+28=64学时5、授课对象：电子信息科学与技术6、使用教材：邹彦主编，DSP原理及应用，北京：电子工业出版社，2005. 二、课程简介本课程主要介绍DSP芯片的基本原理和应用，主要内容包括常用DSP芯片的基本结构和特征，定点和浮点DSP处理中的一些关键问题。重点介绍目前应用最广泛的TI DSP芯片中的TMS320C5000系列的硬件结构、汇编指令和寻址方式；介绍DSP芯片的开发工具及使用，重点介绍CCS集成开发环境的使用方法；介绍数字滤波器和快速傅立叶变换（FFT）等常用数字信号处理算法的DSP实现。三、教学目的与基本要求通过本课程的学习，使学生了解DSP芯片的原理和常用DSP芯片的应用，熟悉DSP芯片的开发工具及使用方法，熟悉 DSP芯片的软硬件设计，掌握常用数字信号处理算法的DSP实现方法，为今后从事相关领域的研发工作奠定基础。四、主要教学方法本课程采用课堂讲授、多媒体演示、实验、课外作业与辅导相结合的教学方法。五、教学进度表章次题目教学时数第一章概述2 第二章TMS320C54x的硬件结构4 第三章TMS320C54x的指令系统6 第四章汇编语言程序的开发工具2 第五章TMS320C54x的汇编语言程序设计6 第六章应用程序设计4 第七章TMS320C54x片内外设、接口及应用4 第八章TMS320C54x的硬件设计6 第九章DSP集成开发环境CCS2 总计36 六、考核方式和成绩评定办法1、考核方式：理论部分采用闭卷考，实验部分采用综合实验考试。2、成绩评定办法：按照学分比例，理论部分成绩占总成绩2/3，实验成绩占总成绩的1/3。理论部分成绩由平时成绩、期中成绩和期末成绩三部分构成，比例分别为10、20和70。实验成绩由平时成绩和综合实验考试成绩两部分构成，比例分别为60和40。七、理论部分第1章 绪论 （2学时）教学目的：让学生了解DSP芯片的发展历程，DSP芯片的分类，DSP芯片的一般特点，DSP应用系统的组成、设计过程和开发工具，DSP芯片的应用，培养学习该课程的兴趣，掌握基本的学习方法。教学重点：DSP芯片的特点及应用、DSP应用系统特点及开发工具教学难点：DSP应用系统设计过程1.1 数字信号处理概述1.2 可编程DSP芯片1.2.1 DSP芯片的发展概况1.2.2 DSP芯片的特点1.2.3 DSP芯片的分类1.2.4 DSP芯片的应用1.2.5 DSP芯片的发展现状和趋势1.3 DSP系统1.3.1 DSP系统的构成1.3.2 DSP系统的特点1.3.3 DSP系统的设计过程1.3.4 DSP芯片的选择1.4 DSP产品简介第2章 TMS320C54x的硬件结构（4学时）教学目的：让学生了解TMS320C5000系列定点DSP芯片的基本结构，掌握中央处理单元各个组成部分的工作原理，流水线冲突产生的原因及解决冲突的办法，深刻理解DSP芯片的结构特征与其快速的数字信号处理能力之间的关系。教学重点：中央处理单元、存储器、流水线冲突及解决、片内外设教学难点：存储器空间组织2.1 C54x的基本结构2.2 C54x的主要特性和外部引脚2.2.1 C54x的主要特性2.2.2 C54x的引脚功能2.3 C54x的内部总线结构2.4 C54x的中央处理器2.4.1 算术逻辑运算单元（ALU）2.4.2 累加器A和B2.4.3 桶形移位寄存器2.4.4 乘法-累加单元（MAC）2.4.5 比较、选择和存储单元（CSSU）2.4.6 指数编码器（EXP）2.4.7 CPU状态和控制寄存器2.5 C54x的存储空间结构2.5.1 存储空间结构2.5.2 程序存储空间2.5.3 数据存储空间2.5.4 I/O空间2.6 C54x的片内外设电路2.7 C54x的系统控制2.7.1程序地址的产生2.7.2 流水线操作2.7.3 系统的复位2.7.4 中断操作2.7.5 省电和保持方式2.8 C54x的外部总线2.8.1 外部总线接口2.8.2 外部总线等待状态控制2.8.3 外部总线接口时序第3章 TMS320C54x的指令系统 （6学时）教学目的：让学生了解TMS320C5000 DSP芯片汇编语言语句格式，熟悉汇编语言中常用缩写符号及含义，掌握TMS320C54x的算术指令、逻辑指令、程序控制指令、装载指令和存储指令中每条指令的格式和使用方法，掌握常用的数据寻址方式，以及程序存储器地址产生和装载。教学重点：算术指令、逻辑指令、程序控制指令、装载指令和存储指令、数据寻址方式教学难点：程序寻址3.1 寻址方式3.1.1 立即寻址3.1.2 绝对寻址3.1.3 累加器寻址3.1.4 直接寻址3.1.5 间接寻址3.1.6 存储器映像寄存器寻址3.1.7 堆栈寻址3.2 TMS320C54x指令的表示方法3.2.1 指令系统中的符号3.2.2 指令系统中的运算符3.3 TMS320C54x的指令系统3.3.1 数据传送指令3.3.2 算术运算指令3.3.3 逻辑运算指令3.3.4 程序控制指令3.3.5 并行操作指令3.3.6 重复操作指令第4章 汇编语言程序的开发工具 （2学时）教学目的：让学生了解DSP芯片的常用代码生成工具和调试工具的功能和使用方法；了解汇编器和链接器创建的目标文件格式，即公共目标文件格式（COFF），了解COFF格式对于程序编写和程序移植所带来的方便与好处。教学重点：宏汇编器、链接器、C编译器、初学者工具（DSK）、评价模块（EVM）、仿真器（XDS），块的概念、汇编器和链接器对块的处理、程序重定位。教学难点：C汇编源码调试器、软件模拟器、程序重定位。4.1 TMS320C54x软件开发过程4.2 汇编语言程序的编辑、汇编和链接过程4.3 COFF的一般概念4.3.1 COFF文件的基本单元4.3.2 汇编器对段的处理4.3.3 链接器对段的处理4.3.4 链接器对程序的重新定位4.3.5 程序装入4.3.6 COFF文件中的符号4.4 源程序的汇编4.4.1 汇编程序的运行4.4.2 汇编时的列表文件4.4.3 汇编伪指令4.4.4 宏定义和宏调用4.5 链接器的使用4.5.1 链接器的运行4.5.2 链接器命令文件的编写与使用4.5.3 目标库4.5.4 MEMORY命令4.5.5 SECTIONS命令4.5.6 多个文件的链接实例第5章 TMS320C54x的汇编语言程序设计 （6学时）教学目的：让学生了解DSP汇编语言程序格式及相关规定，掌握堆栈，控制程序，算术运算程序，重复操作程序，传送程序的设计方法。教学重点：堆栈的使用方法，分支、调用、返回控制程序，加、乘、除、长字和并行运算程序，单指令、块重复、循环嵌套等重复操作程序，数据块传送程序 教学难点：重复操作程序，小数运算程序和浮点运算程序。5.1 概述5.1.1 汇编语言源程序格式5.1.2 汇编语言中的常数与字符串5.1.3 汇编源程序中的符号5.1.4 汇编源程序中的表达式5.2 堆栈的使用方法5.3 控制程序5.3.1 分支操作程序5.3.2 循环操作程序5.4 算术运算程序5.4.1 加减法运算和乘法运算5.4.2 除法运算5.4.3 长字运算和并行运算5.5 重复操作程序5.5.1 单指令重复操作5.5.2 块程序重复操作5.5.3 循环嵌套5.6 数据块传送程序5.7 小数运算程序5.8 浮点运算程序第6章 应用程序设计 （4学时）教学目的：让学生了解并掌握用DSP设计实现数字滤波器、快速傅里叶变换和信号发生器的方法。教学重点：有限冲激响应（FIR）数字滤波器，无限冲激响应（IIR）数字滤波器， 快速傅里叶变换（FFT） 教学难点：快速傅里叶变换（FFT）6.1 FIR滤波器的DSP实现6.1.1 FIR滤波器的基本结构6.1.2 FIR滤波器的设计方法6.1.3 FIR滤波器的MATLAB设计6.1.4 FIR滤波器的DSP实现6.1.5 FIR滤波器的设计实例6.2 IIR滤波器的DSP实现6.2.1 IIR滤波器的基本结构6.2.2 IIR滤波器的设计6.2.3 IIR滤波器的MATLAB设计6.2.4 IIR滤波器的DSP实现6.3 快速傅里叶变换（FFT）的DSP实现6.3.1 FFT算法的简介6.3.2 FFT算法的DSP实现6.4 正弦波信号发生器6.4.1 产生正弦波的算法6.4.2 正弦波的实现第7章 TMS320C54x片内外设、接口及应用 （4学时）教学目的：让学生了解并掌握TMS320C54x中主机接口HPI、定时器、串行接口和中断系统。教学重点：主机接口HPI，片内定时器包括定时寄存器TIM、定时周期寄存器PRD和定时控制寄存器TCR，标准同步串口BP、缓冲同步串口BSP、多路缓冲串口McBSP和时分多路同步串口TMD。教学难点：中断7.1 C54x的主机接口7.2 C54x的定时器7.2.1 定时器结构7.2.2 C54x定时器/计数器的应用7.3 C54x的串行口7.3.1 标准同步串行口7.3.2 缓冲同步串行口7.3.3 TDM时分复用串行口7.3.4 McBSP多通道带缓冲串行口7.3.5 C54x串行口的应用7.4 C54x的中断系统7.4.1 中断寄存器7.4.2 中断控制7.4.3 中断系统的应用第8章 TMS320C54x的硬件设计 （6学时）教学目的：让学生了解DSP系统硬件设计过程，掌握DSP系统的基本设计和电平转换电路设计。教学重点：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，DSP与A/D和D/A转换器的接口教学难点：DSP芯片应用系统的设计、调试和开发8.1 硬件设计概述8.2 DSP系统的基本设计8.2.1 电源电路的设计8.2.2 复位电路的设计8.2.3 时钟电路的设计8.3 DSP的电平转换电路设计8.4 DSP存储器和I/O的扩展8.4.1 程序存储器的扩展8.4.2 数据存储器的扩展8.4.3 I/O的扩展应用8.4.4 综合扩展应用8.5 DSP与A/D和D/A转换器的接口8.5.1 C54x与A/D转换器的接口8.5.2 C54x与D/A转换器的接口8.6 DSP系统的硬件设计实例8.6.1 基于G.729A标准的DSP实时系统的设计8.6.2 语音基带处理模块的设计第9章 DSP集成开发环境CCS （2学时）教学目的：让学生了解DSP集成开发环境CCS的安装及配置方法，掌握CCS基本操作以及工程项目的创建和调试方法。教学重点：CCS的基本操作，CCS工程项目的建立和调试。教学难点：CCS工程项目开发软件的调试。9.1 CCS的简介9.1.1 CCS的组成9.1.2 CCS的主要功能9.2 CCS的安装及设置9.2.1 系统配置要求9.2.2 安装CCS软件9.2.3 CCS系统配置9.2.4 CCS文件名介绍9.3 CCS的基本操作9.3.1 CCS的窗口和工具条9.3.2 文件的编辑9.3.3 反汇编窗口的使用9.3.4 存储器窗口的使用9.3.5 寄存器窗口的使用9.3.6 观察窗口的使用9.4 CCS工程项目的创建9.4.1 工程项目的管理9.4.2 工程项目的建立、打开和关闭9.4.3 工程项目的构建9.5 CCS工程项目的调试9.5.1 程序的运行控制9.5.2 断点9.5.3 探测点9.5.4 图形工具的使用9.5.5 数据输入与输出9.5.6 评价点9.6 CCS开发软件使用举例9.6.1 CCS开发流程9.6.2 CCS使用举例八、实验部分实验项目与内容提要序号项目名称内容提要学时分配要求性质类别所用主要仪器所 在实验室1CCS使用及DSP基本数学运算CCS环境下DSP程序文件的编辑、编译、链接，实现基本数学运算2必做验证专业SEED-DTK DAD型三DSP综合教学实验系统，计算机信息学院DSP实验室2定时器实验中断向量表建立，查询方式异步串口程序的编写2必做验证专业SEED-DTK DAD型三DSP综合教学实验系统，计算机信息学院DSP实验室3异步串口实验UART初始化、发送与接收及中断处理2必做验证专业SEED-DTK DAD型三DSP综合教学实验系统，计算机信息学院DSP实验室4同步串口实验DSP，UART，MCBSP的初始化，MCBSP发送与接收2SEED-DTK DAD型三DSP综合教学实验系统，计算机信息学院DSP实验室5A/D采样与D/A输出不同幅度与频率波形的产生，DSP与UART通讯2选做验证专业SEED-DTK DAD型三DSP综合教学实验系统，计算机信息学院DSP实验室6数字滤波器设计用MATLAB设计FIR和IIR滤波器系数，A/D采样，FIR和IIR运算3必做验证专业SEED-DTK DAD型三DSP综合教学实验系统，计算机信息学院DSP实验室7快速傅立叶变换（FFT）A/D采样，FFT比特反转（位倒序），蝶形运算，功率谱计算程序3必做验证专业SEED-DTK DAD型三DSP综合教学实验系统，计算机信息学院DSP实验室8综合实验备选项目：1.交通灯控制2.语音处理3.数字通信4.键盘、显示接口5. 其它自选项目12必做综合专业SEED-DTK DAD型三DSP综合教学实验系统，计算机信息学院DSP实验室实验教学合计28学时。九、参考文献1清源科技编著. TMS320C54x DSP硬件开发教程.北京:机械工业出版社,2003.2清源科技编著. TMS320C54x DSP应用程序设计教程.北京：机械工业出版社，2004.3郭森楙, 颜允圣著,贾洪峰译.数字信号处理器体系结构、实现与应用.北京：清华大学出版社，2005.4北京合众达电子技术有限公司编著. 三DSP教学实验系统SEED-DTK DAD实验手册,2005.5 张雄伟，陈亮，徐光辉编著.DSP芯片的原理与开发应用（第4版），北京：电子工业出版社，2009.6 汪春梅等编著.TMS320C 55x DSP原理及应用（第2版），北京：电子工业出版社，2008.7 陈亮等编著.信号处理算法的实时DSP实现, 北京：电子工业出版社，2008.8 赵洪亮等编著.TMS320C55x DSP应用系统设计,北京：北京航空航天大学出版社，2008.9 戴明桢 周建江编著.TMS320C54x DSP结构、原理及应用（第2版）,北京：北京航空航天大学出版社，2007.执笔人：柏正尧小学常用歇后语1.八仙过海-各显神通 2.不入虎穴-焉得虎子3.蚕豆开花-黑心 4.车到山前-必有路5.打破砂锅-问到底 6.和尚打伞-无法无天7.虎落平阳-被犬欺 8.画蛇添足-多此一举9.箭在弦上-不得不发 10.井底青蛙-目光短浅11.大海捞针-没处寻 12.竹篮打水-一场空13.打开天窗-说亮话 14.船到桥头-自会直15.飞蛾扑火-自取灭亡 16.百米赛跑-分秒必争17.拔苗助长-急于求成 18.仇人相见-分外眼红19.芝麻开花-节节高 20.新官上任-三把火21.瞎子点灯-白费蜡 22.兔子尾巴-长不了23.偷鸡不成-蚀把米 24.王婆卖瓜-自卖自夸25.老虎屁股- 摸不得 26.老虎拉车-谁敢27.老鼠过街-人人喊打 28.麻雀虽小-五脏俱全29.墙上茅草-随风两边倒 30.三十六计-走为上计31.塞翁失马-焉知祸福 32.壶中无酒-难留客33.丈二和尚-摸不着头脑 34.有借有还-再借不难35.猫哭耗子-假慈悲 36.铰子破皮-露了馅37.扁担挑水-一心挂了两头 38.对牛弹琴-白费劲39.八仙聚会-神聊 40.霸王敬酒-不干也得干41.板上订钉-跑不了 42.背鼓上门-讨打43.草把做灯-粗心（芯） 44.竹笋出土-节节高45.菜刀切豆腐-两面光 46.钉头碰钉子-硬碰硬47.高山上敲鼓-四面闻名（鸣） 48.铁打的公鸡-一毛不拔49.关公走麦城-骄必败 50.狗咬吕洞宾-不识好人心51.鸡蛋碰石头-不自量力 52.姜太公钓鱼-愿者上钩53.脚踏西瓜皮-滑到哪里是哪里 54.孔夫子搬家-净是书55.老鼠钻风箱-两头受气 56.留得青山在-不怕没柴烧57.门缝里看人-把人看扁了 58.泥菩萨过河-自身难保59.泼出去的水-收不回 60.骑驴看唱本-走着瞧61.千里送鹅毛-礼轻情意重 62.肉包子打狗-有去无回63.山中无老虎-猴子称大王 64.司马昭之心-路人皆知65.外甥打灯笼-照旧（舅） 66.王八吃年糕-铁了心67.王小二过年-一年不如一年 68.小葱拌豆腐-一清二白69.小和尚念经-有口无心 70.周瑜打黄盖-两厢情愿71.赶鸭子上架-吃力不讨好 72.擀面杖吹火- -一窍不通73.瞎子戴眼镜-装饰 74.猴子捞月亮-空忙一场75.秀才遇到兵-有理讲不清 76.三个臭皮匠-顶个诸葛亮77.黄牛追兔子-有劲使不上 78.和尚训道士-管得宽79.过年娶媳妇-双喜临门 80.聋子见哑巴-不闻不问六字短语81.铜钣上钉铆钉-一是一，二是二 82.里弄里扛竹竿-直来直去83.苦水里泡黄连-苦上加苦 84.驴唇不对马嘴-答非所问85.猪鼻子里插葱-装象 86.只许州官放火-不许百姓点灯87.猪八戒照镜子-里外不是人 88.放风筝断了线-没指望了89.池塘里的风波-大不了 90.关门掩着耗子-急（挤）死91.顶风顶水划船-硬撑 92.东北的二人转-一唱一和93.东洋人戴高帽-假充大个 94.到火神庙求雨-找错了门95.鲁班门前耍斧-有眼无珠 96.老太太吃汤圆-囫囵 吞97.出太阳下暴雨-假情（晴） 98.挂羊头卖狗肉-虚情假意99.担着胡子过河-谦虚过度 100.唱歌不看曲本-离谱小学常用歇后语1.八仙过海-各显神通 2.不入虎穴-焉得虎子3.蚕豆开花-黑心 4.车到山前-必有路5.打破砂锅-问到底 6.和尚打伞-无法无天7.虎落平阳-被犬欺 8.画蛇添足-多此一举9.箭在弦上-不得不发 10.井底青蛙-目光短浅11.大海捞针-没处寻 12.竹篮打水-一场空13.打开天窗-说亮话 14.船到桥头-自会直15.飞蛾扑火-自取灭亡 16.百米赛跑-分秒必争17.拔苗助长-急于求成 18.仇人相见-分外眼红19.芝麻开花-节节高 20.新官上任-三把火21.瞎子点灯-白费蜡 22.兔子尾巴-长不了23.偷鸡不成-蚀把米 24.王婆卖瓜-自卖自夸25.老虎屁股- 摸不得 26.老虎拉车-谁敢27.老鼠过街-人人喊打 28.麻雀虽小-五脏俱全29.墙上茅草-随风两边倒 30.三十六计-走为上计31.塞翁失马-焉知祸福 32.壶中无酒-难留客33.丈二和尚-摸不着头脑 34.有借有还-再借不难35.猫哭耗子-假慈悲 36.铰子破皮-露了馅37.扁担挑水-一心挂了两头 38.对牛弹琴-白费劲39.八仙聚会-神聊 40.霸王敬酒-不干也得干41.板上订钉-跑不了 42.背鼓上门-讨打43.草把做灯-粗心（芯） 44.竹笋出土-节节高45.菜刀切豆腐-两面光 46.钉头碰钉子-硬碰硬47.高山上敲鼓-四面闻名（鸣） 48.铁打的公鸡-一毛不拔49.关公走麦城-骄必败 50.狗咬吕洞宾-不识好人心51.鸡蛋碰石头-不自量力 52.姜太公钓鱼-愿者上钩53.脚踏西瓜皮-滑到哪里是哪里 54.孔夫子搬家-净是书55.老鼠钻风箱-两头受气 56.留得青山在-不怕没柴烧57.门缝里看人-把人看扁了 58.泥菩萨过河-自身难保59.泼出去的水-收不回 60.骑驴看唱本-走着瞧61.千里送鹅毛-礼轻情意重 62.肉包子打狗-有去无回63.山中无老虎-猴子称大王 64.司马昭之心-路人皆知65.外甥打灯笼-照旧（舅） 66.王八吃年糕-铁了心67.王小二过年-一年不如一年 68.小葱拌豆腐-一清二白69.小和尚念经-有口无心 70.周瑜打黄盖-两厢情愿71.赶鸭子上架-吃力不讨好 72.擀面杖吹火- -一窍不通73.瞎子戴眼镜-装饰 74.猴子捞月亮-空忙一场75.秀才遇到兵-有理讲不清 76.三个臭皮匠-顶个诸葛亮77.黄牛追兔子-有劲使不上 78.和尚训道士-管得宽79.过年娶媳妇-双喜临门 80.聋子见哑巴-不闻不问六字短语81.铜钣上钉铆钉-一是一，二是二 82.里弄里扛竹竿-直来直去83.苦水里泡黄连-苦上加苦 84.驴唇不对马嘴-答非所问85.猪鼻子里插葱-装象 86.只许州官放火-不许百姓点灯87.猪八戒照镜子-里外不是人 88.放风筝断了线-没指望了89.池塘里的风波-大不了 90.关门掩着耗子-急（挤）死91.顶风顶水划船-硬撑 92.东北的二人转-一唱一和93.东洋人戴高帽-假充大个 94.到火神庙求雨-找错了门95.鲁班门前耍斧-有眼无珠 96.老太太吃汤圆-囫囵 吞97.出太阳下暴雨-假情（晴） 98.挂羊头卖狗肉-虚情假意99.担着胡子过河-谦虚过度 100.唱歌不看曲本-离谱2010年4月修订