基于Matlab的TMS320LF2407程序快速設(shè)計(jì)

摘要  在Matlab/Simulink環(huán)境下，用圖形化的方式設(shè)計(jì)DSP程序，可簡(jiǎn)化程序的設(shè)計(jì)。利用Embedded Targetfor T1 C2000 DSP工具包，設(shè)計(jì)DSP的ADC轉(zhuǎn)換程序；利用Simulink的數(shù)字信號(hào)處理工具包，設(shè)計(jì)FIR濾波囂進(jìn)行濾波處理；給出在修改生成的C語(yǔ)言程序時(shí)如何使DSP能正確運(yùn)行。設(shè)計(jì)的程序在TM$320LF2407A處理器上運(yùn)行正確。

關(guān)鍵詞 數(shù)字信號(hào)處理 Matlab Embedded Target for TI C2000 工具箱 FIR濾波器

TMS320LF2407是TI公司主推的一種高性能、低價(jià)格DSP處理器，其處理速度達(dá)到30 MIPS，片內(nèi)處理集成RAM、Flash及定時(shí)器外，還集成了A/D轉(zhuǎn)換器、PWM控制器及CAN總線控制器等模塊，特別適合于電機(jī)、電源變換等實(shí)時(shí)要求高的控制系統(tǒng)。但是通常設(shè)計(jì)DSP程序的方法是，在DSP的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境CCS中用C語(yǔ)言設(shè)計(jì)，需要花費(fèi)大量的時(shí)間用來(lái)編寫(xiě)和輸入程序代碼。在Matlab中用圖形化的方式設(shè)計(jì)DSP的程序，能夠縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)時(shí)間。

1 Embedded Target for T1 C2000 DSP介紹

目前，新版本的Matlab軟件(Matlab7.O)已經(jīng)集成了TI公司C2000、C5000、C6000系列DSP的開(kāi)發(fā)工具包，可在Matlab/Simulink環(huán)境中用圖形化的方式進(jìn)行DSP的設(shè)計(jì)及仿真驗(yàn)證。并能將設(shè)計(jì)的圖形文件(．mdl)直接轉(zhuǎn)換成C語(yǔ)言程序。其中C2000系列的開(kāi)發(fā)工具是EmbeddedTarget for TI C2000 DSP。該工具包是TI公司與Math—Works公司共同開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品，在Matlab/Simulink中嵌入了eXpressDSP工具箱，支持C24x及C28x系列的DSP處理器。在C24x系列DSP工具箱中，包含DSP處理器中的模/數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)、CAN發(fā)送及接收、PWM控制等模塊。用戶(hù)可以在Matlab中調(diào)用這些圖形化的功能模塊及Simulik中的其他模塊建立數(shù)字信號(hào)處理的模型，并可以對(duì)模型進(jìn)行仿真驗(yàn)證，然后生成TMS320C2000的C語(yǔ)言代碼及CCS的工程項(xiàng)目文件，在CCS中經(jīng)修改、編譯后就可以下載到DSP目標(biāo)板中運(yùn)行。

2 ADC轉(zhuǎn)換及FIR濾波處理程序的設(shè)計(jì)

以下是用Embedded target for TI C2000工具包設(shè)計(jì)ADC轉(zhuǎn)換及FIR濾波的步驟。

步驟1，在新建的Simulink文件(.mdl)中，放入C2000 Target Preferences中的LF2407 eZdsp功能塊，用于參數(shù)的初始化設(shè)置。對(duì)話框設(shè)置如圖1所示。其中DSP定時(shí)器的時(shí)鐘比例因子(Timer Clock Prescaler)，可以選擇I～128，則相應(yīng)的定時(shí)器采樣時(shí)間為：
     

式中Timer Period是DSP的最大時(shí)鐘計(jì)數(shù)周期，LF2407是16位定點(diǎn)處理器，所以Timer Period數(shù)是216-1。圖1中設(shè)定的Timer Clock Prescaler數(shù)值是2，當(dāng)LF2407的工作頻率(CPU Clock Speed)為40MHz時(shí)，由上式計(jì)算出的定數(shù)器的采樣時(shí)間是0.003 2 S。由于數(shù)據(jù)處理需要占用一定的運(yùn)行時(shí)間，所以要通過(guò)試驗(yàn)選擇適當(dāng)?shù)亩〞r(shí)器采樣時(shí)間。

實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的功能塊是C24x ADC，其參數(shù)設(shè)置如圖2所示。A/D轉(zhuǎn)換通道可以選擇模塊A、B中的任一個(gè)通道，也可以選擇多個(gè)通道，A/D轉(zhuǎn)換的采樣時(shí)間設(shè)置為64/80 000。

步驟2，設(shè)計(jì)FIR濾波器。在Simulink的信號(hào)處理工具箱(Signal Processing Bloekset)中，將濾波器設(shè)計(jì)專(zhuān)用工具(FDAToo1)放入文件中，雙擊圖符，彈出圖3所示的濾波器設(shè)計(jì)對(duì)話框。

在圖3中，選擇濾波器類(lèi)型為FIR低通濾波器，采樣頻率為6kHz，低通頻率為1kHz，截至頻率為2 kHz。先點(diǎn)擊對(duì)話框中的Design Filter，然后再點(diǎn)擊圖3中實(shí)現(xiàn)模型(Realize Model)圖標(biāo)進(jìn)入模型實(shí)現(xiàn)對(duì)話框，選擇Over-write generated“filter”block，則在設(shè)計(jì)框圖中生成一個(gè)名稱(chēng)為“Filter”的FIR濾波器的功能框圖，再將原先放入的FDATool圖標(biāo)刪除，將Filter連接到圖中，完成的設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4中添加的增益模塊(Gain)是為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)類(lèi)型的轉(zhuǎn)換。由于ADC轉(zhuǎn)換輸出的是16位整型數(shù)據(jù)，而濾波器的輸入需要雙精度浮點(diǎn)數(shù)據(jù)，因此Gain的數(shù)據(jù)類(lèi)型參數(shù)(Signal datatypes)設(shè)為float(“double”)。Gainl是將浮點(diǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換為整型數(shù)，因此數(shù)據(jù)類(lèi)型參數(shù)設(shè)為uint(16)。圖4中添加寄存器(C24x To Memory)模塊是為了使設(shè)計(jì)完整。在生成的C程序中，增益模塊Gainl的輸出是rth-Gainl，可被其他應(yīng)用程序調(diào)用。
 
步驟3，將圖形文件生成C程序。在圖4中，運(yùn)行Simulation菜單下的Configuration Parameters項(xiàng)，彈出配置對(duì)話框，選擇其中的Real-Time WorkShop項(xiàng)，點(diǎn)擊Build按鈕，則將圖4的框圖轉(zhuǎn)化為T(mén)I C2000DSP的C語(yǔ)言代碼，并自動(dòng)調(diào)用CCS2軟件編譯運(yùn)行該程序。生成的C語(yǔ)言程序包括：中斷向量文件vectors．a(chǎn)sm、中斷服務(wù)程序MW_c24xx_csl．C、ADC轉(zhuǎn)換控制testADC．c、主程序TestADC_main．c等。

3 修改及完善程序

 由Matlab直接生成的程序能夠?qū)崿F(xiàn)ADC轉(zhuǎn)換及數(shù)字濾波功能，但是由于程序中使用了許多缺省設(shè)置，在運(yùn)行過(guò)程中還存在一些問(wèn)題。用上述方法生成的程序中，中斷處理程序中只對(duì)定時(shí)器中斷進(jìn)行處理。當(dāng)由于干擾信號(hào)引起其他中斷時(shí)，會(huì)造成DSP停機(jī)，因此要在中斷向量定義無(wú)效中斷(_nothing)，并在中斷響應(yīng)程序中添加中斷服務(wù)程序。修改后的程序中，斜體部分是修改的代碼。修改程序如下：

中斷向量文件vectors．a(chǎn)sm：

   
   

 在ADC轉(zhuǎn)換處理程序中，每次ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束后沒(méi)有復(fù)位DSP的排序器指針。雖然程序中設(shè)定的是只進(jìn)行一個(gè)通道的A/D轉(zhuǎn)換，但結(jié)果卻是16個(gè)通道的循環(huán)轉(zhuǎn)換，造成數(shù)字濾波器的輸人數(shù)據(jù)不正確，因此程序要作修改，在testadc_c中添加：
TestADC_B.C24xADC=MMREGS[RESULT0]>>6；/*A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果右移6位*/
MMREGS[ArN2TRL2]=MMREGS[ADCTRL2]l0X4242；/*復(fù)位排序器指針并清除A/D中斷標(biāo)志*/

如果需要通過(guò)t/o端口輸出結(jié)果，則可以在testadc_c中定義一個(gè)I/o(portl00)，然后將FIR濾波后的數(shù)據(jù)rtb-Gainl輸出，程序如下：

4 試驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論

由上述方法設(shè)計(jì)的程序在TMS3201LF2407A處理器上能正常運(yùn)行。試驗(yàn)結(jié)果證明，采用FIR濾波后，ADC轉(zhuǎn)換的抗干擾能力有了明顯的提高。用Matlab快速建立TI DSP模型及直接生成C語(yǔ)言程序的方法，簡(jiǎn)化了DSP軟件的開(kāi)發(fā)。在Embedded target for TI C2000工具箱中還包含其他工具，如PWM控制、CAN總線控制及通用I/O控制等。利用這些工具與Simulink中的其他工具相結(jié)合，能夠完成復(fù)雜功能的DSP程序設(shè)計(jì)，并且只需進(jìn)行少量的修改，就可以實(shí)現(xiàn)功能正確的C語(yǔ)言程序的設(shè)計(jì)，節(jié)省程序的編寫(xiě)及輸入時(shí)間。