基于Matlab的TMS320LF2407程序快速設計

摘要  在Matlab/Simulink環(huán)境下，用圖形化的方式設計DSP程序，可簡化程序的設計。利用Embedded Targetfor T1 C2000 DSP工具包，設計DSP的ADC轉換程序；利用Simulink的數字信號處理工具包，設計FIR濾波囂進行濾波處理；給出在修改生成的C語言程序時如何使DSP能正確運行。設計的程序在TM$320LF2407A處理器上運行正確。

關鍵詞 數字信號處理 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、低價格DSP處理器，其處理速度達到30 MIPS，片內處理集成RAM、Flash及定時器外，還集成了A/D轉換器、PWM控制器及CAN總線控制器等模塊，特別適合于電機、電源變換等實時要求高的控制系統(tǒng)。但是通常設計DSP程序的方法是，在DSP的集成開發(fā)環(huán)境CCS中用C語言設計，需要花費大量的時間用來編寫和輸入程序代碼。在Matlab中用圖形化的方式設計DSP的程序，能夠縮短產品的開發(fā)時間。

1 Embedded Target for T1 C2000 DSP介紹

目前，新版本的Matlab軟件(Matlab7.O)已經集成了TI公司C2000、C5000、C6000系列DSP的開發(fā)工具包，可在Matlab/Simulink環(huán)境中用圖形化的方式進行DSP的設計及仿真驗證。并能將設計的圖形文件(．mdl)直接轉換成C語言程序。其中C2000系列的開發(fā)工具是EmbeddedTarget for TI C2000 DSP。該工具包是TI公司與Math—Works公司共同開發(fā)的產品，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/數轉換(ADC)、CAN發(fā)送及接收、PWM控制等模塊。用戶可以在Matlab中調用這些圖形化的功能模塊及Simulik中的其他模塊建立數字信號處理的模型，并可以對模型進行仿真驗證，然后生成TMS320C2000的C語言代碼及CCS的工程項目文件，在CCS中經修改、編譯后就可以下載到DSP目標板中運行。

2 ADC轉換及FIR濾波處理程序的設計

以下是用Embedded target for TI C2000工具包設計ADC轉換及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，用于參數的初始化設置。對話框設置如圖1所示。其中DSP定時器的時鐘比例因子(Timer Clock Prescaler)，可以選擇I～128，則相應的定時器采樣時間為：
     

式中Timer Period是DSP的最大時鐘計數周期，LF2407是16位定點處理器，所以Timer Period數是216-1。圖1中設定的Timer Clock Prescaler數值是2，當LF2407的工作頻率(CPU Clock Speed)為40MHz時，由上式計算出的定數器的采樣時間是0.003 2 S。由于數據處理需要占用一定的運行時間，所以要通過試驗選擇適當的定時器采樣時間。

實現(xiàn)A/D轉換的功能塊是C24x ADC，其參數設置如圖2所示。A/D轉換通道可以選擇模塊A、B中的任一個通道，也可以選擇多個通道，A/D轉換的采樣時間設置為64/80 000。

步驟2，設計FIR濾波器。在Simulink的信號處理工具箱(Signal Processing Bloekset)中，將濾波器設計專用工具(FDAToo1)放入文件中，雙擊圖符，彈出圖3所示的濾波器設計對話框。

在圖3中，選擇濾波器類型為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。先點擊對話框中的Design Filter，然后再點擊圖3中實現(xiàn)模型(Realize Model)圖標進入模型實現(xiàn)對話框，選擇Over-write generated“filter”block，則在設計框圖中生成一個名稱為“Filter”的FIR濾波器的功能框圖，再將原先放入的FDATool圖標刪除，將Filter連接到圖中，完成的設計如圖4所示。

圖4中添加的增益模塊(Gain)是為了實現(xiàn)數據類型的轉換。由于ADC轉換輸出的是16位整型數據，而濾波器的輸入需要雙精度浮點數據，因此Gain的數據類型參數(Signal datatypes)設為float(“double”)。Gainl是將浮點數轉換為整型數，因此數據類型參數設為uint(16)。圖4中添加寄存器(C24x To Memory)模塊是為了使設計完整。在生成的C程序中，增益模塊Gainl的輸出是rth-Gainl，可被其他應用程序調用。
 
步驟3，將圖形文件生成C程序。在圖4中，運行Simulation菜單下的Configuration Parameters項，彈出配置對話框，選擇其中的Real-Time WorkShop項，點擊Build按鈕，則將圖4的框圖轉化為TI C2000DSP的C語言代碼，并自動調用CCS2軟件編譯運行該程序。生成的C語言程序包括：中斷向量文件vectors．asm、中斷服務程序MW_c24xx_csl．C、ADC轉換控制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實現(xiàn)ADC轉換及數字濾波功能，但是由于程序中使用了許多缺省設置，在運行過程中還存在一些問題。用上述方法生成的程序中，中斷處理程序中只對定時器中斷進行處理。當由于干擾信號引起其他中斷時，會造成DSP停機，因此要在中斷向量定義無效中斷(_nothing)，并在中斷響應程序中添加中斷服務程序。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．asm：

   
   

 在ADC轉換處理程序中，每次ADC轉換結束后沒有復位DSP的排序器指針。雖然程序中設定的是只進行一個通道的A/D轉換，但結果卻是16個通道的循環(huán)轉換，造成數字濾波器的輸人數據不正確，因此程序要作修改，在testadc_c中添加：
TestADC_B.C24xADC=MMREGS[RESULT0]>>6；/*A/D轉換結果右移6位*/
MMREGS[ArN2TRL2]=MMREGS[ADCTRL2]l0X4242；/*復位排序器指針并清除A/D中斷標志*/

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

4 試驗結果及結論

由上述方法設計的程序在TMS3201LF2407A處理器上能正常運行。試驗結果證明，采用FIR濾波后，ADC轉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語言程序的方法，簡化了DSP軟件的開發(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中的其他工具相結合，能夠完成復雜功能的DSP程序設計，并且只需進行少量的修改，就可以實現(xiàn)功能正確的C語言程序的設計，節(jié)省程序的編寫及輸入時間。