DSP口袋实验箱设计

数字信号处理(DSP)是当前电子信息类专业学生必修的一门重要课程,其实验是理解和巩固理论的重要途经。但是当前的实验大都使用体积大且移动不便的实验箱,限制学生必须在实验室做实验,便携性和易用性不高。针对这一需求,研究设计了一款便携的“DSP口袋实验箱”。该实验箱集成两路模拟信号发生器及混频单元、高速高精度ADC采样单元以及TMS320VC5509A处理器、仿真器等模块。软件部分具备DSP课程的相关算法实验。设计的实验箱体积小、操作简便,便于学生在宿舍里开展实验。该设计对本科DSP实验教学便利化和激发学生深入研究学习具有较高的意义。

“DSP原理及应用”课程教学改革探索

以无刷直流电动机控制为主线,采用启发进阶式、交叉融合式的教学方法,制定CPU定时器、GPIO引脚控制、中断和PWM信号产生、脉冲信号捕获、AD转换等典型案例教学实验,设计了无刷直流电机综合实验,形成了由浅入深的多样化DSP实验体系,使学生兴趣浓厚、容易掌握,取得了良好的教学效果。

“DSP原理与应用技术”混合教学模式探索

以工程实践和创新能力培养为目标,探索了研究生课程“DSP原理与应用技术”线上/线下混合教学模式:精心组织教学内容和教学设计,建设了多样化的线上教学资源,打造了虚实结合的DSP实验实践环境;提出了线上学习、课堂教学和实践训练三位一体的混合教学模式,实现学生主体地位、教师指导作用和实践平台支撑作用的深度融合。

面向飞腾迈创DSP的自主软件栈设计

飞腾迈创DSP是国防科技大学计算机学院为了突破卡脖子技术,解决我国相关重点领域内芯片长久受制于人的现实问题而自主设计的高性能数字信号处理器。由于该系列芯片采用全自主设计的指令集,无法兼容已有的软件,一套自主完备且高效的软件栈是决定飞腾迈创DSP生命力的关键。基于团队长期以来的持续工作,系统阐述了飞腾迈创DSP软件栈的设计原则与层次化架构,重点介绍了包括支持层、编译层以及工具层在内的相关软件工具的创新功能、实现方法以及性能。同时,结合用户的反馈与团队的思考,还讨论了飞腾迈创DSP软件栈未来需要探索的相关问题。

DSP芯片动态老炼系统设计与实现

在集成电路的可靠性筛选试验中,老炼试验是最重要和最有效的试验。针对静态老炼和传统动态老炼方式的局限性,提出了一种DSP芯片动态老炼系统的设计与实现方法。该动态老炼系统实现了老炼程序自动加载,可以实时监测每个工位老炼试验情况,将老炼过程中发现的失效电路及时剔除,试验结果可以自动存储,便于后期进行试验结果分析。相比静态老炼和传统动态老炼方式,该系统测试覆盖率更高,提高了产品可靠性。

基于DSP28335的FPGA软件在线升级方法

在DSP+FPGA架构的嵌入式系统中,一些产品不具备拆卸外壳通过JTAG接口进行软件升级的条件。针对这一问题,提出了一种基于TMS320F28335的FPGA软件在线升级方法。该方法通过上位机将FPGA代码发送给TMS320F28335,TMS320F28335通过GPIO模拟JTAG时序,完成对配置PROM芯片的擦除、编程和校验操作,重新上电后FPGA从配置PROM加载新程序。在理论分析的基础上,给出了所提方法的硬件原理图和软件实现流程。大量实验结果表明,该方法具有较好的可行性、稳定性和可靠性,可以实现DSP+FPGA架构下不拆产品就可升级FPGA软件的目的。

基于DSP的恒流超声电源谐振频率自动识别技术研究

针对换能器在加工过程中因温度升高与负载变化导致的谐振频率偏移问题,采用最小阻抗法与相位差控制法相结合的谐振频率识别策略,利用基于DSP控制的恒流超声电源样机测试了电源谐振频率识别的精确性与一致性。结果表明超声电源识别出的换能器谐振频率与阻抗分析仪测得的谐振频率最大差值为25 Hz、误差小于0.1%;激光测振仪测得振幅最大时的谐振频率与超声电源识别的谐振频率最大相差24 Hz;使用超声电源多次测试三种负载下的换能器,相同负载下识别出的换能器谐振频率波动范围在15 Hz以内。

面向DSP平台的CiSSA-CSP特征提取算法的移植与优化

为实现便携式信号二分类解析系统的在线实时处理,采用DSP平台完成CiSSA-DSP特征提取算法的嵌入式移植;CiSSA-CSP特征提取算法具有出色的时-频-空域特征提取性能,适合于提取实时二分类系统中非平稳信号的特征;相比于PC机,嵌入式系统具有小型化、便携性、低功耗和低延时的特点,而嵌入式平台处理器的计算资源和内存受到限制,必须优化移植特征提取算法,才能保证二分类解析系统的分类精度和低延时;通过优化CiSSA-CSP算法流程,使用编译器优化、关键字和库函数等手段提高编译效率,将CiSSA-CSP特征提取算法移植到TMS320C6678DSP嵌入式平台,并利用公共数据库数据验证了其用于实时分类系统的有效性;相比于PC机的Matlab实现,DSP平台实现的二分类系统分类准确度下降小于0.5%,且单次实验信号解析耗时少于0.15 s。

面向HKSEDSPC6713系列DSP的主动噪声控制系统设计

微处理器芯片的生态建设是高端装备与智能微系统自主、可控的关键,尽管国产数字信号处理(digital signal processing, DSP)器件及其相关开发应用技术近年来得到了一定的发展,但与需求仍存在较大差距。在主动噪声控制领域,前馈型多通道控制方案比单通道有较大的控制范围和较好的性能,但对系统的运算能力有较高的要求。文章以多通道FxLMS算法为基础,对多通道降噪系统的运算量进行了分析,依据国产DSP开发板的电路结构,设计了控制系统方案,并进行了实验研究。实验表明,所设计的噪声控制系统运算效率较ARM作为运算器提高了80%,对100~1 000 Hz内的周期性噪声信号衰减达到15~20 dB,证明了该方案的正确性。

基于DSP+FPGA的旋转平台自抗扰控制方法

旋转平台在低速运转过程中易产生非线性摩擦,由于非线性因素的影响,传统PID算法的控制效果远不能满足超精密运动平台定位精度高、响应快速等要求。因此,设计了基于DSP+FPGA的旋转平台自抗扰控制算法(active disturbance rejection control,ADRC),利用扩张状态观测器(extend states observer,ESO)对系统内外部未知扰动进行实时估计并予以补偿,提升系统响应速度,增强鲁棒性与抗干扰能力。最后,通过正弦扫描实验进行验证,PID对正弦输入信号无法及时响应,超调明显;ADRC响应迅速,稳态误差波动小。相比PID,ADRC最大跟踪误差降低79.5%,跟踪误差平均值降低65.4%。

基于DSP的快速MUSIC测角算法

基于阵列信号处理的MUSIC算法,由于其超高的角分辨率和角精度,受到广泛的关注。但是其高运算复杂度,较大地限制了算法的硬件实现。为此,基于MUSIC算法的基本原理,文中分析了该算法在DSP(TI1843)硬件系统实现中关键子步骤的运行时长。针对最为耗时和占用内存最大的空间谱构建和谱峰搜索子步骤,分别提出了便于工程实现的简化方法,并通过硬件平台移植验证了算法的可行性,对比发现该方法大大减少了运算时间和内存空间,具有较高实际应用价值。

基于C2000新型DSP的电气传动系统设计

永磁同步电机高效率、高功率密度、良好的转矩性能和易于控制等优点在工业自动化、汽车、航空航天、家用电器等领域发挥着重要作用。然而,在电气传动领域不仅需要精确地控制其运行状态,还需具备复杂的工业通信和人机接口。传统电气传动大多采用比例积分环节进行速度控制,会存在积分器饱和问题,扰动消失后,积分响应变慢;复杂的工业通信和人机接口需要占用大量的芯片资源和芯片IO,导致控制成本居高不下。通过对传统的比例积分器进行改进,引入输出前馈控制,解决由于积分器饱和带来的响应延迟,并通过改进外部通信协议和外部人机交互接口硬件电路,解决了传统传动系统设计只能通过增加芯片数量来解决资源和IO占用问题。改进后的系统可以在单芯片280039C DSP上完成全部功能,由于不存在芯片间通信,通信速率和响应速度都大幅提升,现场使用情况良好。

一种基于DSP的全局动态可重构方法

可重构计算技术很好地解决了计算性能、效能,以及灵活性之间的矛盾,DSP作为异构多核平台中极为重要的组成部分,却少有面向其可重构的研究,限制了该技术的应用。针对此问题提出一种基于DSP的全局动态可重构方法。预先分区FLASH并烧写SPI参数文件以及镜像文件A、B,系统启动后先运行镜像A,当收到重构命令时修改SPI参数,将BOOT使用的镜像指向B,最后控制DSP重新BOOT以完成重构。使用TI TMS320C6678 DSP做测试,结果表明,该方法可以在320 ms内完成DSP内运行镜像的切换,具有良好的应用前景。

电力电子方向DSP原理及应用课程教学改革研究

针对DSP原理及应用课程知识点琐碎分散、综合性和应用性强的特点,对课程教学内容进行了优化设计,设计了一套功能完整的交流电机控制器项目任务,增加了定点Q格式数表示及运算内容;在实验教学中设置了提高设计任务,促使学生主动思考并动手实践;同时挖掘了课程中蕴含的思政元素,有效提升了课程教学质量。

基于DSP的锂电池充电供电控制系统设计

为满足电力机车在无电区的供电需求,同时兼顾锂电池(磷酸铁锂)的自动充电、供电要求和环境温度要求,本文在锂电池的充电和供电的需求基础上,设计了基于DSP的锂电池控制系统,对控制系统的总体设计、硬件电路、控制算法和程序等进行介绍,实现了锂电池充电以及供电的自动化运行策略。实验证明:本文设计的锂电池控制系统可有效满足锂电池充电和供电的要求,具有较好的实用性和可靠性。

基于DSP架构的软件应用流水线开发监测技术

软件流水线开发过程涉及不同的开发环境和测试环境,不同环境因素的影响会导致监测指令行间出现大量延迟,严重影响了监测技术的复用性。针对这一问题,提出基于DSP架构的软件应用流水线开发监测技术。派发监测指令前,在取指站设置一个分支计数器,以目的地址作为依据,启动分支计数器,完成监测指令预取。采用BWDSP100芯片搭建DSP架构,将预取内容部署到DSP架构中,同时对内部代码库进行部署,优化代码循环监测内容。设计监测引擎内部结构,建立与流水线之间的联系,设置身份权限验证功能和多个功能节点,完善监测流程,实现对软件应用流水线开发的完整监测。实验结果表明,面对开发环境的变化,所提技术在监测软件流水线开发过程中能够保证监测结果的准确和较高的监测效率,整体复用性得到了提高,具有一定的应用前景。

基于DSP的采煤机智能监控技术应用

针对PLC采煤机监控系统存在的灵活性较差、数据处理能力不足等缺点,提出了一种基于DSP的采煤机监控系统设计方案。该监控系统依靠DSP高运算性能及丰富片内资源实现了采煤机动作智能控制、运行状态监测显示及通信功能,并利用参考电压对ADC模块误差进行修正,进一步提高了监测信号精度和监控水平。

R-DSP中二级Cache控制器的优化设计

针对二级Cache控制器(L2)对于提升R数字信号处理器(R-DSP)访存效率和整体性能的重要作用,结合L2中涉及的内存安全维护和多请求访存仲裁问题,在现有R-DSP中L2基础上实现优化。首先,采用多重分块的存储组织结构,提高访存效率;其次,并行处理一级Cache控制器请求与外存请求,减小请求处理周期;最后,增加带宽管理与存储保护功能,合理仲裁访存请求并维护存储安全。实验结果表明,相较于传统设计,新设计在保护二级存储安全的同时实现带宽管理式访存仲裁。与现有R-DSP中的L2相比,新设计的存储体单拍最大可响应访存请求数量提升了1倍,一级请求和外存请求的平均处理时钟周期数分别降低了25%和19.6%。

基于“三全育人”理念下DSP原理及应用的课程思政教学探索

基于“全员、全过程、全方位”的“三全育人”理念,将立德树人的根本任务融入高校专业课程教学中,提高协同育人水平。近年来,各大工程大学电气工程学院根据“DSP原理及应用”的课程特点,分析“课程思政”的重要性,积极探索让课程目标、理论和实验实践教学设计融入课程思政,让专业课程思政发挥教育引领作用。基于“三全育人”理念下课程思政教学与探索取得了较好成效。

基于DSP的船舶航行自动控制研究

为提高航行的安全性,通过自动化装置的应用,使船舶能够更好地适应各种复杂的航行环境和任务要求,研究基于DSP的船舶航行自动控制方法。该方法先建立船舶航行非线性数学模型,运用该模型获得船舶在海上航行的横摇、纵摇和艏摇三自由度数据,再以DSP为基础,建立船舶航行控制器,在该控制器的逻辑处理模块将船舶航行非线性数学模型输出结果分别输入到PID优化算法与CMAC神经网络模型内,通过该2个算法得到综合船舶航行自动控制最终参数,并使用DSP模块内PWM和ADC模块将控制参数输入到船舶航行驱动模块内,实现船舶航行自动控制。实验表明,该方法建立的船舶航行非线性数学模型具备较强的有效性,可实现船舶舵角的控制和航向控制,且其控制船舶航行超调量较小,灵敏性好。