DSP原理及应用(精)
4.图形/图像---如二维和三维图形处 理,图像压缩与传输,图像增强,动画, 机器人视觉等;
5.军事---如保密通信,雷达处理,声 纳处理,导航,导弹制导等; 6.仪器仪表---如频谱分析,函数发生, 锁相环,地震处理等; 7.自动控制---如引擎控制,声控,自 动驾驶,机器人控制,磁盘控制等;
可以有两种方式:微处理器,模拟器件。 比较优越性: 模拟滤波器(或者更一般地说,模拟电路)的性能要取决 于温度等环境因素。而数字滤波器则基本上不受环境的响。 数字滤波易于在非常小的宽容度内进行复制,因为其性能 并不取决于性能已偏离正常值的器件的组合。 一个模拟滤波器一旦制造出来,其特性(例如通带频率范 围)是不容易改变的。使用微处理器来实现数字滤波器, 就可以通过对其重新编程来改变滤波的特性。
3、成熟期:87-97年 TI:TMS320C54系列(简写C54X或C5400) AD:ADSP2100系列 Lucent:DSP1600 Motorola:DSP56000 特点:都支持3.3V供电; 片上存储器较大; 都 有JTAG模块支持用户在线调试。
4、突破期(97年以后):
发展非常迅速,从定点——浮点 低端——高端 通用——专用 朝高速、低功耗方向发展。 TI的 DSP系列
第一讲
DSP原理及应用
第一章 绪论 “DSP”
Digital Signals Processing 包括对信号的采集、变换、滤波、估值、 增强、压缩、识别等,是20世纪60年代前后 发展起来的并广泛应用的新兴学科。 Digital Signals Processor 是微型计算机发展的一个重要分支,也 是数字信号处理理论实用化过程的重要技术 工具。
1.信号处理---如数字滤波,快速傅立 叶变换,相关运算,谱分析,卷积,模 式匹配,加窗,波形产生等;
2.通信---如调制解调器,自适应均衡, 数据加密,数据压缩,回波抵消,多路 复用,传真,扩频通信,纠错编码,可 视电话等;
3.语音---如语音编码,语音合成,语 音识别,语音增强,说话人辨认,说话 人确认,语音邮件,语音存储等;
总线结构、存储器配置、 CPU结构、 片上外设。
一、总线结构
数字信号处理运算中,常见的相关 运算、卷积运算、信号滤波和各种变换 算法,大多可以归结为乘加运算的形式, 所以DSP内部的结构设计都以优化这类运 算为主要目的,而DSP的总线结构是实现 快速乘加运算的基石。
一般传统的微处理器的结构采用了冯.诺依 曼结构;另一种为哈佛结构。
数字信号处理的实现
1.在通用的微机上用软件实现。 2.用单片机来实现。
3.利用专门用于信号处理的可编程DSP来实现。
4.利用特殊用途的DSP芯片来实现。 5.用FPGA开发ASIC芯片实现数字信号处理算法。
6.在通用的计算机系统中使用加速卡来实现。
案例:
滤波。滤波就是对信号进行处理,以改善其特性。
在哈佛结构中,数据空间和程序空间相对独立, 两者之间只能通过CPU进行通信,但是有些时候,需 要数据空间和程序空间有相互访问的能力,比如,在 DSP的一些循环指令运行时,程序总线处于空闲状态, 为了提高DSP的访问能力,希望能用程序总线来访问 数据空间,提出一种改进的哈佛结构。
8.医疗---如助听,超声设备,诊断工 具,病人监护等; 9.家用电器---如高保真音响,音乐合 成,音调控制,玩具与游戏,数字电话/ 电视等。
四、数字信号处理系统
第二节
DSP硬件结构
为了能高速完成数字信号处理算法, DSP硬件系统有着不同于通用计算机的自 身特定的结构。 主要为四个方面:
1、单位时间内能够完成的指令数(MIPS); 2、采用一些典型操作处理能力来比较性能, 如:单位时间内完成的乘加次数或完成 基2FFT需要的指令周期数。
三、DSP应用
在近20年里,DSP芯片在信号处理,通 信,雷达等许多领域得到广泛的应用。 目前,DSP芯片的价格越来越低,性能 价格比日益提高,具有巨大的应用潜力。 它的应用主要有:
信号处理方式的比较
比较因素 模拟方式 数字方式
改变软件 修改设计的灵活性 修改硬件设计, 或调整硬件参数 精度 元器件精度
设置A/D的位数和计算 机字长算法
可靠性和可重复性 受环境温度、湿度、噪声、 不受这些因素的影响 电磁场等的干扰和影响大
大规模集成 DSP器件体积小、功能 尽管已有一些模拟集成电路, 但品种较少、集成度不高、 强、功耗小、一致性好、 价格较高 使用方便、性能/价格 比高 除开电路引入的延时外,处 由计算机的处理速度决 理是实时的 定 可以处理包括微波毫米波乃 按照奈准则的要求, 至光波信号 受S/H、A/D和处理速
实时性 高频信号的处理
一个硬件系统适用于不同的软件
第一节
DSP简介
一、DSP的发展历史大致分为四个时期: 萌芽、成长、成熟、突破。
1、萌芽期: 1982年以前 为解决冯.诺依曼结构在进行数字信号处理时,总线与存 储器之间的瓶颈效应,许多公司投入了大量的人力、物力进 行探索:
78年:AMI的S2811;79年Intel2920;AT&T的DSP1
80年:AMI的S28211,NEC uPD7720
运算速度慢,开发工具严重不足,无法进行大规模开发工作。
2、成长期:1982-1987年 1982年,TI公司TMS32010出现,采 用了哈佛结构,有一个乘法器和一个加法 器,一次乘加操作需要390ns。 85年,TI公司的TMS32020,200ns; 87年,Motorola DSP56001, 75ns; 还有其他公司的产品: AT&T:DSP16A; AD:ADSP2100; TI:TMS320C50;
目前世界上生产DSP芯片的公司主要有TI (德州仪器)公司,AD(美国模拟器件) 公司,Technologics(朗讯技术)公司和 Motorola(摩托罗拉)公司四大公司, 而TI公司则是世界上最 大的DSP芯片供应商。 TMS320系列产品就是 该公司的DSP产品。
二、 D