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1、1测量与机电控制核心课程DSP原理与应用原理与应用测量与机电控制核心课程进入21世纪之后，数字化浪潮正在席卷全球，数字 信号处理器DSP（Digital Signal Processor）正 是这场数字化革命的核心，无论在其应用的广度还 是深度方面，都在以前所未有的速度向前发展。本章主要对数字信号处理进行简要介绍。进入21世纪之后，数字化浪潮正在席卷全球，数字 信号处理器DSP（Digital Signal Processor）正 是这场数字化革命的核心，无论在其应用的广度还 是深度方面，都在以前所未有的速度向前发展。本章主要对数字信号处理进行简要介绍。引言引言DSP原理与应用原理与应用测量与
2、机电控制核心课程第 3 页主要内容主要内容DSP原理与应用原理与应用1、数字信号处理概述、数字信号处理概述2、DSP与通用计算机、单片机的区别与通用计算机、单片机的区别3、主要、主要DSP 产品及应用产品及应用4、DSP芯片的选型芯片的选型6、DSP系统的设计过程系统的设计过程7、DSP应用实例应用实例5、DSP开发工具开发工具测量与机电控制核心课程第 4 页什么是DSP？Digital Signals Processing 数字信号处理（方法、技 术）：它是利用计算机或专用处理设备，以数字形式对 信号进行采集，变换，滤波，估值，增强，压缩，识别 等处理，以得到符合人们需要的信号形式，指理论算
3、法。Digital Signals Processing 数字信号处理（方法、技 术）：它是利用计算机或专用处理设备，以数字形式对 信号进行采集，变换，滤波，估值，增强，压缩，识别 等处理，以得到符合人们需要的信号形式，指理论算法。Digital Signals Processor 数字信号处理器：一种特 别适合于进行数字信号处理运算的微处理器，其主要应 用是实时快速地实现各种数字信号处理算法，指算法实 现。Digital Signals Processor 数字信号处理器：一种特 别适合于进行数字信号处理运算的微处理器，其主要应 用是实时快速地实现各种数字信号处理算法，指算法实 现。1、数字
4、信号处理概述1、数字信号处理概述综上所述数字信号处理包括两个方面的内容综上所述数字信号处理包括两个方面的内容: 算法的研究数字信号处理的实现算法的研究数字信号处理的实现测量与机电控制核心课程第 5 页算法的研究算法的研究 算法的研究是指如何以最小的运算量和存储器的使用量来 完成指定的任务，如20世纪60年代出现的快速傅里叶变换（ FFT），使数字信号处理技术发生了革命性的变化。 近几年来，数字信号处理的理论和方法得到了迅速的发展，诸 如：语音与图像的压缩编码、识别与鉴别，信号的调制与解调 、加密和解密，信道的辨识与均衡，智能天线，频谱分析等各 种快速算法都成为研究的热点、并取得了长足的进步，为
5、各种实时处理的应用提供了算法基础。算法的研究是指如何以最小的运算量和存储器的使用量来 完成指定的任务，如20世纪60年代出现的快速傅里叶变换（ FFT），使数字信号处理技术发生了革命性的变化。 近几年来，数字信号处理的理论和方法得到了迅速的发展，诸 如：语音与图像的压缩编码、识别与鉴别，信号的调制与解调 、加密和解密，信道的辨识与均衡，智能天线，频谱分析等各 种快速算法都成为研究的热点、并取得了长足的进步，为各种实时处理的应用提供了算法基础。算法的研究算法的研究 算法的研究是指如何以最小的运算量和存储器的使用量来 完成指定的任务，如20世纪60年代出现的快速傅里叶变换（ FFT），使数字信号处
6、理技术发生了革命性的变化。 近几年来，数字信号处理的理论和方法得到了迅速的发展，诸 如：语音与图像的压缩编码、识别与鉴别，信号的调制与解调 、加密和解密，信道的辨识与均衡，智能天线，频谱分析等各 种快速算法都成为研究的热点、并取得了长足的进步，为各种实时处理的应用提供了算法基础。算法的研究是指如何以最小的运算量和存储器的使用量来 完成指定的任务，如20世纪60年代出现的快速傅里叶变换（ FFT），使数字信号处理技术发生了革命性的变化。 近几年来，数字信号处理的理论和方法得到了迅速的发展，诸 如：语音与图像的压缩编码、识别与鉴别，信号的调制与解调 、加密和解密，信道的辨识与均衡，智能天线，频谱分
7、析等各 种快速算法都成为研究的热点、并取得了长足的进步，为各种实时处理的应用提供了算法基础。数字信号处理的实现数字信号处理的实现数字信号处理的实现是用硬件、软件或软硬结合的方法来 实现各种算法。数字信号处理的实现是用硬件、软件或软硬结合的方法来 实现各种算法。1、数字信号处理概述1、数字信号处理概述测量与机电控制核心课程第 6 页一、数字信号处理系统的构成一个典型的DSP系统应包括抗混叠滤波器、数据采集A/D转换器、数字信号处理器DSP、D/A转换器和低通滤波器等组成。一个典型的DSP系统应包括抗混叠滤波器、数据采集A/D转换器、数字信号处理器DSP、D/A转换器和低通滤波器等组成。x(t)抗
8、混叠 滤波器抗混叠 滤波器A/D 转换器转换器x(n)y(n)y(t)数字信号 处理器数字信号 处理器D/A 转换器转换器低通 滤波器低通 滤波器1、数字信号处理概述1、数字信号处理概述DSP系统的处理过程： 将输入信号系统的处理过程： 将输入信号x(t)进行抗混叠滤波，滤掉高于折叠频率的分量，以防止信号频谱的混叠； 经采样和进行抗混叠滤波，滤掉高于折叠频率的分量，以防止信号频谱的混叠； 经采样和A/D转换器，将滤波后的信号转换为数字信号转换器，将滤波后的信号转换为数字信号x(n)； 数字信号处理器对； 数字信号处理器对x(n)进行处理，得数字信号进行处理，得数字信号y(n)； 经； 经D/A
9、转换器，将转换器，将y(n)转换成模拟信号； 经低通滤波器，滤除高频分量，得到平滑模拟信号转换成模拟信号； 经低通滤波器，滤除高频分量，得到平滑模拟信号y(t)。2测量与机电控制核心课程第 7 页 在通用计算机（PC机）上用软件（如Matlab、C语言）实 现在通用计算机（PC机）上用软件（如Matlab、C语言）实 现，但速度慢，不适合实时数字信号处理，只用于算法的模拟；，但速度慢，不适合实时数字信号处理，只用于算法的模拟； 在通用计算机（PC机）上用软件（如Matlab、C语言）实 现在通用计算机（PC机）上用软件（如Matlab、C语言）实 现，但速度慢，不适合实时数字信号处理，只用于算
10、法的模拟；，但速度慢，不适合实时数字信号处理，只用于算法的模拟； 在通用计算机系统中加入专用的加速处理机实现，在通用计算机系统中加入专用的加速处理机实现，用以增 强运算能力和提高运算速度。不适合于嵌入式应用，专用性强 ，应用受到限制；用以增 强运算能力和提高运算速度。不适合于嵌入式应用，专用性强 ，应用受到限制； 在通用计算机系统中加入专用的加速处理机实现，在通用计算机系统中加入专用的加速处理机实现，用以增 强运算能力和提高运算速度。不适合于嵌入式应用，专用性强 ，应用受到限制；用以增 强运算能力和提高运算速度。不适合于嵌入式应用，专用性强 ，应用受到限制；数字信号处理的实现数字信号处理的实现
11、1、数字信号处理概述1、数字信号处理概述用专用的用专用的DSP芯片实现，芯片实现，可用在要求信号处理速度极快的特殊场合，如专用于可用在要求信号处理速度极快的特殊场合，如专用于FFT、数字滤波、卷积、相关算法的、数字滤波、卷积、相关算法的DSP芯片，相应的信号处理算法由内部硬件电路实现。用户无需编程，但专用性强，灵活性差；芯片，相应的信号处理算法由内部硬件电路实现。用户无需编程，但专用性强，灵活性差；测量与机电控制核心课程第 8 页用通用的可编程用通用的可编程DSP芯片实现，芯片实现，具有可编程性和强大的处理 能力，可完成复杂的数字信号处理的算法，在实时具有可编程性和强大的处理 能力，可完成复杂
12、的数字信号处理的算法，在实时DSP领域中 处于主导地位，兼顾速度和灵活性；领域中 处于主导地位，兼顾速度和灵活性；1、数字信号处理概述1、数字信号处理概述用基于通用用基于通用DSP核的核的ASIC芯片实现。芯片实现。随着专用集成电路随着专用集成电路 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)的广泛使用的广泛使用,可以 将可以 将DSP的功能集成到的功能集成到ASlC中。一般说来，中。一般说来，DSP核是通用核是通用DSP器 件中的器 件中的CPU部分，再配上用户所需的存储器部分，再配上用户所需的存储器(包括包括Cache、 RAM、ROM、fla
13、sh、EPROM)和外设和外设(包括串口、并口、主机 接口、包括串口、并口、主机 接口、DMA、定时器等、定时器等)，组成用户的，组成用户的ASIC，灵活性差，只适 合某单一运算。，灵活性差，只适 合某单一运算。测量与机电控制核心课程第 9 页与模拟系统（ASP）相比，数字系统具有如下特点： （1）精度高 （2）可靠性高 （3）灵活性大 （4）易于大规模 集成 （5）可获得高性能 指标 （6）接口方便数字信号处理的特点数字信号处理的特点1、数字信号处理概述1、数字信号处理概述参数参数 模拟信号处理模拟信号处理 数字信号处理数字信号处理器件差别 敏感情况 噪声 可扩展性 系统制作 重新设计 PC
14、B 布线 先进功能 多功能 体积、功耗 可靠性 110% 对温度时间敏感 典型值-60DB 困难、昂贵 手工 重新做板 对噪声敏感 硬件复杂 多硬件 大 底 0. 003% 无 小于-90DB 方便、低成本 自动 重新编写代码 数字信号抗干扰 增加软件 多 MIPS 和软件 小 高 测量与机电控制核心课程DSP芯片的发展概况DSP芯片的发展概况DSP芯片诞生于20世纪70年代末，至今已经得到了突飞 猛进的发展，并经历了以下三个阶段。DSP芯片诞生于20世纪70年代末，至今已经得到了突飞 猛进的发展，并经历了以下三个阶段。第一阶段，第一阶段，DSP的雏形阶段（的雏形阶段（1980年前后）。年前后
15、）。1978年年AMI公司生产出第一片公司生产出第一片DSP芯片芯片S2811。 1979年美国年美国Intel公司发布了商用可编程公司发布了商用可编程DSP器件器件Intel2920, 由于内部没有单周期的硬件乘法器，使芯片的运算速度、数据 处理能力和运算精度受到了很大的限制。运算速度大约为单指 令周期由于内部没有单周期的硬件乘法器，使芯片的运算速度、数据 处理能力和运算精度受到了很大的限制。运算速度大约为单指 令周期200250ns，应用领域仅局限于军事或航空航天部门。 这个时期的代表性器件主要有：，应用领域仅局限于军事或航空航天部门。 这个时期的代表性器件主要有：Intel2920（In
16、tel）、 ）、 PD7720（NEC）、）、TMS32010（TI）、）、DSP16（AT&T）、）、 S2811（AMI）、）、ADSp21（AD）等。）等。1、数字信号处理概述1、数字信号处理概述测量与机电控制核心课程第二阶段，第二阶段，DSP的成熟阶段（的成熟阶段（1990年前后）年前后）这个时期的这个时期的DSP器件在硬件结构上更适合数字信号处理的 要求，能进行硬件乘法、硬件器件在硬件结构上更适合数字信号处理的 要求，能进行硬件乘法、硬件FFT变换和单指令滤波处理，其 单指令周期为变换和单指令滤波处理，其 单指令周期为80100ns。 如。 如TI公司的公司的TMS320C20，它是该公司的第二代，它是该公司的第二代DSP器件器件, 采用了采用了CMOS制造工艺，其存储容量和运算速度成倍提高，为 语音处理、图像硬件处理技术的发展奠定了基础。制造
