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1、DSP技术与应用,李 利 中国水利水电出版社 戴明帧 ， 北京航空航天大学出版社 彭启宗 电子科技大学出版社,参考教材：,学时：32（含8学时上机实验）,主讲人：陈德宏,安徽工业大学电气信息学院,授课对象:自,气,仪,通,电05级,数字信号处理技术的发展:,第一章 绪 论,信号处理在生物医学工程、仪器设备、海洋、遥感、声学、声纳、雷达、地震学、语音通信、数据通信和核子科学等不同的领域都充分显示它的重要性,信号处理主要分为时域分析和频域分析两类。,时域分析和频域分析之间的关系由傅立叶变换和反变换联系起来,信号处理最基本的手段是滤波和谱分析,信号处理算法的模拟实现可靠性、灵活性差，对于某些复杂的算
2、法实现起来困难,奈奎斯特采样理论奠定了数字信号处理的基础,60年代和70年代，数字信号处理技术以理论研究为主 , 美国科学家A.V.Oppenheim和R.W.Schafer共同撰写的DIGITAL SIGNAL PROCESSING是数字信号处理历史上一本里程碑式的经典著作,在数学领域，微积分、概率统计、随机过程、数值分析等都是数字信号处理的基本工具，它与网络理论、信号与系统、控制理论、通信理论、故障诊断也密切相关。近年来新兴的一些学科，如：人工智能、模式识别、神经网络等，都与数字信号处理密不可分。,数字信号处理技术研究的对象从早期的确定信号拓展到平稳随机信号、非平稳随机信号、时变信号和非高
3、斯信号等，几乎覆盖了现实生活的每一个角落。同时数字信号处理也因此成为一门具有完整体系的交叉学科,在20世纪80年代出现了专门为数字信号处理设计的电子器件，其中以DSP最引人注目。伴随着微电子技术的突飞猛进，DSP的更新步伐也越来越快，其应用扩展到军事、工业、通信等诸多领域，成为现代化技术的重要组成部分。,图1-1 典型的数字信号处理系统,1.1.1 数字信号处理系统的构成,1.1.2 数字信号处理的实现（1）在通用的微机上用软件实现。（2）利用特殊用途的DSP芯片来实现。（3）利用专门用于信号处理的通用DSP芯片来实现。 （4）用FPGA/CPLD用户可编程器件来实现。,1.1.3 数字信号处
4、理的特点与模拟系统（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,二、DSP的发展历史,世界上第一个单片 DSP 芯片：1978年 AMI公司发布的 S2811 1979年 Intel公司发布的2920,1980 年 NEC 公司推出的P D7720,有乘法器,无单周期乘法器,最成功的DSP 芯片当数美国德州仪器公司（Texas Instruments，简称TI）,1982年推出了第一款定点DSP芯片TMS32010，随后发展了七代，如：C1X、C2X、C2XX、C5X、C54X及C6X定点DSP,浮点运算处理器
5、DSP发展了三代，如：C3X、C4X、C67X,多处理器发展了一代，如：C8X,美国模拟器件公司（Analog Devices，简称AD）在DSP芯片市场上也占有一定的份额 其定点DSP芯片有ADSP2101/2103/2105、ASDP2111/2115、ADSP2161/2162/2164以及ADSP2171/2181， 浮点DSP芯片有ADSP21000/21020、ADSP21060/21062等,除了TI，AD公司、Motorola公司、LUCENT公司占据剩余市场，现在世界上DSP有300多种，其中定点200多种,自1980年以来，DSP芯片的运算速度 、乘法器部件占模片区（die
6、 area）、片内RAM数量 、制造工艺 、引脚数量得到了突飞猛进的发展，DSP芯片的应用越来越广泛,表1.1 TI DSP 芯片发展比较表（典型值）,表1.2 单片可编程DSP芯片,表1.2 单片可编程DSP芯片,Digital Signals Processing 数字信号处理（方法、技术）,什么是DSP？它有两种含义：,Digital Signals Processor 数字信号处理器，也称DSP芯片,三、DSP芯片的特点,（1）哈佛结构,(2) 多总线结构,（3）流水线结构,（4）多处理单元,（5）特殊DSP指令,（7）运算精度高,（6）指令周期短,(8) 硬件配置强,四. DSP芯片
7、的分类,（1）按基础特性分：即根据DSP芯片的工作时钟和指令类型来分类,静态DSP芯片,一致性DSP芯片,(2)按数据格式分：根据DSP芯片工作的数据格式来分类,定点DSP芯片,浮点DSP芯片,3)按用途分：按照DSP的用途来分类,通用型DSP芯片,专用型DSP芯片,TI公司及其DSP芯片简介,TMS320C2000,TMS320C5000,TMS320C6000系列,1、TMS320C2000系列：,四个子系列：C2XX子系列：16位定点DSP、20MIPSC24X子系列：16位定点DSP、20MIPS LF240X子系列：16位定点DSP、40MIPSF28X子系列：32位定点DSP、15
8、0MIPS,价格低，具有较高的性能和适用控制领域的必要功能，广泛应用于工业自动化、电机控制、家用电器和消费电子等领域,代表器件： TMS320F206PZ TMS320F240 TMS320LF2407 TMS320F2812/11/10,TMS320C28X是到目前为止用于数字控制领域性能最好的DSP芯片。这种芯片采用32位的定点DSP核，最高速度可达400MIPS，可以在单个周期内完成32X32位的乘累加运算，具有增强的电机控制外设、高性能的模数转换能力和改进的通信接口，具有8GB的线性地址空间，采用低电压供电（3.3V外设/1.8V核），与TMS320C24X源代码兼容,C5000系列主
9、要应用领域为：手机、数码相机、便携式媒体播放器、电信和IP产品。,2、TMS320C5000系列：,（1）C54X系列：16位定点DSP、100160MIPS,（2）C55X子系列：16位定点DSP、400MIPS,（4）C55X+ARM9系列：即OMAP平台,代表器件：5402，5409，5410，5416, 5420。,代表器件：5510，5509，5502,（3）C54X+ARM7子系列:,代表器件：5470，5471，DSC21,2、TMS320C6000系列：,（1）C62X系列：32位定点DSP、12002400MIPS,（2）C67X子系列：32位浮点DSP、12002400MI
10、PS,（3）C64X子系列：32位定点DSP，40008000MIPS,C6000系列DSP的应用领域有：宽带通信、无线3G基站、医疗成象，无线局域网、区域用户交换机、语音识别、多媒体网关、专业音频设备、网络照相机、机器视角、安全认证、工业扫描机、高速打印机、高级加密器等。,5、 DSP芯片的选择,（ A ）DSP芯片的运算速度,( 1 ) 指令周期：即执行一条指令所需的时间，通常以ns（纳秒）为单位,( 2 ) MAC时间：即一次乘法加上一次加法的时间。,( 3 ) FFT执行时间：即运行一个N点FFT程序所需的时间,表1.3 用DSP芯片实现数字滤波,（B）DSP芯片的价格,（C）DSP芯
11、片的硬件资源,（D）DSP芯片的运算精度,（F）DSP芯片的功耗,（E）DSP芯片的开发工具,(G) 封装的形式、质量标准、供货情况、生命周期等因素,( 5 ) MOPS：即每秒执行百万次操作,( 4 ) MIPS：即每秒执行百万条指令,( 6 ) MFLOPS：即每秒执行百万次浮点操作,( 7 ) BOPS：即每秒执行十亿次操作,七、DSP芯片的应用,(1) 信号处理如数字滤波、自适应滤波、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,(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,(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,
