东北林大dsp原理-幻灯片第一章

《东北林大dsp原理-幻灯片第一章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《东北林大dsp原理-幻灯片第一章（46页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、DSP原理与应用,Digital Signal Processor,第一章 概述,1.1 DSP概述,数字信号处理 数字信号处理或者说对信号的数字处理，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并进行有效的传输与应用，它是20世纪60年代发展起来的并广泛应用于许多领域的新兴学科。数字信号处理系统是以数字信号处理为基础的。图1-1所示为一个典型的DSP系统。 信号处理的实质是对信号进行变换。 信号处理的目的是获取信号中包含的有用信息，并用更直观的方式进行表达。,图1-1 数字信号处理系统简化框图,DSP,1.1 D

2、SP概述,DSP系统的输入信号可以有各种各样的形式，例如：声音、图像、温度、压力等。假设我们输入的是语音信号，DSP系统首先对语音信号进行滤波和抽样，根据奈奎斯特定理，抽样频率至少必须是输入带限信号最高频率的2倍，以防止信号频谱混叠，保证语音信息不丢失。,1.1 DSP概述,单片机与数字信号处理器,单片机它将微处理器和部分外围功能(如ROM、RAM及外部串口等)集成在一个芯片上，组成微型计算机。 数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)是功能更强大的单片机，是现代电子技术、大规模集成电路、计算机技术和数字信号处理技术相结合的产物，特别适合于数字信号处理运算，主

3、要应用于实时快速实现各种数字信号处理算法(如卷积运算、FFT、矩阵乘法等)。,DSP芯片与单片机的主要区别在于数值处理和高速控制。 DSP有硬件乘法器，存储容量大得多。DSP采用的是改进的哈佛结构并广泛采用流水线技术，多个控制和运算部件并行工作，从而大大提高了运算速度。 DSP芯片内有多条数据、地址和控制总线，另外，它还有特殊指令：MAC(连乘加指令，单周期同时完成乘法和加法运算)、RPTS和RPTB(硬件判断循环边界条件，避免破坏流水线)；特殊寻址方式：位倒序寻址(实现FFT快速倒序)和循环寻址。,单片机与数字信号处理器,微处理器Microprocessor 微处理器（MPU）通常代表一个功

4、能强大的CPU,但不是为任何已有的特定计算目的而设计的芯片。这种芯片往往是个人计算机和高端工作站的核心CPU。 微控制器 用来实现实时控制的核，以及输入输出接口都集成在片上，确保在嵌入式应用中的高的性价比，几乎能满足各类电子产品对运算能力和外设的要求。,1.1 DSP概述,1.1.1 发展历程,20世纪70年代 DSP理论和算法基础的提出。 80年代 DSP的出现： 1982年TI公司推出世界上第一款DSP：TMS320C10; 90年代的典型DSP： ADI公司的ADSP2106x/ADSP21160， 出色的浮点处理能力，多用于雷达/声纳等信号处理 独特的多DSP互联能力（Link口），被

5、称为“多DSP系统的实现标准”。 TI公司的TMS320C62x/C67x， 单片处理能力在同时期较高， 在DSP市场应用较广，占用较大份额,21世纪初的典型DSP： ADI公司的TigerSHARC系列DSP：TS101/TS201 当前处理能力最强的浮点DSP， 面向雷达、3G通信市场 TI公司的C64系列DSP：TSM320C6414/15/16 当前处理能力最强的定点DSP。,1.1.1 发展历程,1.1.2 DSP 特点,DSP采用改进的哈佛总线结构，内部有两条总线：数据总线和程序总线。 采用流水操作，支持任务的并行处理。 在一个指令周期内实现一次或多次乘法累加运算。 在DSP中集成

6、多个地址产生单元，支持循环寻址等特殊指令。 DSP有一组或多组独立的DMA控制逻辑。 DSP支持重复运算。 DSP提供多个串行或并行的I/O接口以及特别I/O接口。,1.1.3 DSP的选型,1、系统特点 2、算法格式 3、系统精度 4、处理速度 5、功耗 6、性能价格比 7、支持多处理器 8、系统开发的难易程度,四大厂商（传统）,Texas Instruments （德州仪器）公司 Analog Devies（模拟设备）公司 Agere,即Lucent Technologies（朗讯技术）公司 Motorola（摩托罗拉）公司 大约还有80家DSP产商,1.1.4 TI公司DSP,TMS32

7、0系列DSP平台,TMS320C2000系列DSP主要用于代替MCU，应用于各种工业控制领域，尤其是电机控制领域。 TMS320C5000系列DSP是为实现低功耗、高性能而专门设计的16位定点DSP芯片，它主要应用于通信和消费类电子产品，如手机、数码相机、无线通信基础设备、IP电话、MP3等。 TMS320C6000系列的DSP主要应用于高速宽带和图像处理等高端应用，如宽带通信、3G基站和医疗图像处理等。,1.2 DSP的典型应用,通信领域中的通信基站、网络服务器等高端产品。 消费类电子产品。 家电、控制系统等。,表1-1 TMS320系列DSP的典型应用,1.2 DSP的典型应用,通信 72

8、 计算机 12 军品 4工业 3仪器 2消费类 2办公自动化 2,1.3 DSP的发展趋势,1、系统级集成DSP是潮流 2、 DSP和微处理器的融合 3、 DSP和FPGA的融合 4、可编程DSP是主导产品 5、追求更高的运算速度 6、定点DSP是主流,DSP多种分类方式,按照数据类型分类 定点处理器： ADSP218x/219x，Blackfin，TMS320C2x/C5x/C62x/C64x， 浮点处理器：ADSP2106x/2116x/TS101/TS20x，TMS320C40/C67x 浮点处理比定点处理的数据动态范围大，更适合与雷达、声纳等信号处理系统。 浮点处理器同时也可以实现定点

9、处理，而且处理能力很强。 按照数据位数分类： 16bit DSP 32bit DSP 按照用途分类： 用于消费电子的DSP： 如Blackfin，低功耗，处理音频和视频， 用于高端实时信号处理得DSP： 如TigerSHARC、C64等，用于雷达信号处理等大处理量的系统。,TMS320X28xx系列DSP综述,1 TMS320X28xx系列DSP内核特点,TMS320C2000系列是美国TI公司推出的最佳测控应用的定点DSP芯片，其主流产品分为四个系列：C20x、C24x、C27x和C28x。C20x可用于通信设备、数字相机、嵌入式家电设备等；C24x主要用于数字电机控制、工业自动化、电力变换

10、系统等。近年来，TI公司又推出了具有更高性能的改进型C27x和C28x系列芯片，进一步增强了芯片的接口能力和嵌入功能，从而拓宽了数字信号处理器的应用领域。 TMS320C28x系列是TI公司最新推出的DSP芯片，是目前国际市场上最先进、功能最强大的32位定点DSP芯片。它既具有数字信号处理能力，又具有强大的事件管理能力和嵌入式控制功能，特别适用于有大批量数据处理的测控场合，如工业自动化控制、电力电子技术应用、智能化仪器仪表及电机、交直流伺服控制系统等。,TMS320C281能框图,2 TMS320X28xx处理器外设功能介绍,TMS320F281 x系列DSP(数字信号处理器) 是基于TMS3

11、20 C2000 内核的定点数字信号处理器。器件上集成了多种先进的外设，为电机及其他运动控制领域应用的实现提供了良好的平台。 与F24x系列数字信号处理器相比，F281x系列数字信号处理器提高了运算的精度(32位)和系统的处理能力(达到150 MIPS)。该系列数字信号处理器还集成了128KB的Flash存储器，4KB的引导RAM，数学运算表，从而大大改善了应用的灵活性。128位的密码保护机制有效地保护了产品的知识产权。两个事件管理器模块为电机及功率变换控制提供了良好的控制功能。16通道高性能12位ADC单元提供了两个采样保持电路，可以实现双通道信号同步采样。,外设资源,F281x处理器集成了

12、很多外设，处理器将所有的外设都映射到了数据存储器空间。 每个外设被分配一段相应的地址空间，主要包括配置寄存器、输入寄存器、输出寄存器和状态寄存器。每个外设只要通过简单的访问存储器中的寄存器就可以使用该设备。,外设资源,事件管理器 通用I/O 模数转换模块 SPI和SCI通信接口 CAN总线通信模块,看门狗 PLL（锁相环）时钟模块 多通道缓冲串口 外部中断接口 存储器及其接口,1 事件管理器（281x处理器）,处理器上有EVA和EVB两个事件管理器 每个事件管理器模块包括：定时器、比较单元、捕捉单元、PWM逻辑电路、正交编码脉冲电路及中断逻辑电路等,2 A/D转换模块,ADC模块将外部的模拟信

13、号转换成数字量，ADC模块可以将一个控制信号进行滤波或者实现运动系统的闭环控制。在电机控制系统中，采用ADC模块采集电机的电流或电压实现电流环的闭环控制。 10位分辨率（24x，240x） 12位分辨率（281x，280x） 16个多路复用模拟输入通道（281x）,3 SPI外设接口,SPI是一个高速同步串行通信接口，能够实现DSP与外部设备之间的高速串行通信。应用中经常使用SPI接口和扩展外设的移位寄存器、LCD显示以及ADC等外设通信。,4 SCI通信接口,SCI属于双线的异步串行通信接口，即平时所说的通用异步收发器 UART（Universal Asynchronous Receiver

14、/Transmitter）口，并采用NRZ（No-Return-Zero）数据格式，可以通过SCI串行接口与CPU或其他的异步外设进行通信。 SCI-A和SCI-B,5 CAN总线通信模块,CAN总线是一种串行通信协议，具有较强的抗干扰能力，可以应用在电磁噪声比较大的场合。 F281x的CAN总线接口模块是增强型的CAN接口，完全支持CAN2.OB总线规范。它有32个可配置的接收/发送邮箱，支持消息的定时邮递功能。最高通信速率可以达到1Mbps，可以使用该接口构建高可靠的CAN总线网络。,6 看门狗,看门狗主要用来检测软件和硬件的运行状态，当内部计数器溢出时，将产生一个复位信号。 为了避免产生

15、不必要的复位，要求用户定期对看门狗定时器进行复位。 如果不明的原因使CPU中断程序，看门狗将产生一个复位信号，使CPU复位，程序从系统软件的开始执行。 看门狗有效地提高了系统的可靠性。,7 通用目的数字量I/O,在TMS320F281 x处理器有限的引脚当中，相当一部分都是特殊功能引脚和GPIO引脚共用的。实际上，GPIO作为与其他设备进行数据交换的通道，也是非常有用的。 GPIOMux寄存器选择这些引脚的功能，如果配置成通用的数字IO引脚，则还需要通过DATDIR数据和方向控制寄存器来控制。,8 PLL时钟模块,锁相环（PLL）模块主要用来控制DSP内核的工作频率，外部提供一个参考时钟输入，

16、经过锁相环倍频或分频后提供给DSP内核。C281 x数字信号处理器能够实现0.510倍的倍频。,9 多通道缓冲串口,多通道缓冲串口主要有以下几个特点： 支持全双工通信模式； 双缓冲数据寄存器，能够实现连续的通信数据流； 收发的帧和时钟相互独立； 可以采用外部移位时钟或内部的时钟； 支持8位、12位、16位、20位、24位或32位的数据格式；,帧同步和数据时钟的极性都是可编程的；可编程的内部时钟和同步帧； 支持A-bis模式； 能同CODEC、AIC（Analog Interface Chips）等标准串行A/D和D/A器件接口； 两个16x16深度的发送通道FIFO； 两个16x16深度的接收通道FIFO。,10 多通道缓冲串口,11 外部中断接口,F281x支持多种外设中断，外设中断扩展模块（PIE）最多支持96个独立的中断。并将这些中断分成8组，每一组有12个中断源，根据中断向量表来确定产生的中断类型。 CPU快速响应外设中断。中断响应延时为9个系统时钟。,12 存储器及其接口,F28lx采用同一编址方式， TMS320F240x采用程序、数据和I/