《DSP技术实践教程—TMS320F2812设计与实验 教学课件 ppt 作者 姚晓通 王紫婷 08819DSP教案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《DSP技术实践教程—TMS320F2812设计与实验 教学课件 ppt 作者 姚晓通 王紫婷 08819DSP教案（58页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、DSP技术与应用,制作人：王紫婷,参考书目,DSP技术实践教程 （姚晓通、王紫婷） 中国铁道出版社 DSP技术的应用与发展（彭启琮） 高等教育出版社,DSP技术与应用内容介绍,一、数字信号处理器概述 二、DSP芯片介绍 三、数字信号处理应用系统解决方案 四、TMS320C2812基础知识 五、试验系统、开发环境ccs介绍， 六、DSP应用实验,第1章 数字信号处理器概述,DSP定义： ：（Digital Signal Processing） 数字信号处理 （Digital Signal Processor） 数字信号处理器,DSP具有以下特点：, 内部采用程序和数据分开的哈佛总线结构 具有专门
2、的硬件乘法器 广泛采用流水线操作 采用多处理单元 提供特殊的DSP指令集,DSP的实现方法,1: 在通用计算机上用软件实现 2：在通用计算机系统中加上专用的加速处理器实现 3：在通用的单片机（如）实现，如数字控制等 4：通用的DSP芯片实现。与通用单片机相比，DSP芯 片具有更加适合于数字信号处理的软件和硬件资 源，可用于实时实现各种数字信号的处理 5：专用DSP实现 (在要求信号处理速度极快的场合，如 ASIC系统等),1.1 数字信号处理系统,抗混叠 滤波,A/D,D/A,DSP,平滑 滤波,输入,输出,存储器,1.1.1 DSP系统基本构成,DSP系统工作原理：,将输入信号首先进行带限滤
3、波和抽样，根据奈奎斯特抽样定理，为保证信息不丢失,Fc2Fi。然后进行模/数变换， DSP芯片对信号进行处理 ，如乘累加操作（MAC），经过处理后的数字样值再经D/A变换将数字信号转换为模拟样值，之后再进行平滑滤波就可得到连续的模拟波形。,1.1.2数字信号处理的特点,优点： 接口方便 可编程性 稳定性好 大规模集成 精度高 可重复性好 高速性能 可嵌入性 集成方便 缺点： 成本较高 高频时钟的高频干扰 功率消耗较大等 DSP技术更新速度快，开发和调试工具不尽完善,1.2 数字信号处理器芯片,世界上第一个单片DSP 芯片应当是1978年AMI公司发布的S2811 1980 年，日本NEC公司推
4、出的PD7720是第一个具有乘法器的商用DSP 芯片 Motolora公司的MC56001，MC96002等 AD公司的ADSP2101，ADSP2111, ADSP2171, ADSP21000等系列； 美国德州仪器（Texas Instruments）公司为世界上最大的 DSP 芯片供应商，其DSP市场份额占全世界份额5，,DSP芯片的发展历史,DSP芯片的发展（续）,完成乘加操作的时间下降到10ns以下 引脚数从64增加到200以上 重量和体积大大下降 采用低电压，功耗大大下降,1.2.1DSP芯片特点（在第二章详细介绍）,DSP芯片的特点 ： 在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法运
5、算 程序和数据空间分开可以同时访问指令和数据 片内具有快速的RAM 快速的中断处理和硬件I/O支持 具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器等,1.2.2 DSP芯片分类,通用,专用,定点（Fixed）,浮点（Floating）,按基础特性：,按数据格式：,按用途：,静态,一致性（兼容性）,解释DSP分类,静态DSP芯片 在某时钟范围内任何频率都能工作，除计算速度变化，性能没有变化称为静态 一致性DSP芯片 若两种以上的DSP芯片，他们的指令集和代码机管脚结构相互兼容，则称为一致性的DSP芯片 定点与浮点DSP芯片 按数据格式分， DSP芯片共300个，定点为200多，浮点100多。定点的功耗低
6、，价格便宜，运算精度不高，一般16位，片内32位；浮点正相反，一般32位，片内达到40位 通用与专用DSP芯片（为特定的DSP运算而设计）,DSP器件选择原则 ，必须兼顾3P的因素 性能 (performance) 一般指运算速度 功耗 (power consumption) 价格 (price) 总的来说，随着VLSI技术的高速发展，现代DSP器件在价格显著下降的同时，仍然保持着性能的不断提升和单位运算量的功耗不断降低。,1.2.3 DSP芯片选择,根据用途有所侧重,、性能、价格、功耗（如基站等） 、功耗、价格、性能（如移动、便协式等） 、价格、性能、功耗（如无绳电话等）,1.DSP芯片的运
7、算速度 指令周期：即执行一条指令所需的时间 MAC时间：即一次乘法加上一次加法的时间 FFT执行时间：即运行一个N点FFT程序所需的时间 MIPS：即每秒执行百万条指令 MOPS：即每秒执行百万次操作 MFLOPS：即每秒执行百万次浮点操作 BOPS：即每秒执行十亿次操作,MIPS(Million Instruction per second)是一种评估DSP速度的一个指标。DSP运行频率也是评估DSP的一个指标，他们二者之间的联系需要考虑到DSP体系结构（是否多路并行结构、是执行定点还是浮点运算）。,2.价格 商业级 ：一般应用；适用于实验室等环境较好场合； 工业级 ：可靠性好；适用于工业现
8、场等环境恶劣场合； 军品 ：可靠性高；适用于各种恶劣场合； 航空级 ：可靠性很高；适用于特殊场合；,3 .DSP芯片的硬件资源 4. DSP芯片的运算精度 5. DSP芯片的开发工具 6. DSP芯片的功耗,TI公司目前比较流行的定点DSP芯片：TMS320C2XX、TMS320C54X、TMS320C62X、 TMS320C64X等 流行的浮点DSP芯片： TMS320C3X、 TMS320C4X、 TMS320C67X等 老系列的DSP芯片，功能存在，可重复使用。（不像计算机淘汰快） 定点价格低，功耗低，运算速度精度地（浮点正相反）,7.其他,TMS320系列主要芯片发展,1.3 DSP技
9、术应用,（1）通信 （2）图像处理 （3）仪器仪表 （4）声音/语言 （5）自动控制 （6）军事应用 （7）信号处理 （）医疗 ( 9 )家用电器,移动通信 噪声对消 数字交换机 扩频通讯 软件无线电,DSP芯片的主要应用领域,（1）通信 （2）图像处理 （3）仪器 （4）声音/语言 （5）控制 （6）军事应用 （7）信号处理 （）医疗,机器人视觉 图像传输/压缩 模式识别 动画/数字地图,DSP芯片的主要应用领域,（1）通信 （2）图像处理 （3）仪器 （4）声音/语言 （5）控制 （6）军事应用 （7）信号处理 （）医疗,频谱分析 函数发生器 地震信号处理 示波器,DSP芯片的主要应用领域
10、,（1）通信 （2）图像处理 （3）仪器 （4）声音/语言 （5）控制 （6）军事应用 （7）信号处理 （）医疗,语音识别 语音增强 语音合成 去噪 声码器,DSP芯片的主要应用领域,（1）通信 （2）图像处理 （3）仪器 （4）声音/语言 （5）控制 （6）军事应用 （7）信号处理 （）医疗,引擎控制 机器人控制 电机控制 自适应驾驶 激光打印机控制,DSP芯片的主要应用领域,（1）通信 （2）图像处理 （3）仪器 （4）声音/语言 （5）控制 （6）军事应用 （7）信号处理 （）医疗,雷达处理 全球定位（） 激光制导 导弹制导 保密通讯,DSP芯片的主要应用领域,（1）通信 （2）图像处理
11、 （3）仪器 （4）声音/语言 （5）控制 （6）军事应用 （7）信号处理 （）医疗,数字滤波 卷积 FFT 自适应滤波 波形产生,DSP芯片的主要应用领域,（1）通信 （2）图像处理 （3）仪器 （4）声音/语言 （5）控制 （6）军事应用 （7）信号处理 （）医疗,超 核磁共振 病人监护,第2章DSP芯片的基本结构与特征,2.1 DSP芯片的基本结构 哈佛结构（程序与数据的存储空间分开，同时访问指令与数据，提高了效率） 流水线操作 （使取指、译码和执行操作可以重叠执行 ，提高了运算速度）。 专用的硬件乘法器（乘法可在一个周期内完成） 特殊的DSP指令（连乘加指令，单指令周期可同时完成乘法与
12、加法运算） 快速的中断处理和硬件I/O支持（单片机的中断要少的多） 片内外两级存储结构（片内RAM，ROM，FLASH），片内外设（ I/O等，定时器，异步串口，HPI接口（有些DSP还带有USB、PCI接口） ，A/D）,2.1.1 哈佛结构,CPU,程序存储器,控制命令,地址线,程序总线,数据存储器,控制命令,地址线,数据总线,冯诺曼（Van Neuman）结构,CPU,程序存储器 数据存储器,控制命令,地址线,数据线,2.1.2 哈佛结构的指令流的定时关系,2.1.3 专用的硬件乘法器,在通用的微处理器中，乘法指令是由一系列加法来实现的，故需许多个指令周期来完成 DSP具有专用的硬件乘法
13、器，乘法可在一个指令周期内完成,2.1.4 特殊的DSP指令,采用特殊的指令： 如DMOV数据移位功能 LTD在一个指令周期内完成3条指令 还有RPTK，MACD等,第3章数字信号处理应用系统解决方案,3.1 消费电子 3.2 工业控制领域的应用 3.3 通信网络类,显示器,CPU,存储器,多路通用接口,电源,系统设计实例,L/R音箱,D/A,D/A,低音,家庭影院,家庭网络,数字式家庭影院,数码相机,雷达,存储器,主CPU,内部 测量,数据 转换,信号 调理,系统设计实例,专用 电路,通讯接口,控制器,D/A,电 机,雷达,从CPU,存储,专用 电路,医学图像监视系统,系统设计实例,医学图像
14、监视系统,存储器,主CPU,视频 存储,数据 转换,信号 调理,专用 电路,从CPU,从CPU,显示驱动,显 示 器,从CPU,控制,通讯 接口,专用电路,图 像 处 理,输入,输出,数字信息化的概念,可靠性与可重复性 模拟处理系统 受环境，元件的影响多 数字处理系统可靠，可重复性强,放大器,放大器,计算机,计算机,信号发生器,数字信息化,、抗干扰能力 、大规模集成 模拟处理系统 已有，但品种少 数字处理系统品种多、体积小、功能 强、功耗小,数字信息化,6、实时性 模拟处理系统 除电路引入的延时， 其余实时处理 数字处理系统受限制 7、高频信号处理度 模拟处理系统 可处理微波、毫米波 数字处理
15、系统受奎斯特准则限制、 的限制,信号处理方式的比较,DSP技术的发展趋势 1：DSP的内核结构进一步完善 多通道结构和特大指令字组（VLIM），将在新的高性能处理 器中占主导地位。 像C5509有双口SRAM、6通道的DMR（直接存储器存储）、3 个多声道缓冲串口、实现了多通道结构。并支持流行的存储形 式，如记忆棒、多媒体卡、和声卡（SD）。（VLIM）是在片内集成了两组完全相同的功能单元，各包括一个ALU(算术及逻辑单元)、一个乘法单元、一个移位单元和一个地址产生单元。这8个功能单元通过各自的总线与两组寄存器组连接。理想情况下，这8个功能单元可以完全并行，从而在单周期内执行8条指令操作。,2
16、：DSP和微处理器的融合 MPU主要执行智能定向控制任务，但数字信号处理能力较差，而DSP正好相反 3：DSP和SOC的融合 片上系统Soc(System on Chip)，是数字化应用及微电子技术迅速发展的产物，是下一代基于DSP产品的主要发展方向之一。通常，为满足系统的性能要求和提高功率效率，会把DSP、MCU、ARM的多处理器集成在一起,包括存储器（EPROM、E2PROM），系统接口电路（USB，以太网）等，将软硬件集成在一起的系统级芯片，完成的是将信号采集、处理与输出等完整的系统功能。多采用嵌入式实时操作系统，软件占用资源少，实时性强。,4：DSP和 FPGA的融合 用FPGA（现场可编程陈列）实现D
