《数字信号处理技术及其应用 教学课件 ppt 作者 刘丽钧 第一章1.1至第二章2.5》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字信号处理技术及其应用 教学课件 ppt 作者 刘丽钧 第一章1.1至第二章2.5（75页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、数字信号处理技术 及应用,制作:刘丽钧,电子信息发展时代： 70年代：消费电子时代： 关键产品：彩电，录象机等 主要获胜者：日本/Sony，JVC，Panasonic 制胜的策略：强大的制造能力、质量及设计能力 80年代：计算机时代： 关键产品：PC，硬盘，打印机等 主要获胜者：USA/Intel，Microsoft 制胜的策略：通用PC平台，软件制造 90年代：数字信号时代： 关键产品：个人通信机，网络接入 主要获胜者：待定 制胜的策略：数字信息技术，产品创新 21世纪：因特网,数码时代： 关键产品：网络，DSP & Analog,集成电路,DSP&Analog,PC处理器,消费电子时代 计
2、算机时代 数字信息时代 因特网时代,70年代中期 80年代中期 90年代中期 21世纪,信息科学发展时代,C1X,C5X,C2XX,C54X,C3X,C4X,C8X,C2X,C6X定点/浮点,定点DSP,浮点DSP,多CPU,TMS320系列DSP发展示意图,最新一代,TMS320系列DSP发展： C2000型将挑战单片机 C5000型扩大了DSP的应用：数码相机，通信，语音 C6000型代表业界水平：图象，多媒体，网络等 C3000和C4000型浮点DSPs：数字音箱系统，机器人等 C8000型多处理器：电视会议，多媒体工作站等,第一章 绪论,1.1 数字信号处理概述 信号：是指某种变化的物
3、理量，从中可以传输并提取所需 的信息，因而信息是传输信号的载体。 信号理论：信号分析、信号传输、信号处理。 信号分析：研究信号的解析表示，信号特征值的表示与 提取等。 信号传输：用最经济、有效的手段传送最大的信息容量； 信号处理：对观测的信号进行分析、变换、综合等加工 处理，以便识别、应用有用的信息。 数字信号处理：把数字或符号表示的序列，通过计算机或专用处 理设备，用数值计算的方法处理这些序列。 DSP研究的对象：凡是用数字方式对信号进行分析、滤波、变换、 调制、解调、增强、压缩、识别等处理过程。 DSP学科覆盖的范围：数字滤波器、傅立叶分析、信号模型和分 析、DSP软硬件设计等。 数字信号
4、处理技术的优点：精度高、灵活性大、可靠性高、速度 快等特点。,在通用的计算机上用软件实现； 在通用的计算机上加上专用的加速处理机； 用通用的单片机实现，适合不太复杂的现场控制； 用通用的可编程DSP芯片实现； 用专用的DSP芯片实现。,数字信号处理的实现方法:,1.2 DSP主要特点:,哈佛结构 多总线结构 流水线结构 多处理单元 特殊的DSP指令 指令周期短 运算精度高 硬件配置强,定点DSP：使用的是小数点位置固定的有符号数或无符号数。 浮点DSP：进行算术操作时，使用的是带有指数的小数，小数 点的位置随着具体数据的不同进行浮动。 各自的特点：定点器件在硬件结构上比浮点器件简单，具有价 格
5、低、速度快；浮点器件精度高，不需要定标和考虑有限字长 效应，但其成本高、功耗高，速度较慢，适合于数据动态范围 和精度较高的特殊场合。 TI公司的定点系列：C1x，C2x，C2xx, C5x，C54x，C62x 浮点系列：C3x，C4x，C67x 多处理器: C8x 不同系列的DSP的CPU结构不同，性能和价格也不同 同一系列的DSP的CPU完全相同，只是片内存储器和外设的配 置不同 DSP的代码兼容：代码可以不加修改或只作很少修改可以在其 它DSP上执行。TI公司的DSP是向下兼容的,如C1x和C2x的代码 可以不修改在C5x上运行,定点C62x代码可以在浮点C67x上运行。 管脚兼容:C62
6、x与C67x的某些片种之间保持管脚兼容.,DSP的性能指标:,MIPS： 每秒百万条指令 MOPS： 每秒百万次操作 MFLOPS ：每秒百万次浮点操作 MBPS： 每秒百万位,1.3 DSP芯片的现状、应用,现状：C54x速度范围30-532MIPS，C55x320400MIPS。6000系列的定点1200-8000MIPS，浮点从6001800MFLOPS。 精度：8，16，24，32。 内核电压：1.5/1.6伏。 温度范围：-40100度。,DSP芯片的应用:,信号处理 通信 语音 图象 军事 医学 控制 汽车控制 家电,16位 TMS320C20x 主要规格： 主要应用范围 ：,操作
7、速度为20至40MIPS,数字相机 销售点终端 保安系统 伺服控制系统 雷达检测器 调制解调器,各系列DSP芯片性能比较：,16位 TMS320C24x 主要规格 ： 主要应用范围：,操作速度为20MIPS 备有4个掉电模式,不间断电源 数字马达控制 电源逆变器 打印机及复印机,32位 TMS320C3x 主要规格 ： 主要应用范围：,操作速度可高达60MFLOPS 高效的C语言引擎,数字音响系统 激光打印机、复印机 电视会议 工业自动化及机器人,32 位 TMS320C4x 主要规格： 主要应用范围：,操作速度可高达60MFLOPS 增强的运算能力 增强的通信能力,高速通信 虚拟、真实模拟器
8、 雷达/声纳/图象处理系统 三维图象,16位 TMS320C5x 主要规格： 主要应用范围：,操作速度可高达50MIPS,蜂窝式/无绳电话 高速调制解调器 个人通信系统 声音/语音处理,16位 TMS320C54x 主要规格： 主要应用范围：,操作速度可高达100MIPS,数字蜂窝式通信 数字无绳通信 个人通信系统 无线数据通信 声音/语音处理,32位 TMS320C62x/67x 主要规格： 主要应用范围：,1600MIPS/1GFLOPS 两枚32位定时器,合用调制解调器 数字用户环路系统 无线基站 交换机 数字成像 三维图象等 语音识别,多CPU的 TMS320C8x 主要规格： 主要应
9、用范围：,32位数据/64位指令 80/82系列：4/2枚CPU,电视会议 视像电话 高速电信系统 多媒体工作站,第二章 TMS320C54x的结构原理,2.1 C54x的优点:,增强（改进）的哈佛结构（程序空间和数据空间相互传送数据） 高效的硬件逻辑 高效的指令集 模块化的结构设计 高级的IC工艺 新的静态设计技术,CPU： 8总线结构。 40位的算术逻辑单元ALU。 40位的桶形移位寄存器（-1630）。 2个独立的40位累加器。 1717位乘法器，40位加法器。 比较选择和存储单元CSSU。 指数译码器。 程序和数据地址发生器。 16位暂存器T。,54x系列芯片片上外设：,执行单周期定点
10、指令时间为：25/20/15/12ns（40/50/66/80MIPS） TQFP：Thin Quad Flatpack 扁平四方形状 BGA：Ball Grid Array 圆栅极排列,TMS320C54x组成框图：,2.2 总线结构 C54x体系由8条16位总线组成： 1）程序总线PB：从程序存储器传送指令码和立即 操作数。 2）三条数据总线CB、DB、EB：CB和DB从数据存 储器读取操作数，EB把操作数写到存储器中。 3）四条地址总线PAB、CAB、DAB、EAB：负责装 载指令执行所需要的地址。,2.3 内部存储空间：,存储空间（192K字），其中： 程序存储空间（64K字） 数据存
11、储空间（64K字） I/O空间（64K字）,C54x有3个设置位用以配置片内存储器： 1）MP/MC=0，片内ROM映射在程序空间 MP/MC=1，片内ROM不映射在程序空间 2）OVLY=1，片内RAM分别映射在程序空间和数据空间 OVLY=0，片内RAM只映射在数据空间 3）DROM=1，则片内ROM的一部分映射在程序空间和数 据空间 DROM=0，则片内DARAM的使用取决于MP/MC位,541存储器:,当MP/MC=0：ROM存储器 片内ROM影射在程序存储空间，地址从9000h FF7Fh，共28K。 1400h8FFFh为外部ROM，FF80hFFFFh为中断 向量。 当OVLY=
12、0时，0000h13FFh为外部ROM， 当OVLY=1时，0000h007Fh为保留位， 0080h13FFh为片内DARAM。,当MP/MC=1：ROM存储器 片内ROM不影射在程序存储空间。 1400hFF7Fh为外部ROM，FF80hFFFFh为中断 向量。 当OVLY=0时，0000h13FFh为外部ROM， 当OVLY=1时，0000h007Fh为保留位， 0080h13FFh为片内DARAM。,RAM存储器： 0000h005Fh：存储器影射寄存器 0060h007Fh：暂存器RAM 0080h13FFh：片内DARAM，5K。 1400hDFFFh为外部RAM。 当DROM=0
13、：E000hFFFFh为外部， 当DROM=1：E000hFEEEh为片内ROM， FF00hFFFFh保留位。,程序存储空间: MP/MC和OVLY位决定了片上ROM的配置。 MP/MC和OVLY位由PMST中的5，6位决定。 片上ROM的组织：为了提高性能，将ROM分成几 个块，使用块的方式可以使CPU同时访问不同的块。 下图为片上ROM块的组织形式。,扩展程序存储器：548/549/5402/5410/5420可以使用页扩展的方式访问到8M的程序空间。为了实现这个方式，这些芯片提供了一些增强的性能： 23条地址线（5402有20条地址线、5420有18条地址线） 额外的存储器映射寄存器，
14、扩展程序计数器（XPC） 六条额外的指令用于寻址扩展的程序存储空间,扩展程序存储器示意图,为了方便地用软件切换页地址，C548、C549、C5410、 C5402和C5420提供了六条指令用于改变XPC的值： FBD 远跳转。 FBACCD 远跳转到累加器 A或 B指定的地址。 FCALAD 远调用累加器 A或 B指定的子程序。 FCALLD 远调用。 FRETD 远返回。 FRETED 远返回且中断允许。 指令举例：,数据存储空间： 片内RAM分为DARAM和SARAM，由OVLY和DROM 决定配置。 片上RAM同样按块的方式组织（如：541共5个1K块， 542共5个2K块）， DARA
15、M：CPU可以在一个周期内对同一块访问两次。 SARAM：CPU在一个周期内对同一块只能访问一次。,片上RAM 块组织：, 数据存储器映像寄存器： 在64KRAM中从0000007Fh，第0页为数据存储器 映像寄存器：其中： 00000020h的32字为存储器映像CPU寄存器， 0020005Fh的64字为片内外设寄存器， 0060007Fh的32字为RAM块。 CPU存储器影射寄存器共26个，见下表：,中断寄存器（IMR、IFR）： 中断屏蔽寄存器（IMR）可以在需要的时候禁止或 允许指定的可屏蔽中断。中断标志寄存器（IFR） 可以指定当前的中断状态。 寄存器（ST0、ST1）： 状态寄存器
16、（ST0和ST1）包含 C54x的不同的状 态和模式。ST0包括了算术运算和位操作使用的状 态位（OVA、OVB、C和TC）以及DP字段和ARP字 段。ST1反映了处理器和指令执行所依赖的模式和 状态。,累加器（A、B）： C54x包含两个40位的累加器：累加器A和B。每个累加器都分割成累加器低字（150）、累加器高字（3116）和累加器保护位（3932）三个部分映射到数据存储器中。 临时寄存器（T）： 临时寄存器有许多用法。例如： (1) 用作乘法器的一个操作数以执行乘/加指令。 (2) 在ADD、LD和SUB指令处理移位操作中用作动态的移位计数器。 (3) 在BITT指令中用作保留动态位的地址。 (4) 在加比较/存储操作中用作
