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1、第一讲,DSP原理及应用,Digital Signals Processing 包括对信号的采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等，是20世纪60年代前后发展起来的并广泛应用的新兴学科。Digital Signals Processor 是微型计算机发展的一个重要分支，也是数字信号处理理论实用化过程的重要技术工具。,第一章 绪论“DSP”,数字信号处理的实现,1.在通用的微机上用软件实现。2.用单片机来实现。3.利用专门用于信号处理的可编程DSP来实现。4.利用特殊用途的DSP芯片来实现。5.用FPGA开发ASIC芯片实现数字信号处理算法。6.在通用的计算机系统中使用加速卡来实现。,案例:
2、滤波。滤波就是对信号进行处理，以改善其特性。可以有两种方式：微处理器，模拟器件。比较优越性：模拟滤波器（或者更一般地说，模拟电路）的性能要取决于温度等环境因素。而数字滤波器则基本上不受环境的响。数字滤波易于在非常小的宽容度内进行复制，因为其性能并不取决于性能已偏离正常值的器件的组合。一个模拟滤波器一旦制造出来，其特性（例如通带频率范围）是不容易改变的。使用微处理器来实现数字滤波器，就可以通过对其重新编程来改变滤波的特性。,信号处理方式的比较,一个硬件系统适用于不同的软件,第一节 DSP简介,一、DSP的发展历史大致分为四个时期：萌芽、成长、成熟、突破。,1、萌芽期：1982年以前 为解决冯.诺
3、依曼结构在进行数字信号处理时，总线与存储器之间的瓶颈效应，许多公司投入了大量的人力、物力进行探索：78年：AMI的S2811；79年Intel2920；AT&T的DSP180年：AMI的S28211，NEC uPD7720运算速度慢，开发工具严重不足，无法进行大规模开发工作。,2、成长期：1982-1987年 1982年，TI公司TMS32010出现，采用了哈佛结构，有一个乘法器和一个加法器，一次乘加操作需要390ns。85年，TI公司的TMS32020，200ns；87年，Motorola DSP56001，75ns；还有其他公司的产品：AT&T：DSP16A；AD：ADSP2100；TI：
4、TMS320C50；,3、成熟期：87-97年 TI：TMS320C54系列（简写C54X或C5400）AD：ADSP2100系列 Lucent：DSP1600 Motorola：DSP56000特点：都支持3.3V供电;片上存储器较大;都 有JTAG模块支持用户在线调试。,4、突破期（97年以后）：,发展非常迅速，从定点浮点 低端高端 通用专用朝高速、低功耗方向发展。,TI的 DSP系列,目前世界上生产DSP芯片的公司主要有TI（德州仪器）公司，AD（美国模拟器件）公司，Technologics（朗讯技术）公司和Motorola（摩托罗拉）公司四大公司，而TI公司则是世界上最大的DSP芯片供
5、应商。TMS320系列产品就是该公司的DSP产品。,二、DSP性能评价,衡量DSP性能优劣的方法有两种：1、单位时间内能够完成的指令数（MIPS）；2、采用一些典型操作处理能力来比较性能，如：单位时间内完成的乘加次数或完成 基2FFT需要的指令周期数。,三、DSP应用,在近20年里，DSP芯片在信号处理，通信，雷达等许多领域得到广泛的应用。目前，DSP芯片的价格越来越低，性能价格比日益提高，具有巨大的应用潜力。它的应用主要有：,1.信号处理-如数字滤波，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
6、，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。,四、数字信号处理系统,第二节 DSP硬件结构,为了能高速完成
7、数字信号处理算法，DSP硬件系统有着不同于通用计算机的自身特定的结构。主要为四个方面：总线结构、存储器配置、CPU结构、片上外设。,数字信号处理运算中，常见的相关运算、卷积运算、信号滤波和各种变换算法，大多可以归结为乘加运算的形式，所以DSP内部的结构设计都以优化这类运算为主要目的，而DSP的总线结构是实现快速乘加运算的基石。,一、总线结构,一般传统的微处理器的结构采用了冯.诺依曼结构；另一种为哈佛结构。,在哈佛结构中，数据空间和程序空间相对独立，两者之间只能通过CPU进行通信，但是有些时候，需要数据空间和程序空间有相互访问的能力，比如，在DSP的一些循环指令运行时，程序总线处于空闲状态，为了
8、提高DSP的访问能力，希望能用程序总线来访问数据空间，提出一种改进的哈佛结构。,二、存储器配置,DSP内部大都有自己的存储器 从功能上分为：程序存储器和数据存储器；从访问形式分：只读存储器ROM和随机存 取存储器RAM。ROM：主要包括系数表格、自举程序和生产厂商 的测试代码等。还有留待用户自定义。RAM：用来存放运行时的程序和数据，一般为：SARAM和DARAM两类。,三、CPU结构,包括：算术逻辑单元（ALU）累加器 桶型移位器 乘法器 加法器 比较选择存储单元（CSSU）数据地址产生单元 程序地址产生单元等。,流水线技术：,指令分成几个不同的阶段，CPU在不同时刻完成同一指令的不同阶段。
9、一般是将一条指令的不同阶段分配在连续的几个指令周期内完成，而在一个指令周期内，CPU执行不同指令的不同阶段，从而使每条指令真正独立运行的时间减少到最低。,四、片上外设,通常，片上外设包括主机接口（HPI）,同步串行口,直接存储器访问（DMA）,外部存储器接口，中断逻辑，硬件定时器，时钟发生器，锁相环等。,第三节 DSP的设计流程,一、算法模拟二、器件选型三、框图四、软硬件设计五、软硬件调试,FIR滤波器算法仿真,DSP常用算法,1）通用数字信号处理算法 FIR滤波器、IIR滤波器、DFT变换、FFT变换。2）机电控制算法 电机伺服、PID算法3）通信类算法 DTMF收发、调制解调算法、通信信道
10、编解码4）信号处理算法 语音信号编解码算法：G.723、G.729、MP3 静止图象编解码算法：JPEG、JPEG2000、小波变换 视频编解码算法：MPEG1、MPEG2、MPEG4、H.263压缩算法 多媒体：H.100、H.324,图像处理（车牌识别）,DSP总体设计框图,根据需求写出任务说明书,根据任务书确定技术指标,DSP芯片及外围芯片,总体设计确定软硬件分工,软件设计说明书,硬件设计说明书,软件编程与调试,硬件（.sch/.pcb）,系统集成,硬件调试,系统测试、样机完成、中试、产品测试与生产,硬件系统设计框图,确定硬件方案,器件选型,原理图设计,PCB图设计,硬件调试,系统分析,系统综合,DSP的知识平台,DSP技术,计算机,电子,计算机硬件,计算机软件,电子线路,数字信号处理,
