西電DSP上機(jī)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上DSP上機(jī)報(bào)告及發(fā)展綜述目錄實(shí)驗(yàn)一 VISUAL DSP+的使用入門(mén)-2實(shí)驗(yàn)二 用SIMULATOR模擬數(shù)字信號(hào)處理-8實(shí)驗(yàn)三 信號(hào)數(shù)據(jù)采集與譜分析-18實(shí)驗(yàn)四 數(shù)據(jù)采集與濾波處理-26綜 述 DSP技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用-29實(shí)驗(yàn)一 VISUAL DSP+的使用入門(mén)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、熟悉VISUAL DSP+的開(kāi)發(fā)環(huán)境。針對(duì)ADSP21065L SHARC DSP，利用幾個(gè)用C、C+和匯編語(yǔ)言寫(xiě)成的簡(jiǎn)單例子來(lái)描述 VISUAL DSP十編程環(huán)境和調(diào)試器（debugger）的主要特征和功能。2、對(duì)于運(yùn)行在其它類(lèi)型SHARC處理器的程序只需對(duì)其鏈接描述文件（LDF）做一些小的變

2、化，用于ADSP21065L硬件仿真。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)一：?jiǎn)?dòng)Visual DSP+，建立一個(gè)用C源代碼的工程（Project），同時(shí)用調(diào)試器來(lái)評(píng)估用C語(yǔ)言所編寫(xiě)代碼的性能；實(shí)驗(yàn)二：創(chuàng)立一個(gè)新的工程，修改源碼來(lái)調(diào)用一個(gè)匯編（asm）程序，重新編譯工程，用調(diào)試器來(lái)評(píng)估用匯編語(yǔ)言所寫(xiě)程序的性能；實(shí)驗(yàn)三：利用調(diào)試器的繪圖（plot）功能來(lái)圖形顯示一個(gè)卷積算法中的多個(gè)數(shù)據(jù)的波形；實(shí)驗(yàn)四：利用調(diào)試器的性能統(tǒng)計(jì)功能（Statistical profile來(lái)檢查練習(xí)三中卷積算法的效率。利用所收集到的性能統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)就能看出算法中最耗時(shí)的地方。三、實(shí)驗(yàn)步驟及結(jié)果實(shí)驗(yàn)一：1、進(jìn)入 Visual DSP，顯示Visu

3、al DSP+的集成開(kāi)發(fā)和調(diào)試環(huán)境窗口。選擇菜單中的SessionNew SessionSHARKADSP-21065L SHARK processing Simulator.此過(guò)程為將要編譯運(yùn)行的程序建立了一個(gè)Session.2、選擇菜單File 中Open 打開(kāi)ProjectE:floatunit_1dot_product_c dotprodcdpj。（注：練習(xí)中將float壓縮包解壓與E盤(pán)）3、在菜單 Project中選擇 Build Project來(lái)對(duì)工程進(jìn)行編譯 。在本例子中，編譯器會(huì)檢測(cè)到一個(gè)未定義的錯(cuò)誤，顯示為：“dotprod_main.c”，line 115：error 20

4、：identifier“itn”is undefined itn i；雙擊該行文字，光標(biāo)會(huì)自動(dòng)定位出錯(cuò)行，再該行中將“itn”改為“int”,重新編譯后沒(méi)有錯(cuò)誤。這時(shí)工程已被成功編譯，此時(shí)在菜單Debug中點(diǎn)擊Run,則進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)。4、調(diào)試無(wú)誤后，再菜單中選擇ToolLinear ProfilingNew Profile,在彈出的對(duì)話框中，進(jìn)行如下圖的參數(shù)設(shè)置：實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：實(shí)驗(yàn)二：1、從菜單Project Group中選取Add New Project項(xiàng)，在彈出的工程保存對(duì)話框中，將工程名定義為 Newproject，并保存在E：floatunit_1dot_product_asm目錄下。

5、2、選取菜單ProjectAdd to Projectfile(s)項(xiàng)，按住Ctrl鍵來(lái)同時(shí)選中dotprod_main.c，dotprod.c，dotprod_funcasm和dotprodasm.ldf文件，點(diǎn)擊“Add”將這幾個(gè)文件加到工程中,然后進(jìn)行編譯，本例中有一個(gè)錯(cuò)誤，此錯(cuò)誤處于 dotprodam.ldf 源文件中，具體位置為INPUT_SECTIONS（dotprod.doj（seg_pmco）dotprod.doj（pm_codel）dotProd.doj(pm_code2）dotProd.doj（pm_code3），將上語(yǔ)句改為INPUT_SECTIONS(dotprod.

6、doj(seg_pmco)dotprod.doj(pm_codel)dotProd_func.doj(pm_code2)dotprod.doj(pm_code3)，重新進(jìn)行編譯，無(wú)誤后進(jìn)行調(diào)試。3、在菜單中選擇ToolLinear ProfilingNew Profile,在彈出的對(duì)話框中，進(jìn)行如下圖的參數(shù)設(shè)置：實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：分析實(shí)驗(yàn)一和實(shí)驗(yàn)二的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)對(duì)于完成同一種功能，相對(duì)于C語(yǔ)言，匯編語(yǔ)言運(yùn)算效率更高。實(shí)驗(yàn)三：1、在菜單中選擇FileE:floatunit_1convolution debugconvolutiondxe。并在隨后的源文件對(duì)話框中選擇文件convolu

7、tion.cpp?？梢栽贑代碼源文件中看到四個(gè)全局?jǐn)?shù)組：Table、Input、Output和Impulse。2、編譯調(diào)試無(wú)誤后，可以完成繪圖工作，具體操作如下：ViewDebug WindowsPlotNew則可彈出繪圖對(duì)話框，再本例中進(jìn)行如下的參數(shù)設(shè)置：實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：實(shí)驗(yàn)四：（1） 在菜單中選擇FileE:floatunit_1convolution debugconvolutiondxe。并在隨后的源文件對(duì)話框中選擇文件convolution.cpp。（2） 打開(kāi)Liner Profiling窗口，然后對(duì)程序進(jìn)行編譯調(diào)試，則可在Liner Profiling窗口中展現(xiàn)出卷積程序的執(zhí)行情況

8、。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：實(shí)驗(yàn)二 用SIMULATOR模擬數(shù)字信號(hào)處理一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私馊绾卫肧IMULATOR實(shí)現(xiàn)基本的信號(hào)處理方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)一：時(shí)域卷積運(yùn)算 實(shí)驗(yàn)二：DFT運(yùn)算 實(shí)驗(yàn)三：時(shí)域相關(guān)運(yùn)算 實(shí)驗(yàn)四：利用相關(guān)函數(shù)計(jì)算信號(hào)的功率譜 三、實(shí)驗(yàn)步驟及結(jié)果實(shí)驗(yàn)一：1、在菜單中選擇FileE:floatunit_2Convconv.asm.將輸入文件改為VAR inputxLENGTH_X= "pulse1.dat" VAR inputyLENGTH_Y= "sin64.dat"2、在菜單中選擇ViewDebug WindowPlotNew進(jìn)行繪圖，分別

9、作出inputx,inputy,output的圖像。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：兩個(gè)序列卷積，卷積后系列的長(zhǎng)度為原來(lái)兩序列長(zhǎng)度的和再減一，所以在畫(huà)圖設(shè)置中，應(yīng)該注意輸出output的長(zhǎng)度。實(shí)驗(yàn)二：1、啟動(dòng)運(yùn)行VisualDSP+,在菜單中建立一個(gè)新的session,即進(jìn)行一下操作:SessionNew SessionADSP-21062 SHARK Presessor.2、將位于將 E：floatunit_2DFT_MOD目錄下的源文件調(diào)入到開(kāi)發(fā)環(huán)境中。 3、編譯程序前，在下述程序行中將輸入數(shù)據(jù)文件改為square64.dat即.VAR inputN= "square64.dat&q

10、uot;。4、對(duì)程序進(jìn)行編譯，并在繪圖窗口中觀察結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：實(shí)驗(yàn)三：1、調(diào)入程序，在菜單中執(zhí)行以下操作：FileOpenProjectE:unit_2CorrCorr.asm.2、選擇數(shù)據(jù)文件，將輸入數(shù)據(jù)inputx改為trig64,inputy改為trig64,可得三角波的自相關(guān)函數(shù)。3、將輸入數(shù)據(jù)inputx改為trig64,inputy改為sin64,可得三角波與正弦波的互相關(guān)函數(shù)。4、編譯程序，并用繪圖窗口繪圖。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：設(shè)原函數(shù)是f(t)，則自相關(guān)函數(shù)定義為R(t)=f(t)*f(-t)，其中*表示卷積；設(shè)兩個(gè)函數(shù)分別是f(t)和g(t)，則互相關(guān)函數(shù)定義為

11、R(u)=f(t)*g(-t)，它反映的是兩個(gè)函數(shù)在不同的相對(duì)位置上互相匹配的程度。實(shí)驗(yàn)四：1、調(diào)入程序，在菜單中執(zhí)行以下操作：FileOpenProjectE:unit_2psdpsd.asm.2、選擇數(shù)據(jù)文件，將輸入數(shù)據(jù)inputx改為square32,inputy改為square32,可得方波的自相關(guān)譜。3、將輸入數(shù)據(jù)inputx改為square32,inputy改為trig32,可得方波與三角波的互相關(guān)譜。4、編譯程序，并用繪圖窗口觀察輸出結(jié)果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下:實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：練習(xí)一：由沖擊函數(shù)卷積的性質(zhì)可知，單位沖擊函數(shù)與正弦波函數(shù)卷積的結(jié)果是對(duì)正弦波函數(shù)進(jìn)行平移，多個(gè)沖擊函數(shù)與其卷積則

12、是進(jìn)行平移疊加。練習(xí)二：由方波的DFT的性質(zhì)可知，方波的DFT變換結(jié)果是抽樣函數(shù)，其實(shí)部位偶函數(shù)，虛部為奇函數(shù)。練習(xí)三：由信號(hào)的相關(guān)可以用信號(hào)的卷積表示，只有當(dāng)兩個(gè)信號(hào)完全一樣時(shí)，其相關(guān)結(jié)果才會(huì)出現(xiàn)一個(gè)比較大的峰值（相關(guān)峰（兩個(gè)信號(hào)完全重合時(shí)的卷積值最大）所以三角波的自相關(guān)結(jié)果會(huì)出現(xiàn)一個(gè)大的相關(guān)峰（三角波的峰值和峰值重合時(shí)）和兩個(gè)小的峰值（由于信號(hào)時(shí)“偶對(duì)稱(chēng)”的），還有一個(gè)波谷（說(shuō)明此時(shí)的兩個(gè)信號(hào)相關(guān)性最弱），同理三角波和正弦波的互相關(guān)結(jié)果則是，當(dāng)正弦波的波峰與三角波的波峰相重合是的相關(guān)值最大，而正弦波的波谷和三角波的波峰重合時(shí)相關(guān)值最小，相關(guān)性最大。練習(xí)四：由維納-欣欽(Wiener-Khi

13、ntchine)定理可知，功率有限信號(hào)的功率譜函數(shù)與自相關(guān)函數(shù)構(gòu)成一對(duì)傅里葉變換，功率有限信號(hào)的互功率譜函數(shù)與互相關(guān)函數(shù)構(gòu)成一對(duì)傅里葉變換。實(shí)驗(yàn)結(jié)果中的方波自相關(guān)函數(shù)的DFT變換對(duì)應(yīng)其功率譜函數(shù)，方波與三角波的互相關(guān)函數(shù)的DFT變換對(duì)應(yīng)其互功率譜函數(shù)。通過(guò)加窗與不加窗信號(hào)的FFT結(jié)果我們可以看出，加窗后其信號(hào)的能量發(fā)散了，使得頻譜展寬，波動(dòng)更加劇烈，還造成了一定的頻譜混疊（三角波對(duì)比明顯），主要是因?yàn)樾盘?hào)加窗截?cái)嗨鸬念l譜泄露和譜間干擾。實(shí)驗(yàn)三 信號(hào)數(shù)據(jù)采集與譜分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、讓學(xué)生了解信號(hào)的自相關(guān)知識(shí)。2、讓學(xué)生理解離散傅立葉變化的原理，掌握DFT的快速算法，同時(shí)了解連續(xù)信號(hào)的采樣后的

14、頻譜，加深對(duì)數(shù)字信號(hào)處理理論的理解。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、利用ADSP21065L-EZ-KIT評(píng)估板的硬件資源，通過(guò)板上codec對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣，取出其中一段數(shù)據(jù)，然后計(jì)算其自相關(guān)。計(jì)算結(jié)果可以通過(guò)主機(jī)用VisualDSP+的plot功能描繪出來(lái)，也可以用示波器實(shí)時(shí)查看。 2、利用ADSP21065L的評(píng)估板的硬件資源，完成對(duì)信號(hào)的采樣與FFT變換輸出。輸出結(jié)果可以從示波器上實(shí)時(shí)地觀察到，也可以利用VisualDSP+的plot功能描繪出來(lái)。 三、實(shí)驗(yàn)步驟及結(jié)果自相關(guān)：1、連接硬件 關(guān)閉PC機(jī)的電源，按照硬件連接圖正確連接各個(gè)硬件設(shè)備，檢查EZ-KIT板上的跳線位置是否正確，按照硬件連接圖檢查

15、確保正確連接各個(gè)硬件設(shè)備。 2、加電和啟動(dòng)程序 檢查無(wú)誤后，分別打開(kāi)PC機(jī)、信號(hào)源、評(píng)估板和示波器的電源，運(yùn)行VisualDSP+，新建一個(gè)工程，工程名稱(chēng)自定義，正確設(shè)置工程的各個(gè)選項(xiàng)，將DSP_expunit_3acorr目錄下的源文件（acorr.C、065L_hdr.asm、Buffers.asm和acorr.ldf）加入到工程中。3、選擇或者建立正確的會(huì)話類(lèi)型 按照要求選擇或者建立EZ-KIT類(lèi)型的會(huì)話。4、編譯鏈接和觀察結(jié)果 編譯鏈接該工程，沒(méi)有錯(cuò)誤后運(yùn)行程序。必須注意在Settings菜單中有幾項(xiàng)必須正確設(shè)置，設(shè)置和運(yùn)行EZ_KIT板方法請(qǐng)上節(jié)的有關(guān)內(nèi)容。正確的設(shè)置Settings

16、后，才可以從示波器上看到輸出結(jié)果。 在程序中恰當(dāng)位置設(shè)置斷點(diǎn)（如sample_code函數(shù)中的 data_count=0程序行），可以利用VisualDSP+的PLOT功能觀察采樣數(shù)據(jù)和相關(guān)結(jié)果。5、改變信號(hào)類(lèi)型再觀察 調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器，利用示波器監(jiān)視其輸出幅度為0.5-1Vpp，頻率為1-2kHZ。分別產(chǎn)生正弦波和三角波，觀察并記錄示波器上的輸出結(jié)果，或者利用VisualDSP+的Plot功能進(jìn)行觀察和記錄。譜分析：1、連接硬件 斷開(kāi)所有電源，連接好信號(hào)源，EZ-KIT板，微機(jī)，示波器等。檢查EZ-KIT板上的跳線位置是否正確，確保正確連接各個(gè)硬件設(shè)備。2、加電和啟動(dòng)程序 檢查無(wú)誤后，分別打開(kāi)

17、PC機(jī)、信號(hào)源、評(píng)估板和示波器的電源，啟動(dòng)VisualDSP+，新建一個(gè)工程，工程名稱(chēng)自定義，正確設(shè)置工程的各個(gè)選項(xiàng)，將DSP_expunit_3Fft目錄下的源文件（Fft.C、065L_hdr.asm、Buffers.asm和Fft.ldf）加入到工程中?；蛘叽蜷_(kāi) hardFft目錄下已經(jīng)存在的工程FFT.dpj。3、按照要求選擇或者建立EZ-KIT類(lèi)型的會(huì)話。4、編譯鏈接運(yùn)行程序 編譯鏈接該工程，沒(méi)有錯(cuò)誤后運(yùn)行程序。運(yùn)行程序前，必須注意在Settings菜單中有幾項(xiàng)必須正確設(shè)置，正確的設(shè)置Settings后，才可以從示波器上看到輸出結(jié)果。 在程序中恰當(dāng)位置設(shè)置斷點(diǎn)（如main函數(shù)中的 r

18、fft256程序行，利用VisualDSP+軟件的Plot功能，分別繪制data和tempdata兩個(gè)變量的數(shù)值，同樣可以觀察采樣后的信號(hào)和FFT變換之后的結(jié)果。5、改變信號(hào)再觀察 調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器，利用示波器監(jiān)視其輸出幅度為0.5-1Vpp，頻率為1-2kHZ。分別產(chǎn)生正弦波、方波和三角波，觀察并記錄示波器上的輸出結(jié)果，或者利用VisualDSP+的Plot功能進(jìn)行記錄。6、改變窗函數(shù)再觀察 修改源程序中 main() 函數(shù)中的windows變量的值，讓其等于1（對(duì)應(yīng)于Hamming窗和Blackman窗），重新編譯運(yùn)行程序，重復(fù)步驟4)，觀察、記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果作出比較，并得出結(jié)論。實(shí)

19、驗(yàn)結(jié)果：正弦未加窗：正弦加窗：三角波未加窗：三角波加窗：方波未加窗：方波加窗：實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析： 單個(gè)矩形波的FFT為Sa函數(shù)，矩形序列相當(dāng)于是單個(gè)矩形脈沖與周期脈沖序列的卷積得到的，由數(shù)字信號(hào)處理的知識(shí)可以知道，時(shí)域卷積對(duì)應(yīng)于頻域相乘。由于周期脈沖序列的DFT仍為周期脈沖序列，只是相鄰脈沖間隔變?yōu)樵瓉?lái)的倒數(shù)分之一，所以卷積結(jié)果在頻域是Sa函數(shù)與周期脈沖序列的乘積，即對(duì)Sa函數(shù)的取樣。未加窗時(shí)，矩形序列的FFT是離散化的Sa函數(shù)。加窗后的時(shí)域的矩形序列相當(dāng)于在原矩形序列上乘了一個(gè)窗函數(shù)，根據(jù)數(shù)字信號(hào)處理的知識(shí)，可以知道時(shí)域乘積對(duì)應(yīng)于頻域的卷積，所以在頻域上加窗矩形序列的FFT是Sa函

20、數(shù)與窗函數(shù)FFT的卷積。實(shí)驗(yàn)四 數(shù)據(jù)采集與濾波處理一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)加深對(duì)數(shù)字濾波這種信號(hào)處理的方法的理解。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容利用ADSP21065L-EZ-KIT板的硬件資源，完成對(duì)信號(hào)的采樣和濾波分析。本實(shí)驗(yàn)中提供的基本FIR濾波器程序，改變FIR濾波器的系數(shù)設(shè)計(jì)出不同的濾波器，如帶通濾波器、低通濾波器、多頻段帶通濾波器等。濾波效果可以直接在示波器上看到。三、實(shí)驗(yàn)步驟及結(jié)果1、連接硬件關(guān)閉PC機(jī)的電源，按照硬件連接圖正確連接各個(gè)硬件設(shè)備，檢查EZ-KIT板上的跳線位置是否正確，按照硬件連接圖檢查確保正確連接各個(gè)硬件設(shè)備。2、加電和啟動(dòng)程序檢查無(wú)誤后，分別打開(kāi)PC機(jī)、信號(hào)源、評(píng)估板和示波器的

21、電源，運(yùn)行VisualDSP+，新建一個(gè)工程，工程名稱(chēng)自定義，正確設(shè)置工程的各個(gè)選項(xiàng)，將 DSP_expunit_3Filter目錄下的源文件（Filter.C、065L_hdr.asm、Buffers.asm和Filter.ldf，以及包含濾波器系數(shù)的頭文件FIR.H）加入到工程中?；蛘叽蜷_(kāi) hardFilter目錄下已經(jīng)存在的工程Filter.dpj。 3、選擇或者建立正確的會(huì)話類(lèi)型 按照要求選擇或者建立EZ-KIT類(lèi)型的會(huì)話，詳細(xì)要求請(qǐng)參閱上節(jié)的有關(guān)內(nèi)容。 4、設(shè)置程序參數(shù) 分析、理解源程序，在源程序中找到修改FIR濾波器類(lèi)型選擇的靜態(tài)變量static int filter。先讓其值為0

22、（默認(rèn)為不濾波），然后編譯鏈接并運(yùn)行程序。 5、編譯鏈接和觀察結(jié)果 編譯鏈接該工程，沒(méi)有錯(cuò)誤后運(yùn)行程序。必須注意在Settings菜單中有幾項(xiàng)必須正確設(shè)置，設(shè)置和運(yùn)行EZ_KIT板方法請(qǐng)上節(jié)的有關(guān)內(nèi)容。正確的設(shè)置Settings后，才可以從示波器上看到輸出結(jié)果。 6、改變信號(hào)類(lèi)型觀察 調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器，利用示波器監(jiān)視其輸出幅度為0.5-1Vpp，分別產(chǎn)生正弦波、方波和三角波，使其頻率從直流到采樣頻率連續(xù)地變化，觀察示波器上輸出信號(hào)幅度和波形的變化。 7、改變?yōu)V波器通帶范圍觀察 給靜態(tài)變量filter賦不同的值（14之間的整數(shù)），然后編譯鏈接并運(yùn)行程序。重復(fù)步驟4，5，6記錄典型點(diǎn)的信號(hào)幅度數(shù)據(jù)，

23、描繪濾波器幅頻特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：濾波器：低通：高通：帶通：實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析:當(dāng)輸入為正弦波時(shí)，對(duì)于低通濾波器，當(dāng)正弦波頻率超過(guò)低通濾波器的截止頻率時(shí)，輸出波形近似為0，當(dāng)正弦波頻率遠(yuǎn)小于低通濾波器的截止頻率時(shí)，輸出波形不失真；當(dāng)正弦波頻率遠(yuǎn)接近于低通濾波器的截止頻率時(shí)，輸出波形有失真。同樣，對(duì)于帶通濾波器，當(dāng)正弦波頻率在帶通濾波器的最低和最高截止頻率之外時(shí)，輸出發(fā)生失真，近似為0；當(dāng)正弦波頻率在帶通濾波器的最低和最高截止頻率之間時(shí)，輸出為正弦波，無(wú)失真。當(dāng)輸入為方波時(shí)，對(duì)于低通濾波器和帶通濾波器，當(dāng)方波頻率在濾波器的通帶范圍之內(nèi)時(shí)，輸出無(wú)失真為方波；同輸入為正弦波不同的是，當(dāng)輸入方波的頻率再在截

24、止頻率之外時(shí)，輸出信號(hào)不會(huì)為0.因?yàn)榉讲ú皇菃我活l率的信號(hào)，它是由許多不同頻率的信號(hào)組成的，所以，對(duì)于方波，濾波器的阻帶只是衰減了方波中某些特定的頻率成分，但其它的頻率成分仍然可以通過(guò)。 DSP技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用摘要數(shù)字信號(hào)處理（DSP）是一門(mén)設(shè)計(jì)許多學(xué)科而又廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域的新興學(xué)科。本文概述了DSP技術(shù)的發(fā)展過(guò)程，分析了DSP處理器的特點(diǎn)。并且，本文介紹了DSP的最新發(fā)展并提出了對(duì)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)發(fā)展前景的展望。關(guān)鍵詞：信號(hào)；數(shù)字信號(hào)處理;信息技術(shù)Chen BuHua（electronic engineering school, Xidian University, ）AbstractDi

25、gital signal processing (DSP) is the one which is widely used in many disciplines involved in many areas of emerging disciplines. This paper outlines the development of the digital signal processing technology process, analyzes the characteristic of DSP processor. In addition, the paper introduces t

26、he latest development of DSP and puts forward the outlook of the future DSP development.Key words：Signal；DSP；Information technology0 引言 自從DSP技術(shù)問(wèn)世以來(lái)，由于它具有高速、靈活、可編程、低功耗和便于接口等特點(diǎn)，已在圖形、圖像處理，語(yǔ)音、語(yǔ)言處理，通用信號(hào)處理，測(cè)量分析，通信等領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。隨著技術(shù)成本的降低，控制界已對(duì)此產(chǎn)生濃厚興趣，已在不少場(chǎng)合得到成功應(yīng)用。1 DSP概述1.1 DSP的定義DSP一方面是Digital Signal Proc

27、essing的縮寫(xiě)，意思是數(shù)字信號(hào)處理，就是指數(shù)字信號(hào)理論研究。DSP另一方面是Digital Signal Processor，意思是數(shù)字信號(hào)處理器，就是用來(lái)完成數(shù)字信號(hào)處理的器件。1.2 DSP的發(fā)展概況最初的DSP器件只是被設(shè)計(jì)成用以完成復(fù)雜數(shù)字信號(hào)處理的算法。DSP器件緊隨著數(shù)字信號(hào)理論的發(fā)展而不斷發(fā)展。在20世紀(jì)60年代，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)才剛剛起步。60年代中期以后，快速傅里葉算法的出現(xiàn)及大規(guī)模集成電路的發(fā)展大大促進(jìn)了DSP技術(shù)與器件的飛速發(fā)展。DSP器件的發(fā)展大致可分為三個(gè)階段：（1）1980年前后的雛形階段。（2）1990年前后的成熟階段。（3）2000年之后的完善階段2 DSP

28、器件的特點(diǎn)2.1 高速、高精度運(yùn)算能力（1）、硬件乘法累加操作，在一個(gè)指令周期內(nèi)可完成一次乘法和一次加法。（2）、哈弗結(jié)構(gòu)和流水線結(jié)構(gòu)。哈佛結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是將程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在不同的存儲(chǔ)空間中，即程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是兩個(gè)相互獨(dú)立的存儲(chǔ)器，每個(gè)存儲(chǔ)器獨(dú)立編址，獨(dú)立訪問(wèn)。與兩個(gè)存儲(chǔ)器相對(duì)應(yīng)的是系統(tǒng)中設(shè)置了程序總線和數(shù)據(jù)總線，從而使數(shù)據(jù)的吞吐率提高了一倍。由于程序和存儲(chǔ)器在兩個(gè)分開(kāi)的空間中，因此取指和執(zhí)行能完全重疊。流水線與哈佛結(jié)構(gòu)相關(guān)，DSP芯片廣泛采用流水線以減少指令執(zhí)行的時(shí)間，從而增強(qiáng)了處理器的處理能力。使取指、譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊執(zhí)行，處理器可以并行處理二到四條指令，每條指令處于流水線

29、的不同階段。（3）、硬件循環(huán)控制。大多數(shù)的DSP都有專(zhuān)門(mén)的硬件，用于零開(kāi)銷(xiāo)循環(huán)。所謂零開(kāi)銷(xiāo)循環(huán)是指處理器在執(zhí)行循環(huán)時(shí)，不用花時(shí)間去檢查循環(huán)計(jì)數(shù)器的值、條件轉(zhuǎn)移到循環(huán)的頂部、將循環(huán)計(jì)數(shù)器減1。（4）、特殊的尋址模式。DSP處理器往往都支持專(zhuān)門(mén)的尋址模式，它們對(duì)通常的信號(hào)處理操作和算法是很有用的。例如，模塊（循環(huán)）尋址（對(duì)實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波器延時(shí)線很有用）、位倒序?qū)ぶ罚▽?duì)FFT很有用）。（5）、具有豐富的外設(shè)。DSP具有DMA（有一組或多組獨(dú)立的DMA總線，與CPU的程序、數(shù)據(jù)總線并行工作，在不影響CPU工作的條件下，DMA速度已達(dá)800Mbyte/s以上）、串口、定時(shí)器等外設(shè)。2.2 強(qiáng)大的數(shù)據(jù)通信能

30、力一次完成的數(shù)據(jù)通信量極大。2.3 靈活的可編程性DSP騙內(nèi)設(shè)置RAM和ROM，可以方便地拓展程序、數(shù)據(jù)及I/O空間，同時(shí)允許ROM和RAM直接數(shù)據(jù)傳送?？删幊藾SP芯片可使設(shè)計(jì)人員在開(kāi)發(fā)過(guò)程中靈活方便地對(duì)軟件進(jìn)行修改和升級(jí)2.4 低功耗設(shè)計(jì)DSP可以工作在省電狀態(tài)，節(jié)省了能源。3 DSP技術(shù)在各領(lǐng)域的應(yīng)用3.1 DSP技術(shù)在電力系統(tǒng)模擬量采集和測(cè)量中的應(yīng)用 計(jì)算機(jī)進(jìn)入電力系統(tǒng)調(diào)度后，引入了EMS/DMS/SCADA的概念，而電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和測(cè)量是SCADA的基礎(chǔ)部分。傳統(tǒng)的模擬量的采集和獲得，通過(guò)變送器將一次PT和CT的電氣量變?yōu)橹绷髁?，在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換送給計(jì)算機(jī)。應(yīng)用了交流采用技術(shù)以后，

31、經(jīng)過(guò)二次PT、CT的變換后，直接對(duì)每周波的多點(diǎn)采樣值采用DSP處理算法進(jìn)行計(jì)算，得到電壓和電流的有效值和相角，免去了變送器環(huán)節(jié)。這不僅使得分布布置的分布式RTU很快地發(fā)展起來(lái)，而且還為變電站自動(dòng)化提供了功能綜合優(yōu)化的手段。3.2 DSP在變電站自動(dòng)化的應(yīng)用 變電站自動(dòng)化元件較多，模擬量、開(kāi)關(guān)量比較多而且比較分散，要求的實(shí)時(shí)性也較高，DSP能快速采集、精確處理各種信息，尤其在并行處理上可實(shí)現(xiàn)多機(jī)多任務(wù)操作，實(shí)用十分靈活、方便，片內(nèi)諸多的接口為通訊及人機(jī)接口提供了容易的擴(kuò)展，由于接口的多樣化，使勵(lì)磁、調(diào)速器及繼電保護(hù)的掛網(wǎng)監(jiān)控更容易。由于DSP集成度高，硬件設(shè)計(jì)方便，使設(shè)計(jì)起來(lái)更容易，而且增加了產(chǎn)

32、品的可靠性，DSP在冗余設(shè)計(jì)上更容易，為水電站實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班，少人值守的發(fā)展方向，提供了可靠的新技術(shù)。3.3 DSP在多媒體通信中的應(yīng)用 多媒體包括文字、語(yǔ)言、圖像、圖形和數(shù)據(jù)等媒體。多媒體信息中絕大部分是視頻數(shù)據(jù)和音頻數(shù)據(jù)，兒數(shù)字化的音、視頻數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量是非常龐大的，只有采用先進(jìn)的壓縮編碼算法對(duì)其進(jìn)行壓縮，節(jié)省儲(chǔ)存空間，提高通信線路的傳輸效率，才能使高速的多媒體通信系統(tǒng)成為可能。多媒體通信要求多媒體網(wǎng)絡(luò)終端應(yīng)能快速處理信息，并具有較強(qiáng)的交互性。因此，DSP在語(yǔ)音編碼、圖像壓縮與還原的語(yǔ)音通信中得到了成功的應(yīng)用。如今的DSP基本能實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)大部分已形成國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的語(yǔ)音編解碼算法與協(xié)議。移動(dòng)通信中的語(yǔ)

33、音壓縮和調(diào)制解調(diào)器也大量采用DSP。現(xiàn)代DSP完全有能力實(shí)現(xiàn)中、低速的移頻鍵控、相移鍵控的調(diào)制與解調(diào)以及正交調(diào)幅調(diào)制與解調(diào)等。3.4 DSP在軟件無(wú)線電的應(yīng)用 軟件無(wú)線電是一種新的無(wú)線通信技術(shù)，是基于同一硬件平臺(tái)上、安裝不同的軟件來(lái)靈活實(shí)現(xiàn)多通信功能多頻段的無(wú)線電臺(tái)，他可進(jìn)一步擴(kuò)展至有線領(lǐng)域。隨著DSP技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用的成熟，特別是低功耗DSP芯片的出現(xiàn)，使軟件無(wú)線電的應(yīng)用研究成為熱點(diǎn)。軟件無(wú)線電具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)通用、功能實(shí)現(xiàn)軟件化和互操作性好等一系列優(yōu)點(diǎn)。其體系結(jié)構(gòu)有電源、天線、多帶射頻轉(zhuǎn)換器和A/D/A變換器與DSP組成。信號(hào)的數(shù)字化是實(shí)現(xiàn)軟件無(wú)線電的先決條件。關(guān)鍵步驟是以可編程能力強(qiáng)的DSP

34、來(lái)代替專(zhuān)用的數(shù)字電路，使系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)與功能相對(duì)獨(dú)立。這樣就可基于一個(gè)相對(duì)通用的硬件平臺(tái)，通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)不同的通信功能，并可對(duì)工作頻率、系統(tǒng)頻寬、調(diào)制方式和新品編碼等進(jìn)行編程控制，系統(tǒng)的靈活性大大加強(qiáng)了。3.5 DSP在機(jī)器人控制中的應(yīng)用 目前，由于人工智能、計(jì)算機(jī)科學(xué)、傳感器技術(shù)及其它相關(guān)學(xué)科的長(zhǎng)足進(jìn)步，使得機(jī)器人的研究在高水平上進(jìn)行，同時(shí)也對(duì)機(jī)器人控制系統(tǒng)的性能提出了更高的要求。隨著機(jī)器人控制系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性、數(shù)據(jù)量和計(jì)算要求的不斷提高，采用高速、高性能的DSP將成為主要的控制方式。將DSP應(yīng)用于機(jī)器人的控制系統(tǒng)，充分利用DSP實(shí)時(shí)運(yùn)算速度快的特點(diǎn)，這是當(dāng)前發(fā)展的趨勢(shì)。尤其是隨著數(shù)字信號(hào)芯片速度的不斷提高，并易于構(gòu)成并行處理網(wǎng)絡(luò)，可大大提高控系統(tǒng)的性能。4 DSP技術(shù)發(fā)展前景DSP的功能越來(lái)越強(qiáng)，應(yīng)用越來(lái)越廣，達(dá)到甚至超過(guò)了微控制器的功能，比微控制器做得更好而且價(jià)格更便宜，許多家電用第二代DSP來(lái)控制大功率電機(jī)就是一個(gè)很好的例子。汽車(chē)、個(gè)人通信裝置、家用電器以及數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的工廠使用DSP系統(tǒng)。數(shù)碼相機(jī)