dsp 原理與開發(fā)應(yīng)用技術(shù) 第1講

1、 第一講 緒論課程介紹（1）DSP器件(與信號(hào)處理相關(guān)器件)的2007年的銷售額500億美元，年均增長率高達(dá)40%DSP器件廠商的數(shù)量80，幾乎所有的半導(dǎo)體器件廠商都發(fā)布或正在開發(fā)DSP產(chǎn)品 最大的生產(chǎn)商Texas Instruments（TI）最高的MIPS速率 9000 （MIPS）有經(jīng)驗(yàn)的DSP工程師年薪在7萬美元以上 希望通過本課程的學(xué)習(xí)，為大家的后期學(xué)業(yè)和就 業(yè)提供基礎(chǔ)和幫助。課程目的課程介紹（2）先修課程：數(shù)字邏輯電路，數(shù)字信號(hào)處理，計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ) 后續(xù)課程：DSP課程設(shè)計(jì) 計(jì)劃學(xué)時(shí)：54（含實(shí)驗(yàn)10個(gè)課時(shí)）選用教材：戴明楨等編，TMS320C54X DSP結(jié)構(gòu)、原理及應(yīng)用，北京航

2、天航空大學(xué)出版社參考書籍：1.DSP原理及應(yīng)用，李利等編著，中國水利出版社2.TMS320C5000系列DSP匯編語言程序設(shè)計(jì)，張勇等編著，西安電子科技大學(xué)出版社3.TMS320C54x DSP原理及應(yīng)用，喬瑞萍等編著，西安電子科技大學(xué)4.DSP 技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，彭啟琮等編著，高等教育出版社課程介紹（3）本課程中所介紹的 DSP ，是 數(shù)字信號(hào)處理器（ Digital Signal Processor ， DSP ）的簡稱，也叫 DSP 芯片，是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的微處理器，是 20 世紀(jì)科學(xué)及工程具體化最有影響力的技術(shù)之一。自 70 年代未 DSP 芯片誕生以來，在短短的三十多年時(shí)間是得到了

3、飛速的發(fā)展，已廣泛應(yīng)用于通信、醫(yī)療影像、雷達(dá)及聲納、高保真音樂重現(xiàn)、石油勘探、工業(yè)控制、軍事、航空航天等領(lǐng)域。在這些應(yīng)用領(lǐng)域都已經(jīng)發(fā)展出很深入的 DSP 技術(shù)、特有的算法、數(shù)學(xué)及特殊的技巧。一般而言，數(shù)字信號(hào)處理是把通過時(shí)間與數(shù)值采樣的信號(hào)，做各種離散量化的數(shù)值處理與計(jì)算，因此諸如快速傅立葉變換、 Z 變換、卷積運(yùn)算、相關(guān)運(yùn)算、最小均方法、有限脈沖響應(yīng)等常用的數(shù)理分析方法，都可以利用數(shù)字信號(hào)處理實(shí)現(xiàn)，以提高整體的運(yùn)算性能。 課程介紹（4）教學(xué)基本要求通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生深入了解TMS320C54X系列DSP的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)體系，掌握C54X DSP的尋址方式和指令體系，理解DSP應(yīng)用

4、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，了解DSP匯編語言開發(fā)工具的使用方法，熟練掌握利用集成開發(fā)環(huán)境CCS進(jìn)行匯編語言和C語言的編輯、編譯和調(diào)試的方法，能夠進(jìn)行常用基本運(yùn)算的匯編程序設(shè)計(jì)，并掌握數(shù)學(xué)信號(hào)常用算法的DSP實(shí)現(xiàn)理論和方法。課程介紹（5）考試課考試成績（閉卷考試，65）實(shí)驗(yàn)成績（實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)+實(shí)驗(yàn)報(bào)告，20）平時(shí)表現(xiàn)（15，作業(yè)+考勤）答疑時(shí)間：周四、周五晚上6:309:30地點(diǎn)： 北教12-110 聯(lián)系人： 鐘倫瓏 24092585E-MAIL： llzhong課程介紹（6）教學(xué)內(nèi)容1.緒論2.TMS320C54X硬件結(jié)構(gòu)3.TMS320C54X指令系統(tǒng)4.DSP程序開發(fā)5.DSP匯編程序設(shè)計(jì)基本概念（1）D

5、SP通常包括兩層概念：1.數(shù)字信號(hào)處理（Digital Signal Processing) 它所強(qiáng)調(diào)的是對(duì)以數(shù)字形式表現(xiàn)的信號(hào)進(jìn)行處理和研究的方法。是一門涉及許多學(xué)科且廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域的新興學(xué)科（包括采集，變換，濾波，估值，增強(qiáng)，壓縮，識(shí)別等處理過程）。2.數(shù)字信號(hào)處理器（Digital Signal Processor) 它所強(qiáng)調(diào)的是通過專用集成電路芯片，利用數(shù)字信號(hào)處理理論，在芯片上運(yùn)行目標(biāo)程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的某種處理。基本概念（2）1) 什么是信號(hào)(signal)?信號(hào)是消息的表現(xiàn)形式，消息則是信號(hào)的具體內(nèi)容消息：通過語言、文字、圖像、數(shù)據(jù)等媒體表達(dá)的感覺、思想、意見信號(hào)：聲、光、電等

6、 Anything that bears information can be considered as a signal基本概念（3）2) 從模擬到數(shù)字連續(xù)信號(hào)：在某個(gè)時(shí)間區(qū)間，除有限間斷點(diǎn)外所有瞬時(shí)均有確定值。模擬信號(hào)：是連續(xù)信號(hào)的特例。時(shí)間和幅度均連續(xù)。離散信號(hào)：時(shí)間上不連續(xù)，幅度連續(xù)。數(shù)字信號(hào)：幅度量化，時(shí)間和幅度均不連續(xù)。基本概念（4）3）什么是信號(hào)處理？對(duì)信號(hào)進(jìn)行某種“變換”以提取人們希望得到的消息4）數(shù)字信號(hào)處理數(shù)字信號(hào)處理是利用計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ锰幚碓O(shè)備，以數(shù)字形式對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集、變換、濾波、估值、增強(qiáng)、壓縮、識(shí)別等處理，以得到符合人們需要的信號(hào)形式基本概念（5）5）實(shí)時(shí)實(shí)時(shí)的定義

7、因具體應(yīng)用而異。一般而言，對(duì)于逐樣本(sample-by-sample) 處理的系統(tǒng) 如果 sample process我們就稱這個(gè)系統(tǒng)滿足實(shí)時(shí)性的要求。比如，濾波器，采樣頻率1kHz, 運(yùn)算在1ms內(nèi)完成宏觀上的及時(shí)，比如奧運(yùn)的轉(zhuǎn)播DSP系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)（1）1.精度高模擬網(wǎng)絡(luò)元件（R、L、C等）模擬網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)數(shù)字系統(tǒng)DSP、D/A精度10-3精度10-3很難17位字長DSP系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)（2）2.可靠性強(qiáng)信號(hào)放大器A信號(hào)放大器B計(jì)算機(jī)A計(jì)算機(jī)BA、B結(jié)果可能不同A、B結(jié)果果相同只要誤差不超過0、1判決電平DSP系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)（3）3.集成度高DSP系統(tǒng)表面貼裝ASIC芯片DSPCPLDFPGA開發(fā)壓縮體積

8、降低成本DSP系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)（4）4.接口方便以現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)或設(shè)備都是兼容的，系統(tǒng)接口方便。5.靈活性好DSP系統(tǒng)DSPCPLDFPGA可編程可編程可編程改變軟件不同的功能硬件更簡單DSP系統(tǒng)開發(fā)周期大大縮短DSP系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)（5）6.保密性好DSP系統(tǒng)DSPCPLDFPGA保密性好隱蔽內(nèi)部總線地址變化做成ASIC保密性能幾乎無懈可擊DSP系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)（6）7.時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)n信道1信道2信道n信號(hào)的采樣頻率與DSP系統(tǒng)的運(yùn)算速度相比較低的場(chǎng)合。實(shí)時(shí)性要求不高的場(chǎng)合。 應(yīng)用場(chǎng)合系統(tǒng)2系統(tǒng)1DSP系統(tǒng)DSP系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)（7）案例:濾波。濾波就是對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，以改善其特性?？梢杂袃煞N方式：微處理

9、器，模擬器件。比較優(yōu)越性：模擬濾波器（或者更一般地說，模擬電路）的性能要取決于溫度等環(huán)境因素。而數(shù)字濾波器則基本上不受環(huán)境的響。 數(shù)字濾波易于在非常小的寬容度內(nèi)進(jìn)行復(fù)制，因?yàn)槠湫阅懿⒉蝗Q于性能已偏離正常值的器件的組合。 一個(gè)模擬濾波器一旦制造出來，其特性（例如通帶頻率范圍）是不容易改變的。使用微處理器來實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波器，就可以通過對(duì)其重新編程來改變?yōu)V波的特性。信號(hào)處理方式的比較 比較因素 模擬方式 數(shù)字方式靈活性 修改硬件設(shè)計(jì)，或調(diào)整硬件參數(shù)改變軟件精度元器件精度設(shè)置A/D的位數(shù)和計(jì)算機(jī)字長算法可靠性和可重復(fù)性受環(huán)境溫度、濕度、噪聲、電磁場(chǎng)等的干擾和影響大不受這些因素的影響集成度盡管已有一些模

10、擬集成電路，但品種較少、集成度不高、價(jià)格較高DSP器件體積小、功能強(qiáng)、功耗小、一致性好、使用方便、性能/價(jià)格比高實(shí)時(shí)性除開電路引入的延時(shí)外，處理是實(shí)時(shí)的由計(jì)算機(jī)的處理速度決定高頻信號(hào)的處理可以處理包括微波毫米波乃至光波信號(hào)按照奈準(zhǔn)則的要求，受S/H、A/D和處理速度的限制數(shù)字信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)方法（1）軟件實(shí)現(xiàn)硬件實(shí)現(xiàn)軟硬件結(jié)合實(shí)現(xiàn)法數(shù)字信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)方法（2）1. 軟件實(shí)現(xiàn)按照原理和算法，編寫程序或利用現(xiàn)有的程序在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)。Mathworks公司的MATLAB軟件可以說是這方面成功的范例。這種實(shí)現(xiàn)方法速度較慢，但經(jīng)濟(jì)（可重復(fù)使用，一機(jī)多用），故多用于教學(xué)和科研。2. 硬件實(shí)現(xiàn)是針對(duì)特定的應(yīng)用

11、目標(biāo)，經(jīng)優(yōu)化，設(shè)計(jì)一專用的軟硬件系統(tǒng)。其優(yōu)點(diǎn)是容易做到實(shí)時(shí)處理，缺點(diǎn)是設(shè)備只能專用。分立元件：用乘法器、加法器、延時(shí)器、控制器、存儲(chǔ)器以及輸入、輸出接口部件實(shí)現(xiàn)；專用器件：例如FFT專用芯片，F(xiàn)IR濾波、卷積等專用芯片，它的軟件算法在芯片內(nèi)部用硬件實(shí)現(xiàn)，只要輸入數(shù)據(jù)，輸出端即可得結(jié)果數(shù)字信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)方法（3）3. 軟硬件結(jié)合實(shí)現(xiàn)法用單片機(jī)（如MCS-51、96系列等）實(shí)現(xiàn)缺點(diǎn)：只用于簡單數(shù)字信號(hào)處理 。用通用的可編程DSP芯片實(shí)現(xiàn)這些器件一般都照顧到數(shù)字信號(hào)處理的特點(diǎn)，內(nèi)部帶有乘法器、累加器，采用流水線工作方式以及并行結(jié)構(gòu)，程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開，多總線，速度快，并配有適合數(shù)字信號(hào)處理的特殊指

12、令； 非常適合于通用數(shù)字信號(hào)處理的開發(fā)。用FPGA等產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理算法 缺點(diǎn)：開發(fā)費(fèi)用相對(duì)較高。DSP的應(yīng)用（1）移動(dòng)通信系統(tǒng)DSP的應(yīng)用（2）DSP的應(yīng)用（3）DSP的應(yīng)用（4）手機(jī)已不僅僅是一個(gè)通話的工具DSP的應(yīng)用（5）VOIPHFC（Hybrid Fiber-Coax）ADSL（Asymmetric Digital Subscriber Line)理想的軟件無線電DSPADC音頻,數(shù)字視頻中頻采樣軟件無線電BPF本振BPFADCDSP音頻,數(shù)字視頻LNA數(shù)字照相機(jī)數(shù)字相機(jī)框圖DB DIGITAL AC-3汽車多媒體系統(tǒng) 高清晰度電視（HDTV）等離子體電視機(jī)家庭影院機(jī)頂盒（SET-TOP-BOX）STB（Set-Top - Box）-機(jī)頂盒 飛機(jī)駕駛模擬器CDMA Measurements with HP89400Vector Signal Analyzers全球定位系統(tǒng)（GPS）雷達(dá)/聲納巡航導(dǎo)彈F117發(fā)射激光制導(dǎo)靈巧炸彈美國海軍EP-3電子偵察機(jī)2001年4月9日，美國間諜衛(wèi)星拍攝的陵水機(jī)場(chǎng)的照片圖像識(shí)別圖像鑒別還可以舉出很多例子醫(yī)院用的B超、CT、核磁共振衛(wèi)星遙感遙測(cè)天氣預(yù)報(bào)、地震預(yù)報(bào)、地震探礦風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)字化士兵、數(shù)字化戰(zhàn)爭(zhēng).DSP的應(yīng)用領(lǐng)域取決于設(shè)計(jì)者的