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文檔簡介
《數(shù)字信號處理》DigitalSignalProcessing
教師:張水鋒電話mail:1565458403@7/23/20241目錄緒論離散時間信號與系統(tǒng)離散時間與系統(tǒng)的變換域分析離散傅立葉變換及其快速算法數(shù)字濾波器的結構IIR數(shù)字濾波器的設計FIR數(shù)字濾波器的設計數(shù)字信號處理中的有限字長效應MATLAB及其在信號處理中的應用7/23/20242緒論重點:數(shù)字信號處理過程數(shù)字信號處理的實現(xiàn)方法難點:數(shù)字信號處理的實現(xiàn)方法7/23/20243內(nèi)容一.引言二.信號的分類三.數(shù)字信號處理研究的內(nèi)容四.數(shù)字信號處理學科研究的范圍及發(fā)展狀況五.數(shù)字信號處理系統(tǒng)的典型框圖六. 數(shù)字信號處理的優(yōu)點七.本課程的主要學習內(nèi)容與學習方法八.參考書籍九.數(shù)字信號處理的應用7/23/20244一、引言數(shù)字信號處理(DigitalSignalProcessing,簡稱DSP)DSP技術-
DigitalSignalProcessor理論-->應用7/23/202451、基本概念數(shù)字信號處理用數(shù)字的方式對數(shù)字形式的信號進行處理數(shù)字信號數(shù)字方式DSP狹義:DSP處理器廣義:數(shù)字信號處理技術7/23/202462、本課程性質(zhì)電子信息類專業(yè)大學本科的必修課程電子信息專業(yè)核心課程DSP(理論、實現(xiàn)與應用)單片機|嵌入系統(tǒng)FPAG|CPLD:
ASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuit)7/23/20247數(shù)字信號處理的要求,DSP芯片一般具有如下主要特點:
(1)在一個指令周期內(nèi)可完成一次乘法和一次加法;
(2)程序和數(shù)據(jù)空間分開,可以同時訪問指令和數(shù)據(jù);
(3)片內(nèi)具有快速RAM,通常可通過獨立的數(shù)據(jù)總線在兩塊中同時訪問;
(4)具有低開銷或無開銷循環(huán)及跳轉(zhuǎn)的硬件支持;
(5)快速的中斷處理和硬件I/O支持;
(6)具有在單周期內(nèi)操作的多個硬件地址產(chǎn)生器;
(7)可以并行執(zhí)行多個操作;
(8)支持流水線操作,使取指、譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊執(zhí)行。
當然,與通用微處理器相比,DSP芯片的其他通用功能相對較弱些。7/23/20248單片機又稱單片微控制器,它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。概括的講:一塊芯片就成了一臺計算機。它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學習、應用和開發(fā)提供了便利條件。
特點:具有位處理、控制功能強7/23/20249與單片機相比,DSP器件具有較高的集成度。DSP具有更快的CPU,更大容量的存儲器,內(nèi)置有波特率發(fā)生器和FIFO緩沖器。提供高速、同步串口和標準異步串口。有的片內(nèi)集成了A/D和采樣/保持電路,可提供PWM輸出。DSP器件采用改進的哈佛結構,具有獨立的程序和數(shù)據(jù)空間,允許同時存取程序和數(shù)據(jù)。內(nèi)置高速的硬件乘法器,增強的多級流水線,使DSP器件具有高速的數(shù)據(jù)運算能力。DSP器件比16位單片機單指令執(zhí)行時間快8~10倍,完成一次乘加運算快16~30倍。DSP器件還提供了高度專業(yè)化的指令集,提高了FFT快速傅里葉變換和濾波器的運算速度。7/23/202410目前國內(nèi)推廣應用最為廣泛的DSP器件是美國德州儀器(TI)公司生產(chǎn)的TMS320系列單片機:MCS51、ARV(atmel公司)、Motorola(Freescale飛思卡爾)、PIC單片機、Philips
、MSP430、凌陽單片機、PSD單片機(WSI公司)、Winbond嵌入系統(tǒng):ARM、Freescale(飛思卡爾):ColdFire
、MPC、PowerPCPC104WinCE
、VxWorks
、pSOS、QNX、Nucleus、嵌入式Linux(μClinux
、RTLiinux)、μC/OS-II、eCos
7/23/202411CPLD/FPGA
ALTERA、Xilinx、Lattice、Actel、Cypress
、Quicklogic
、ATMEL
、WSI
其中ALTERA和XILINX占有了60%以上的市場份額。
7/23/202412二、信號的分類1、物理分類:7/23/2024132、數(shù)學分類:確定信號與隨機信號線性與非線性信號7/23/202414三、《數(shù)字信號處理》研究的內(nèi)容與實現(xiàn)方法
1.研究內(nèi)容用數(shù)學的方法和數(shù)字系統(tǒng)對信號進行處理,包括兩個方面:①信號處理的數(shù)學模型一各種算法,誤差分析;②算法的實現(xiàn)。7/23/2024152、數(shù)字信號處理的實現(xiàn)方法(1)采用大、中小型計算機和微機(如PC機),用軟件實現(xiàn);(2)在通用計算機系統(tǒng)中加上專用的加速處理機實現(xiàn);(3)用單片機
(4)利用通用DSP芯片,如:TI(美國德州)TMS32C00。(5)用專用的DSP芯片實現(xiàn)。(6)用可編程器件CPLD/FPGA7/23/202416四.數(shù)字信號處理學科研究的范圍及發(fā)展狀況研究范圍①離散時間線性時不變系統(tǒng)理論〔包括時域頻域及各種變換〕②頻譜分析(包括有限字長效應):FFT譜分析方法及統(tǒng)計分析方法③數(shù)字濾波器設計及濾波過程的實現(xiàn)(包括有限字長效應)④時頻-信號分析⑤多維信號處理[壓縮與編碼及其在多媒體中的應用]⑥非線性信號處理⑦隨機信號處理⑧模式識別人工神經(jīng)網(wǎng)絡⑨信號處理單片機(DSP)及各種專用芯片(ASIC),信號處理系統(tǒng)實現(xiàn)7/23/202417發(fā)展歷史:1.理論基礎(經(jīng)典數(shù)值計算or計算數(shù)學):2.DSP獨立學科的形成3.FFT對DSP迅速發(fā)展起了極大的推動作用:4.數(shù)字濾波器(DigitalFilter)設計方法的研究是DSP迅速發(fā)展的另一個標志;有限沖擊響應(FIR-FiniteImpulseResponse);無限沖擊響應(IIR-InfiniteImpulseResponse);5.計算機技術和專用DSP芯片的快速發(fā)展反過來促進了DSP理論研究的迅速發(fā)展。通用微處理器結構:馮.諾依曼結構;DSP芯片:哈佛結構(指令并發(fā)和流水線技術);代表產(chǎn)品:TI公司的TMS320CXXX系列產(chǎn)品。7/23/202418五.數(shù)字信號處理系統(tǒng)的典型框圖
7/23/202419數(shù)字信號處理過程預處理A/D數(shù)字信號處理器D/ALPF7/23/202420六、數(shù)字信號處理的優(yōu)點1.精度高;2.可控性好,靈活性好;3.穩(wěn)定性好,可靠性高;4.容易大規(guī)模集成;5.容易時分復用;6.可重復性好,容易獲得高性能指標;7.可進行二維和多維處理。7/23/202421七、本課程的主要學習內(nèi)容與學習方法
基本內(nèi)容:1、離散時間信號與系統(tǒng)的時域分析方法;2、變換域分析方法,包括Z變換,頻域分析;3、離散傅立葉變換與快速算法及其應用;4、數(shù)字濾波器的實現(xiàn)方法及其結構;5、IIR與FIR濾波器的設計方法;6、數(shù)字信號處理中的有限字長效應;7/23/202422學習方法在以弄清基本概念、理論的基礎上,配合適當練習,并結合上機實驗理解理論知識。實驗:
DSP軟件平臺:MATLAB6.1、MATLAB6.5、MATLAB7.0、MATLAB7.1本課程的前修課程1.高等數(shù)學;2.復變函數(shù);3.信號與系統(tǒng);4.微機原理(計算機基礎、程序設計等)。后續(xù)課程數(shù)字圖像處理模式識別7/23/202423八、參考書籍1.《數(shù)字信號處理》程佩青,清華大學出版社2.《數(shù)字信號處理》(第二版),丁玉美,高西全編著,西安電子科技大學出版社;3.《數(shù)字信號處理---理論、算法與實現(xiàn)》,胡廣書,清華大學出版社。4.《數(shù)字信號處理》,王世一,北京理工大學出版社;
5.《基于Matlab的系統(tǒng)分析與設計--信號處理》,樓順天,李博菡編著,西安電子科大出版社。6.《DigitalSignalProcessing》A.V.Oppenheim&R.W.Schaffer;Prentice-Hall,INC.1975。中譯本:《數(shù)字信號處理》,A.V.奧本海姆,R.W.謝弗著;董士嘉,楊耀增譯,科學出版社,1980。7/23/202424九、數(shù)字信號處理的應用
通信計算機網(wǎng)絡雷達自動控制地球物理聲學天文生物醫(yī)學消費電子產(chǎn)品7/23/2024251、通信手機
7/23/2024267/23/2024272、數(shù)字無線電
7/23/2024283、雷達7/23/2024294、生物指紋系統(tǒng)
7/23/2024305、DSP在圖像擴頻通信系統(tǒng)中的應用框圖7/23/2024316、數(shù)字語音
7/23/2024327、汽車多媒體7/23/20243
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