DSP绪论
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DSP原理及应用-绪论
注 意
1982年问世的第一个定点DSP芯片是TMS320C10 同一代TMS320系列DSP产品的CPU结构是相同的， 但片内存储器及外设电路的配置不一定相同
15
TI的三大主力芯片
TMS320C2000系列 用于数字控制系统 TMS320C5000系列 用于低功耗、便携的无线通信终端产品 TMS320C6000系列
2
要求：
不迟到、不早退、更不能无故旷课 按时完成作业，决不容许抄袭现象
课堂上积极回答问题，积极参与讨论
3Leabharlann 第1章 绪论1.1 数字信号处理概述
4
数字信号处理：滤波、参数提取、频谱分析、压缩等
Digital Signal Processing 广义理解 DSP Digital Signal Processor 狭义理解
美国Inmos公司的：IMSA100卷积/相关器
14
TMS320 DSP芯片（通用型）
定点型
TMS320C1x、 TMS320C2x、 TMS320C2xx、 TMS320C5x、 、 TMS320C54x、 TMS320C62x
浮点型
TMS320C3x、 TMS320C4x、 TMS320C67x
外部可扩展的程序和数据空间，总线接口，I/O接口等。
不同的DSP芯片所提供的硬件资源是不相同的，应根据系统的 实际需要，考虑芯片的硬件资源。
27
4．DSP芯片的运算精度
运算精度取决于DSP芯片的字长。定点DSP芯片的字长通常
为16位和24位。浮点DSP芯片的字长一般为32位。
5．DSP芯片的开发工具 快捷、方便的开发工具和完善的软件支持是开发大型、复杂 DSP应用系统的必备条件。
1982年问世的第一个定点DSP芯片是TMS320C10 同一代TMS320系列DSP产品的CPU结构是相同的， 但片内存储器及外设电路的配置不一定相同
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TI的三大主力芯片
TMS320C2000系列 用于数字控制系统 TMS320C5000系列 用于低功耗、便携的无线通信终端产品 TMS320C6000系列
2
要求：
不迟到、不早退、更不能无故旷课 按时完成作业，决不容许抄袭现象
课堂上积极回答问题，积极参与讨论
3Leabharlann 第1章 绪论1.1 数字信号处理概述
4
数字信号处理：滤波、参数提取、频谱分析、压缩等
Digital Signal Processing 广义理解 DSP Digital Signal Processor 狭义理解
美国Inmos公司的：IMSA100卷积/相关器
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TMS320 DSP芯片（通用型）
定点型
TMS320C1x、 TMS320C2x、 TMS320C2xx、 TMS320C5x、 、 TMS320C54x、 TMS320C62x
浮点型
TMS320C3x、 TMS320C4x、 TMS320C67x
外部可扩展的程序和数据空间，总线接口，I/O接口等。
不同的DSP芯片所提供的硬件资源是不相同的，应根据系统的 实际需要，考虑芯片的硬件资源。
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4．DSP芯片的运算精度
运算精度取决于DSP芯片的字长。定点DSP芯片的字长通常
为16位和24位。浮点DSP芯片的字长一般为32位。
5．DSP芯片的开发工具 快捷、方便的开发工具和完善的软件支持是开发大型、复杂 DSP应用系统的必备条件。
DSP(数字信号处理器)原理及应用绪论
4.生活
…
2
主要内容
第01章 绪论 第02章 CCS软件应用基础 第03章 C/C++程序编写基础 第04章 TMS320X28xx系列DSP综述 第05章 双供电DSP电源设计 第06章 TMS320F2812的时钟及看门狗 第07章 可编程数字量通用I/0 第08章 中断系统及其应用 第09章 事件管理器及其应用 第10章 SPI接口及其应用 第11章 eCAN总线及其应用 第12章 SCI接口应用 第13章 A/D转换单元 第14章 存储器应用及Boot引导模式 第15章 交、直流电机的DSP控制 第16章 电力电子系统的DSP控制 第17章 DSP与Matlab联合应用 第18章 DSP2812指令系统
架构方式： 单片机＋逻辑电路 单片机＋CPLD DSP＋CPLD 单片机＋DSP＋CPLD FPGA＋DSP ASIC SOIC
15
基础知识：µ C--总线结构 P/µ
2种基本的总线结构: Von Neumann- 冯.诺依曼 Harvard – 哈弗 Von Neumann: 数据、代码共享内存空间 数据、代码共享内存总线 Example: Intel‘s x86 Pentium Processor family Harvard: 数据、代码独立存储空间 数据、代码独立存储总线 Example: TMS320F系列DSP
22
流水线
流水线深度从2~6级不等
多个指令重叠进行，理想情况下，K 段流水能
在 K+N-1个周期内，处理 N 条指令
23
多级流水线
24
专用的硬件乘法器
在通用的微处理器中，乘法指令是由一
第1章DSP绪论资料
数字信号处理包括两个方面的内容: 1．算法的研究 2．数字信号处理的实现
2020年11月10日
DSP原理及应用
4
第1章 DSP绪论
数字信号处理的实现方法
① 在通用计算机上用软件（如C语言）实现 ② 在通用计算机系统中加上专用的加速处理器实现 ③ 用通用的单片机实现 ④ 用①③⑤通在用通单专用用片用的计机的可算实D编S机现P程芯（，D片用PCS实于机P现不芯），太上片可复用实用杂软现在的件要数（求字如信信F号o号rt处处ra理理n、速。C度不语极适 言合快⑤）于的实以特用现乘殊专，法场用但合-累的速，加D度如运S慢专算P，用芯为不于主片适F的实F合T密现、实集数时型字数D滤字SP波信算、号法卷处；积理、，相只关用算于法算的
2020年11月10日
DSP原理及应用
3
第1章 DSP绪论
DSP可以代表数字信号处理技术（Digital Signal Processing）,也可以代表数字信号处理器（Digital Signal Processor）。前者是理论和计算方法上的技术, 后者是指实现这些技术的通用或专用可编程微处理器 芯片。
2020年11月10日
DSP原理及应用
10
第1章 DSP绪论
1．采用哈佛结构 （2）哈佛（Harvard）结构
控制命令
地址线
程序总线
程序存储器
CPU
控制命令 地址线
数据总线
数据存储器
2020年11月10日
DSP原理及应用
11
第1章 DSP绪论
1．采用哈佛结构 （3）改进型的哈佛结构
改进型的哈佛结构是采用双存储空间和数条总线，即 一条程序总线和多条数据总线。其特点如下：
性领强域，中应处用于受主到导限地制位；
DSP技术与应用-第一章-绪论PPT课件
2021/6/7
8
1.1 DSP概述
▪ DSP与DSP技术 ▪ DSP技术发展的两个领域 ▪ 数字信号处理的实现方法 ▪ DSP系统的特点
2021/6/7
9
▪ 1. DSP与DSP技术
☉DSP(Digital Signal 理论和方法。
☉DSP(Digital Signal Processor) ----用于数字信号处理的可编程微处理器。
☉集成方便。因为DSP芯片内除DSP芯片还有一 定的外围电路。
2021/6/7
16
1.2 可编程DSP芯片
▪ DSP芯片的结构特点 ▪ DSP芯片的分类 ▪ DSP芯片的发展及趋势 ▪ DSP芯片的应用
2021/6/7
17
▪ 1. DSP芯片的结构特点
（1） 改进的哈佛结构
2021/6/7
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（2）多总线结构 多总线结构可以保证在一个机器周期内多次访问程
2021/6/7
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▪ 2. DSP技术发展的两个领域
☉理论：数字信号处理的理论和方法近二十年来得到迅 速的发展，为各种实时处理的应用提供了方法基础。 如：声音图像压缩编码，加密解密，调制解调，智能 天线。
☉应用：为了满足市场需求，随着微电子科学与技术的 进 步 ， DSP 的 性 能 在 迅 速 提 高 。 如 ： 时 钟 频 率 达 到 1.1GHZ；处理速度每秒90亿次，32位浮点运算，吞吐 率达到2Gbit/s
序空间和数据空间。
如：TMS320C54x内部有P、C、D、E 4条总线(每条 总线又包括地址总线和数据总线)，可以在一个机器周期 内从程序存储器取1条指令、从数据存储器读2个操作数 和向数据存储器写1个操作数，大大提高了DSP的运行速 度。
第1章DSP原理与开发实例绪论
第1章DSP原理与开发实例绪论第一章绪论§1.1DSP芯片§1.2DSP系统§1.3小结【重点难点】★DSP芯片的定义、分类及特点★DSP系统的构成及设计流程DSP芯片§1.1DSP芯片DSP：DigitalSignalProcessing(数字信号处理技术)DSP:DigitalSignalProcessor(数字信号处理器)DSP:DigitalSignalProcessor(数字信号处理器)§1.1.1DSP的含义第一阶段，DSP的雏形阶段（1980年前后）1、1978年AMI公司生产出第一片DSP芯片S2811；2、1 979年Intel公司发布了商用可编程DSP器件Intel2920；3、1980年NEC公司推出的μPD7720是第一片具有乘法器的商用DSP芯片4、单指令周期200～250ns，应用于军事或航空航天领域；5、代表性器件：Intel2920（Intel）、?PD7720（NEC）、TMS32010（TI）、DSP16（AT&T）、S2811（AMI）、ADSp-21（AD）等。
§1.1.2DSP的历史与发展DSP芯片第二阶段，DSP的成熟阶段（1990年前后）1、单指令周期为80～100ns，应用范围扩大到通信、计算机领域。
2、代表性器件:TI公司的TMS320C20、30、40、50系列，Motorola公司的DSP5600、9600系列，AT&T公司的DSP32等。
DSP芯片1、单指令周期10ns左右2、可在Windows环境下直接用C语言编程3、DSP芯片逐渐渗透到人们日常消费领域第三阶段，DSP的完善阶段（2000年以后）表1-1DSP芯片性能、规模、工艺、价格变化表0.155.0015.00150.00价格/美元0.020.10.83工艺/μm50M5M500K50K规模/门1M32K2K256RAM/字节500005000405速度/MIPS2010200019901980年代DSP芯片TI公司常用的定点DSP芯片:TMS320C2000系列：TMS320C2xx、TMS320C24x、TMS320C28x等；TMS320C5000系列：TMS320C54x、TMS320C55x、OMAP等；TMS320C6000系列：TMS320C64x等；浮点芯片:TMS320C3x系列，其典型芯片是TMS320VC33。
第01章DSP绪论讲述
2019年1月6日
DSP技术及应用
12
第1章 DSP绪论
1.1.1 DSP芯片的发展概况
第三阶段，DSP的完善阶段（2000年以后）。 这一时期各DSP制造商不仅使信号处理能力更加完善,而 且使系统开发更加方便、功耗进一步降低、成本不断下降。尤 其是各种通用外设集成到片上,大大地提高了数字信号处理能力 。这一时期的DSP运算速度可达到单指令周期10ns左右，可在 Windows环境下直接用C语言编程,使用方便灵活，使DSP芯片 不仅在通信、计算机领域得到了广泛的应用，而且逐渐渗透到 人们日常消费领域。 硬件方面发展方向：多处理器的并行处理结构、便于外部 数据交换的串行总线传输、大容量片上RAM和ROM、程序加 密、增加I/O驱动能力、外围电路内装化、低功耗等。 软件方面：主要是综合开发平台的完善，使DSP的应用开 发更加灵活方便。
2019年1月6日 DSP技术及应用 11
第1章 DSP绪论
1.1.1 DSP芯片的发展概况
第二阶段，DSP的成熟阶段（1990年前后）。 这个时期的DSP器件在硬件结构上更适合数字信号处理的 要求，能进行硬件乘法、硬件FFT变换和单指令滤波处理，其 单指令周期为80~100ns。 20世纪80年代后期，以TI公司的TMS320C30为代表的第 三代DSP芯片问世，伴随着运算速度的进一步提高，其应用范 围逐步扩大到通信、计算机领域。 这个时期的器件主要有:TI公司的TMS320C20、30、40、 50系列，Motorola公司的DSP5600、9600系列，AT&T公司的 DSP32等。
DSP技术及应用
冯晓虹 Email：nj_fengxh@
课程简介
课程性质：限选 课时安排：40+8学时 成绩评定：平时＋实验＋期末 教材：
DSP1-绪论
幅值上量化 时间上离散
2017/3/1 Wednesday
4
二、信号的处理方式
信号是信息的载体，信息反映系统状态或特征。 信号处理目的：从信号中提取有用信息，并进 行传输及存储等预期的变换。
信号处理任务：信号频谱分析（以便获得信号 的特征）和滤波器（或控制器）设计。
二、信号的处理方式（续1）
2017/3/1 Wednesday 10
一、采用哈佛总线结构
1、冯·诺依曼总线结构
存储器 指令 & 数据 AB CPU PB&DB
•指令与数据存储在同一存储器； •指令与数据传输用同一总线。
指令与数据分时操作。
2、哈佛总线结构
程序存储器 PAB 指令 PB CPU DB DAB 数据 数据存储器
3.精
度
高 差
不好 很好
4.实时性
2017/3/1 Wednesday
7
(二)、DSP芯片的结构特点
引子‥‥‥
一、采用哈佛总线结构 二、采用流水线技术
三、增加硬件功能单元
2017/3/1 Wednesday 8
引子‥‥‥
控制要求：采样周期Ts必须足够小！
处理时间 等待时间
nTs
采样周期Ts
(n+1)Ts
1、模拟处理方式
W1 R2 + R1 A1 R5 R7 + A3 C + A2 R6 R8
-
PI
y (t )
x(t )
W2
R3 R4
-
控制器
-
y (t ) K P x(t ) K I x(t )dt
2、数字处理方式
x(t )
前置 滤波器 S&H A/D
数字信号处理dsp绪论a
其中，m表示数的2补码的整数部分，n表示数的2补码
的小数部分，1位符号位，数的总字长为m+n+l位。表 示数的整数范围为-2m～2m -1，小数的最小分辨率为
2- n。表1-2给出了16种Q表示法及其所表示的十进制数
范围。
第1章
绪论
表1-2 Q表示法及其表示的十进制数范围
Q16.-1(-65536~65535或仍是(-32768~32767)单位2V)， Q17.-2(4V)……， Q-1.16(1/65536V)，Q-2.17 ……
第1章
绪论
DSP 与 单 片 机 相 比 速 度 要 快 得 多 。 如 果 以 TMS320C54x系列和51系列单片机相比：
上例DSP芯片可以单周期完成16位乘加并行操作及
数据存取操作，用时10ns(100MHz主频)。 51单片机是8位机， 16位乘要分成两部分交叉相乘， 然后相加，累加和移位要分成4部分。只有一个累加器 A承担所有运算，数据传送多。约需100条指令，以每 条指令用时0.2 μ S算，共用时20 μ S，比DSP慢2000倍。 实际差别没有这么大，此例用DSP长项比MCU短项。
OMAP59xx。
第1章
绪论
3. DSP的结构特点 DSP芯片与单片机的主要区别在于数值处理和高速控制。
DSP从结构上进行优化，使其更适合于数字信号处理中
大量的运算特点，从而高速实现IIR、FIR和FFT等数字信号 处理。针对实时数字信号处理，在处理器结构、指令系统
和数据流程上做了大的改动。其特点如下：
第1章
绪论
数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)可 看成是功能更强大的单片机，特别是运算能力突出。 是现代电子技术、大规模集成电路、计算机技术和数 字信号处理技术相结合的产物，特别适合于数字信号
dsp课程设计报告绪论
dsp课程设计报告绪论一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握数字信号处理的基本理论、方法和应用，培养学生运用数字信号处理技术解决实际问题的能力。
具体分为以下三个层面：1.知识目标：学生需要掌握数字信号处理的基本概念、理论体系和常用算法，包括离散时间信号处理、离散傅里叶变换、快速傅里叶变换、数字滤波器设计等。
2.技能目标：学生能够运用数字信号处理理论分析和解决实际问题，具备使用相关软件工具进行数字信号处理的能力，如MATLAB、Python等。
3.情感态度价值观目标：培养学生对数字信号处理学科的兴趣和热情，激发学生创新意识和团队合作精神，使学生在面对复杂问题时，能够运用所学知识为社会发展做出贡献。
二、教学内容根据教学目标，本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.数字信号处理基本概念：离散时间信号、离散时间系统、Z域变换等。
2.离散傅里叶变换：DFT的基本性质、计算方法、频谱分析等。
3.快速傅里叶变换：FFT的原理、计算方法、应用实例等。
4.数字滤波器设计：滤波器的基本类型、设计方法、频率响应分析等。
5.数字信号处理应用：噪声抑制、信号恢复、图像处理等。
三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法相结合的方式进行教学：1.讲授法：教师通过讲解、演示和案例分析，引导学生掌握数字信号处理的基本理论和方法。
2.讨论法：学生针对实际问题进行讨论，培养学生的思考能力和团队协作精神。
3.案例分析法：通过分析具体案例，使学生更好地理解数字信号处理技术的应用。
4.实验法：安排实验课程，让学生动手实践，提高实际操作能力。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的教材，为学生提供系统、全面的学习资料。
2.参考书：推荐学生阅读相关参考书籍，丰富学生的知识体系。
3.多媒体资料：制作课件、教学视频等多媒体资料，提高课堂教学效果。
4.实验设备：配置相应的实验设备，确保学生能够进行实际操作。
第1章 dsp发展概述
1.1 DSP系统及DSPs芯片的特点
1.1.3 DSPs芯片的基本特点 为了快速地实现DSP运算，DSPs芯片一般都采 用特殊的软硬件结构。下面以TMS320系列 为 例介绍DSPs芯片的基本特点。 （1）哈佛总线结构 （2）流水线 （3）专用的硬件乘法器 （4）特殊的DSP指令 （5）快速的指令周期
1.1 DSP系统及DSPs芯片的特点
1.1.2 DSP系统的构成及特点 1. DSP系统的构成
输入
输入信号 处理 A/D DSP
输出信号 处理 D/A 通讯及 人机接口
输出
存储器
1.1 DSP系统及DSPs芯片的特点
2.特点 优点：（1）大规模集成性、 稳定性好 （2） 精度高 （3）可编程性 （4）高速性能 （5）可嵌入性 （6） 接口和集成方便 缺点：（1）成本较高 （2）软件代价较大
2. 流水线操作 TMS320系列DSPs的流水线深度从2~8级不 等。 第一代TMS320系列DSPs采用2级流水线 第二代TMS320系列DSPs采用3级流水线 第三代TMS320系列DSPs采用4级流水线 TMS320F2812采用8级流水线
结论：对于程序块来说，平均每条指令只需要1个时 钟周期
1.2 DSPs芯片的类别和使用选择
2. DSPs芯片的Байду номын сангаас格 DSPs芯片的价格也是选择DSPs芯片所需要考虑 的一个重要因素。 量大价格便宜，厂家主推的产品，价格便宜。 商业级 ：一般应用，适用于实验室等环境 较好场合； 工业级 ：可靠性好，适用于工业现场等环 境恶劣场合； 军品 ：可靠性高，适用于各种恶劣场合； 宇航级 ：可靠性很高，适用于特殊场合；
第1章DSP绪论
以微电子技术为基础，研究完成数字信号处理算法的专用、 通用处理器结构、提高第1处章D理SP绪器论速度的技术方法、数字信号 处理系统设计与实现方法等。
数字信ຫໍສະໝຸດ 号处理技
术 的
数学
组 成
数字信号处理
算法
第1章DSP绪论
处理器速度的提高得益于：
①器件水平 ②处理器结构 ③并行技术
微电子技术的发展
IC芯片的发展基本上遵循了Intel 公司创始人之一的 Gordon E. Moore 1965年预言的摩尔定律。该定律说： 芯片上可容纳的晶体管数目每18个月便可增加一倍，即 芯片集成度18个月翻一番
意义
在21世纪，数字信号处理是影响科学和工程最强大的技术 之一 它是科学工作者和工程师必须掌握的一门技巧
信号处理：
作用：信号改善；信号检测、估计 方法：信号波形分析；现代谱分析；自适应滤波等等
数字信号处理算法
以数学为基础和工具，研究数字信号处理的数值计算实现
方法，包括算法结构、数值特性。
数字信号处理硬件技术
微电子技术是数字信号处理应用的基础，其技术的 发展为数字信号处理技术水平的提高和应用的深入 提供了不竭的动力。
第1章DSP绪论
第1章DSP绪论
微电子技术的发展
系统集成芯片（System On Chip，SOC）技术
微处理器和微控制器核心； 数字信号处理（DSP） 数字逻辑（包含知识产权核心和定制逻辑）； 精度模拟电路，数字I/O，混合电路； 相关的存储器（如SRAM 或Flash块）； 原型动力（可编程核心）。
第1章DSP绪论
实时系统的概念
实时概念的重新定义：
A real-time system includes embedded system that control things like aircraft, nuclear reactor, chemical power plants, jet engines, and other objects where Something Very Bad will happen if the computer does not deliver its output in time.
数字信ຫໍສະໝຸດ 号处理技
术 的
数学
组 成
数字信号处理
算法
第1章DSP绪论
处理器速度的提高得益于：
①器件水平 ②处理器结构 ③并行技术
微电子技术的发展
IC芯片的发展基本上遵循了Intel 公司创始人之一的 Gordon E. Moore 1965年预言的摩尔定律。该定律说： 芯片上可容纳的晶体管数目每18个月便可增加一倍，即 芯片集成度18个月翻一番
意义
在21世纪，数字信号处理是影响科学和工程最强大的技术 之一 它是科学工作者和工程师必须掌握的一门技巧
信号处理：
作用：信号改善；信号检测、估计 方法：信号波形分析；现代谱分析；自适应滤波等等
数字信号处理算法
以数学为基础和工具，研究数字信号处理的数值计算实现
方法，包括算法结构、数值特性。
数字信号处理硬件技术
微电子技术是数字信号处理应用的基础，其技术的 发展为数字信号处理技术水平的提高和应用的深入 提供了不竭的动力。
第1章DSP绪论
第1章DSP绪论
微电子技术的发展
系统集成芯片（System On Chip，SOC）技术
微处理器和微控制器核心； 数字信号处理（DSP） 数字逻辑（包含知识产权核心和定制逻辑）； 精度模拟电路，数字I/O，混合电路； 相关的存储器（如SRAM 或Flash块）； 原型动力（可编程核心）。
第1章DSP绪论
实时系统的概念
实时概念的重新定义：
A real-time system includes embedded system that control things like aircraft, nuclear reactor, chemical power plants, jet engines, and other objects where Something Very Bad will happen if the computer does not deliver its output in time.
DSP绪论
在20世纪80年代出现了专门为数字信号处理设计的 20世纪80年代出现了专门为数字信号处理设计的 世纪80 电子器件，其中以DSP最引人注目。 DSP最引人注目 电子器件，其中以DSP最引人注目。伴随着微电子技术 的突飞猛进，DSP的更新步伐也越来越快 的更新步伐也越来越快， 的突飞猛进，DSP的更新步伐也越来越快，其应用扩展 军事、工业、通信等诸多领域 等诸多领域， 到军事、工业、通信等诸多领域，成为现代化技术的重 要组成部分。 要组成部分。
价格低， 价格低，具有较高的性能和适用控制领域的必要 功能，广泛应用于工业自动化、电机控制、 功能，广泛应用于工业自动化、电机控制、家用电器 和消费电子等领域
TMS320C2 0X C203 C204 C205 F206 F207 C209
某些应用希望提取信号的某些特征。 某些应用希望提取信号的某些特征。 提取信号的某些特征 某些应用希望对信号进行增强处理 某些应用希望对信号进行增强处理
如：语音压缩 如：通信的抗噪声
信号处理主要分为时域分析和频域分析两类。 信号处理主要分为时域分析和频域分析两类。 时域分析 两类
时域分析和频域分析之间的关系由傅立叶变换和 时域分析和频域分析之间的关系由傅立叶变换和 傅立叶变换 反变换联系起来 反变换联系起来
自1980年以来，DSP芯片的运算速度 、乘法器部件 1980年以来，DSP芯片的运算速度 年以来 芯片的 占模片区（ area）、片内RAM ）、片内RAM数量 占模片区（die area）、片内RAM数量 、制造工艺 、 引脚数量得到了突飞猛进的发展 DSP芯片的应用越来 得到了突飞猛进的发展， 引脚数量得到了突飞猛进的发展，DSP芯片的应用越来 越广泛
美国模拟器件公司（ Devices，简称AD AD） 美国模拟器件公司（Analog Devices，简称AD）在DSP 模拟器件公司 芯片市场上也占有一定的份额 其定点DSP芯片有ADSP2101/2103/2105 ASDP2111/2115、 DSP芯片有ADSP2101/2103/2105、 其定点DSP芯片有ADSP2101/2103/2105、ASDP2111/2115、 ADSP2161/2162/2164以及ADSP2171/2181， 以及ADSP2171/2181 ADSP2161/2162/2164以及ADSP2171/2181， 浮点DSP芯片有ADSP21000/21020 ADSP21060/21062等 DSP芯片有ADSP21000/21020、 浮点DSP芯片有ADSP21000/21020、ADSP21060/21062等 除了TI，AD公司、Motorola公司、LUCENT公司占据剩 除了TI，AD公司、Motorola公司、LUCENT公司占据剩 TI 公司 公司 余市场，现在世界上DSP 300多种 其中定点200 DSP有 多种， 200多种 余市场，现在世界上DSP有300多种，其中定点200多种
DSP绪论
数字信号处理
Digital Signal Processing
DSP(Digital Signal Processing)是近几十年发 展起来的一门新兴学科。
DSP是利用计算机或专用设备，以数 值计算的方法对信号进行采集、变换、综 合、估值、识别等加工处理，借以达到提取 信息和便于应用的目的的一门学科。
- 高灵活性：（参数存储器中） - 高精度 - 高稳定性 易大规模集成、时分复用、可获高性能指标等
DSP的应用
1) 信号处理——如数字滤波、自适应滤波、快速傅立 叶变换、相关运算、谱分析、卷积、模式匹——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、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；
DSP系统的基本组成
xa(t) 前置预 滤波器
A/D x(n) 数字 y(n) D/A
模拟 ya(t)
转换器
信号
转换器 滤波器
处理器
DSP系统的实现方法
-软件实现法:灵活（只要修改系统的参数就可改 变系统性能）、速度慢
- 硬件实现法:不灵活 - DSP芯片法
三、DSP的特点和应用
DSP的特点
(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/视等。
Digital Signal Processing
DSP(Digital Signal Processing)是近几十年发 展起来的一门新兴学科。
DSP是利用计算机或专用设备，以数 值计算的方法对信号进行采集、变换、综 合、估值、识别等加工处理，借以达到提取 信息和便于应用的目的的一门学科。
- 高灵活性：（参数存储器中） - 高精度 - 高稳定性 易大规模集成、时分复用、可获高性能指标等
DSP的应用
1) 信号处理——如数字滤波、自适应滤波、快速傅立 叶变换、相关运算、谱分析、卷积、模式匹——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、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；
DSP系统的基本组成
xa(t) 前置预 滤波器
A/D x(n) 数字 y(n) D/A
模拟 ya(t)
转换器
信号
转换器 滤波器
处理器
DSP系统的实现方法
-软件实现法:灵活（只要修改系统的参数就可改 变系统性能）、速度慢
- 硬件实现法:不灵活 - DSP芯片法
三、DSP的特点和应用
DSP的特点
(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/视等。
DSP绪论,第一章1.1～1.4
澡身浴德 修业及时
和
x ( n ) x1 ( n ) x 2 ( n )
同序列号n的序列值逐项对应相加
积
x ( n ) x1 ( n ) x 2 ( n )
同序列号n的序列值逐项对应相加
澡身浴德 修业及时
累加
y (n)
k
n
x(k )
澡身浴德 修业及时
差分
前向差分：
澡身浴德 修业及时
4、线性移不变系统的性质
交换律 分配率
x ( n ) * h1 ( n ) h 2 ( n ) x ( n ) h1 ( n ) x ( n ) h 2 ( n )
y (n) x(n) * h(n) h(n) * x(n)
结合率
[ x ( n ) * h1 ( n )] * h 2 ( n ) x ( n ) * [ h1 ( n ) * h 2 ( n )]
1）单位抽样序列
0, n 0 (n) 1, n 0
(n)
1
O
1
n
2）单位阶跃序列
u(n)
1 u (n) 0 n 0 n 0
1 O
1 1 23
n
澡身浴德 修业及时
3）矩形序列
1 RN (n) 0 0 n N 1 n 0, n N
节律：<4Hz 的成分；
（深睡）
节律：4Hz～8Hz 的成分； （浅睡）
节律：8Hz～13Hz 的成分； （清醒）
节律：>13Hz 的成分。 （受刺激或思考）
澡身浴德 修业及时
二维信号：
f ( x, y )
视频信号：
第1章 DSP绪论共44页文档
由于内部没有单周期的硬件乘法器，使芯片的运算速度、数据 处理能力和运算精度受到了很大的限制。运算速度大约为单指 令周期200~250ns，应用领域仅局限于军事或航空航天部门。
2020/5/24
DSP原理及应用
7
第1章 DSP绪论
1.2.1 DSP芯片的发展概况
第二阶段，DSP的成熟阶段（1990年前后）。
2020/5/24
DSP原理及应用
10
第1章 DSP绪论
1．采用哈佛结构 (1) 冯·诺伊曼（Von Neuman）结构
I/O口
串行接口
并行接口
CPU
2020/5/24
数据总线DB 地址总线AB
ROM
RAM
外部存储 器接口
图1.2.1 冯·诺伊曼结构
DSP原理及应用
11
第1章 DSP绪论
1．采用哈佛结构 （2）哈佛（Harvard）结构
2020/5/24
DSP原理及应用8第章 DSP绪论1.2.1 DSP芯片的发展概况
第三阶段，DSP的完善阶段（2000年以后）。
各DSP制造商不仅使信号处理能力更加完善,而且使系统开 发更加方便、程序编辑调试更加灵活、功耗进一步降低、成本 不断下降。尤其是各种通用外设集成到片上,大大地提高了数字 信号处理能力。这一时期的DSP运算速度可达到单指令周期 10ns左右，不仅在通信、计算机领域得到了广泛的应用，而且 逐渐渗透到人们日常消费领域。
2020/5/24
DSP原理及应用
9
第1章 DSP绪论
1.2.2 DSP芯片的特点
除了具备普通微处理器所强调的高速运算和控制能力外, 在处理器的结构、指令系统、指令流程上作了很大的改进,其 主要特点如下： 1．采用哈佛结构 (1) 冯·诺伊曼（Von Neuman）结构
2020/5/24
DSP原理及应用
7
第1章 DSP绪论
1.2.1 DSP芯片的发展概况
第二阶段，DSP的成熟阶段（1990年前后）。
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DSP原理及应用
10
第1章 DSP绪论
1．采用哈佛结构 (1) 冯·诺伊曼（Von Neuman）结构
I/O口
串行接口
并行接口
CPU
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数据总线DB 地址总线AB
ROM
RAM
外部存储 器接口
图1.2.1 冯·诺伊曼结构
DSP原理及应用
11
第1章 DSP绪论
1．采用哈佛结构 （2）哈佛（Harvard）结构
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DSP原理及应用8第章 DSP绪论1.2.1 DSP芯片的发展概况
第三阶段，DSP的完善阶段（2000年以后）。
各DSP制造商不仅使信号处理能力更加完善,而且使系统开 发更加方便、程序编辑调试更加灵活、功耗进一步降低、成本 不断下降。尤其是各种通用外设集成到片上,大大地提高了数字 信号处理能力。这一时期的DSP运算速度可达到单指令周期 10ns左右，不仅在通信、计算机领域得到了广泛的应用，而且 逐渐渗透到人们日常消费领域。
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DSP原理及应用
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第1章 DSP绪论
1.2.2 DSP芯片的特点
除了具备普通微处理器所强调的高速运算和控制能力外, 在处理器的结构、指令系统、指令流程上作了很大的改进,其 主要特点如下： 1．采用哈佛结构 (1) 冯·诺伊曼（Von Neuman）结构
DSP原理及应用第1章 绪论
片的种类
3．按用途分 ． 按照DSP芯片的用途来分，可分为通用型 芯片的用途来分， 按照 芯片的用途来分 可分为通用型DSP芯 芯 片和专用型的DSP芯片。通用型 芯片。 片和专用型的 芯片 通用型DSP芯片适合普 芯片适合普 通的DSP应用，如TI公司的一系列 应用， 公司的一系列DSP芯片。专 芯片。 通的 应用 公司的一系列 芯片 用型DSP芯片市为特定的 芯片市为特定的DSP运算而设计，更适 运算而设计， 用型 芯片市为特定的 运算而设计 合特殊的运算，如数字滤波，卷积和FFT等。 合特殊的运算，如数字滤波，卷积和 等
第1章 绪论 章
1.1 数字信号处理概述 1.2 数字信号处理器概述
1.1 数字信号处理概述
1.1.1 数字信号处理系统的构成 1.1.2 数字信号处理的实现 1.1.3 数字信号处理的特点
返回首页
1.1.1 数字信号处理系统的构成
图1-1 典型的数字信号处理系统
返回本节
1.1.2 数字信号处理的实现
（1）在通用的微机上用软件实现。 ）在通用的微机上用软件实现。 芯片来实现。 （2）利用特殊用途的 ）利用特殊用途的DSP芯片来实现。 芯片来实现 3）利用专门用于信号处理的通用DSP芯片来实 （3）利用专门用于信号处理的通用DSP芯片来实 现。 用户可编程器件来实现。 （4）用FPGA/CPLD用户可编程器件来实现。 ） 用户可编程器件来实现
返回本节
1.2.3 DSP芯片的主要特点 芯片的主要特点
1．哈佛结构 ． 2．多总线结构 ． 3． 3．指令系统的流水线操作 4．专用的硬件乘法器 ． 5．特殊的 指令(如 ．特殊的DSP指令 如100MIPS) 指令 6．快速的指令周期 ． 7．硬件配置强 ．
时钟 取指 译码 取操作数 执行 N N-1 N-2 N-3 N+1 N N-1 N-2 N+2 N+1 N N-1 N+3 N+2 N+1 N
3．按用途分 ． 按照DSP芯片的用途来分，可分为通用型 芯片的用途来分， 按照 芯片的用途来分 可分为通用型DSP芯 芯 片和专用型的DSP芯片。通用型 芯片。 片和专用型的 芯片 通用型DSP芯片适合普 芯片适合普 通的DSP应用，如TI公司的一系列 应用， 公司的一系列DSP芯片。专 芯片。 通的 应用 公司的一系列 芯片 用型DSP芯片市为特定的 芯片市为特定的DSP运算而设计，更适 运算而设计， 用型 芯片市为特定的 运算而设计 合特殊的运算，如数字滤波，卷积和FFT等。 合特殊的运算，如数字滤波，卷积和 等
第1章 绪论 章
1.1 数字信号处理概述 1.2 数字信号处理器概述
1.1 数字信号处理概述
1.1.1 数字信号处理系统的构成 1.1.2 数字信号处理的实现 1.1.3 数字信号处理的特点
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1.1.1 数字信号处理系统的构成
图1-1 典型的数字信号处理系统
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1.1.2 数字信号处理的实现
（1）在通用的微机上用软件实现。 ）在通用的微机上用软件实现。 芯片来实现。 （2）利用特殊用途的 ）利用特殊用途的DSP芯片来实现。 芯片来实现 3）利用专门用于信号处理的通用DSP芯片来实 （3）利用专门用于信号处理的通用DSP芯片来实 现。 用户可编程器件来实现。 （4）用FPGA/CPLD用户可编程器件来实现。 ） 用户可编程器件来实现
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1.2.3 DSP芯片的主要特点 芯片的主要特点
1．哈佛结构 ． 2．多总线结构 ． 3． 3．指令系统的流水线操作 4．专用的硬件乘法器 ． 5．特殊的 指令(如 ．特殊的DSP指令 如100MIPS) 指令 6．快速的指令周期 ． 7．硬件配置强 ．
时钟 取指 译码 取操作数 执行 N N-1 N-2 N-3 N+1 N N-1 N-2 N+2 N+1 N N-1 N+3 N+2 N+1 N
DSP第一章绪论
0110
0011
0011
0111 0110 1100 00101001 1001 0010
量化
0 x(n)
t n
2007版
n 25
厦门大学 通信工程系
(3)数字信号处理器(DSP)
按照预定要求，在处理器中将信号序列 x(n)进行加工处理得到输出信号y(n).
y(n) 输出
n
2007版
26
(4)D/A变换器
2007版
5
厦门大学 通信工程系
第一章 绪论
2007版
6
厦门大学 通信工程系
第一节
什么是数字信号处理
2007版
7
厦门大学 通信工程系
一、数字信号处理(DSP)
(Digital Signal Processing)
数字信号处理：是20世纪60年代，随着信息学科 和计算机学科的高速发展而迅速发展起来的一门 新兴学科。是把信号用数字或符号表示成序列， 通过计算机或通用（专用）信号处理设备，用数 字的数值计算方法处理，达到提取有用信息便于 应用的目的。
数字信号处理 Digital Signal Processing
教师：黄联芬 赵毅峰
Tel:2580142 2580107
Email:lfhuang@ zhaoyf@
教学助理：林捷
Tel: 13328762197
1
教科书
厦门大学 通信工程系
数字信号处理教程(第三版） 数字信号处理习题解答 程佩青 清华大学出版社
0.3~3GHz:Ultra high frequency(UHF)(UHF电视，蜂窝电话， 雷达，微波，个人通信)超高频
频率低20Hz范围，称为次声波，它不能被听到，当强度足够 大，能被感觉到。(处于VLF Very low frequency)甚低频
DSP_绪论
DSP芯片的主要应用领域
目前DSP的应用主要包括如下方面： （1）信号处理 如数字滤波、自 适应滤波、快速傅里叶变换、希尔 伯特变换、小波变换、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、传真、扩频通信、纠错 编码、可视电话、个人通信系统、移 动通信、个人数字助手（PDA）、X.25 分组交换开关等。 （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、 扬声器检验、文本转语音等。
为了满足数字信号处理的需要，在DSP的指令系统中，
设计了一些完成特殊功能的指令。 如：TMS320C54x中的FIRS和LMS指令，专门用于完 成系数对称的FIR滤波器和LMS算法。
6．快速的指令周期 由于采用哈佛结构、流水线操作、专用的硬件乘法器、 特殊的指令以及集成电路的优化设计，使指令周期可在20ns 以下。如：TMS320C54x的运算速度为100MIPS，即100百 万条/秒。 7．硬件配置强 新一代的DSP芯片具有较强的接口功能，除了具有串行 口、定时器、主机接口（HPI）、DMA控制器、软件可编程 等待状态发生器等片内外设外，还配有中断处理器、PLL、 片内存储器、测试接口等单元电路，可以方便地构成一个嵌 入式自封闭控制的处理系统。
A/D
DSP 芯片
D/A
输 低通 出 滤波 器
典型的DSP系统
DSP系统的特点
1. 精度高
模拟网络元件 （R、L、C等） 模拟网络系统 DSP、D/A
难
精度10-3
17位字长
精度10-3
数字系统
2.可靠性强
放大器A
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xa(t)前置预 滤波器
A/D x(n) 数字 y(n) D/A 信号 转换器 转换器 处理器
模拟 ya(t) 滤波器
DSP系统的实现方法
- 软件实现法 - 硬件实现法 - DSP芯片法
Hale Waihona Puke 三、DSP的特点和应用 DSP的特点
- 高灵活性 - 高精度 - 高稳定性 易大规模集成、时分复用、可获高性能指标等
DSP的应用
信号处理：数字滤波、自适应滤波、FFT、Hilbert变换、
相关运算、频谱分析、卷积、模式匹配、窗函数、波 形产生等。 语音处理：语音编码、语音合成、语音识别、语音增 强、语音邮件、语音储存等。 图像/图形：二维和三维图形处理、图像压缩与传输、 图像识别、动画、机器人视觉、多媒体、电子地图、 图像增强等。 军事：保密通信、雷达处理、声呐处理、导航、全球 定位、跳频电台、搜索和反搜索等。 仪器仪表：频谱分析、函数发生、数据采集、地震处 理等。 自动控制：控制、深空作业、自动驾驶、机器人控制、 磁盘控制等。 医疗：助听、超声设备、诊断工具、病人监护、心电 图等。 家用电器：数字音响、数字电视、可视电话、音乐合 成、音调控制、玩具与游戏等。
3、信号处理
信号处理是研究用系统对含有信息的信号进行
处理（变换）以获得人们所希望的信号，从而 达到提取信息，便于利用的一门学科。
信号处理的分类：
C xa(t) R ya(t)
- 模拟信号处理
- 数字信号处理
x(n)
y(n)
（实质：数值运算）
a
延时
二、DSP系统的基本组成 和实 现方法
DSP系统的基本组成
数字信号处理
郝润芳
绪 论
一、基本概念
1、信号 2、系统 3、信号处理
1、信号
信号：信息的物理表现形式
传递信息的函数
一维时间信号 信号的分类：
- 周期信号 / 非周期信号 - 确定信号 / 随机信号 - 能量信号 / 功率信号 - 连续时间信号 / 离散时间信号 / 数字信号
按自变量与函数值的取值形式不同分类： 时间 幅度
生物医学信号处理举例： CT机示例
CT：计算机X射线断层摄影装置。（其中发明头颅CT 英国EMI公司的豪斯菲尔德获诺贝尔奖。） CAT：计算机X射线空间重建装置。出现全身扫描，心 脏活动立体图形，脑肿瘤异物，人体躯干图像重建。
基于DSP的智能视频监控系统
传统的视频监视系统是简单的非智能闭路电视（CCTV）系 统，其缺点十分明显。这样的系统或者需要安保人员实时监视画 面以捕捉关键事件，或者需要在事后对视频记录进行回放并进行 人工分析。耗时耗力，成本高而效率低。近几年，DSP在智能视 频监控系统方面的应用不断完善，正在逐渐取代传统的模拟非智 能系统。 iSuppli公司2006年的一份分析报告曾指出，IP视频监控系统 市场到2010年将增长近十倍。IP监控的创新技术之一是“智能摄 像机”，它拥有强大的数字信号处理器，能探测威胁并触发自动 响应。可见，DSP芯片是智能监控的核心。
连续 时间 信号
离散 时间 信号 数字 信号
连续 连续
离散 连续
离散 量化
2、系统
系统是将信号进行处理（或变换）以达到人们
要求的各种设备。系统可以是硬件的，也可以 是软件编程实现的。
系统的分类（按所处理的信号种类不同分类）
- 连续时间信号系统（模拟信号系统） - 离散时间信号系统
- 数字信号系统
基于DSP的语音实时变速系统
在外语多媒体教学中，要求对语速进行快 慢控制，以适应不同程度学生的需求。然而， 传统的语音变速产品往往在教师改变语速的同 时，也改变了原说话者的语调，不能达到教学 的真正目的。因此，语音变速系统应当具备调 整语速的同时，还需要保证原说话者语调保持 不变的特点。基于DSP（TMS320C5409）的语 音实时变速系统能够任意调整语音语速，达到 外语多媒体教学的需求。
A/D x(n) 数字 y(n) D/A 信号 转换器 转换器 处理器
模拟 ya(t) 滤波器
DSP系统的实现方法
- 软件实现法 - 硬件实现法 - DSP芯片法
Hale Waihona Puke 三、DSP的特点和应用 DSP的特点
- 高灵活性 - 高精度 - 高稳定性 易大规模集成、时分复用、可获高性能指标等
DSP的应用
信号处理：数字滤波、自适应滤波、FFT、Hilbert变换、
相关运算、频谱分析、卷积、模式匹配、窗函数、波 形产生等。 语音处理：语音编码、语音合成、语音识别、语音增 强、语音邮件、语音储存等。 图像/图形：二维和三维图形处理、图像压缩与传输、 图像识别、动画、机器人视觉、多媒体、电子地图、 图像增强等。 军事：保密通信、雷达处理、声呐处理、导航、全球 定位、跳频电台、搜索和反搜索等。 仪器仪表：频谱分析、函数发生、数据采集、地震处 理等。 自动控制：控制、深空作业、自动驾驶、机器人控制、 磁盘控制等。 医疗：助听、超声设备、诊断工具、病人监护、心电 图等。 家用电器：数字音响、数字电视、可视电话、音乐合 成、音调控制、玩具与游戏等。
3、信号处理
信号处理是研究用系统对含有信息的信号进行
处理（变换）以获得人们所希望的信号，从而 达到提取信息，便于利用的一门学科。
信号处理的分类：
C xa(t) R ya(t)
- 模拟信号处理
- 数字信号处理
x(n)
y(n)
（实质：数值运算）
a
延时
二、DSP系统的基本组成 和实 现方法
DSP系统的基本组成
数字信号处理
郝润芳
绪 论
一、基本概念
1、信号 2、系统 3、信号处理
1、信号
信号：信息的物理表现形式
传递信息的函数
一维时间信号 信号的分类：
- 周期信号 / 非周期信号 - 确定信号 / 随机信号 - 能量信号 / 功率信号 - 连续时间信号 / 离散时间信号 / 数字信号
按自变量与函数值的取值形式不同分类： 时间 幅度
生物医学信号处理举例： CT机示例
CT：计算机X射线断层摄影装置。（其中发明头颅CT 英国EMI公司的豪斯菲尔德获诺贝尔奖。） CAT：计算机X射线空间重建装置。出现全身扫描，心 脏活动立体图形，脑肿瘤异物，人体躯干图像重建。
基于DSP的智能视频监控系统
传统的视频监视系统是简单的非智能闭路电视（CCTV）系 统，其缺点十分明显。这样的系统或者需要安保人员实时监视画 面以捕捉关键事件，或者需要在事后对视频记录进行回放并进行 人工分析。耗时耗力，成本高而效率低。近几年，DSP在智能视 频监控系统方面的应用不断完善，正在逐渐取代传统的模拟非智 能系统。 iSuppli公司2006年的一份分析报告曾指出，IP视频监控系统 市场到2010年将增长近十倍。IP监控的创新技术之一是“智能摄 像机”，它拥有强大的数字信号处理器，能探测威胁并触发自动 响应。可见，DSP芯片是智能监控的核心。
连续 时间 信号
离散 时间 信号 数字 信号
连续 连续
离散 连续
离散 量化
2、系统
系统是将信号进行处理（或变换）以达到人们
要求的各种设备。系统可以是硬件的，也可以 是软件编程实现的。
系统的分类（按所处理的信号种类不同分类）
- 连续时间信号系统（模拟信号系统） - 离散时间信号系统
- 数字信号系统
基于DSP的语音实时变速系统
在外语多媒体教学中，要求对语速进行快 慢控制，以适应不同程度学生的需求。然而， 传统的语音变速产品往往在教师改变语速的同 时，也改变了原说话者的语调，不能达到教学 的真正目的。因此，语音变速系统应当具备调 整语速的同时，还需要保证原说话者语调保持 不变的特点。基于DSP（TMS320C5409）的语 音实时变速系统能够任意调整语音语速，达到 外语多媒体教学的需求。