数字信号处理课件2-3
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数字信号处理课件ppt
| rws (k ) |2
2 w
1 dz 1 C Sss ( z) H opt ( z)S xs ( z ) z 2πj
通过前面的分析, 因果维纳滤波器设计的一般方法可以按 下面的步骤进行：
(1) 根据观测信号x(n)的功率谱求出它所对应的信号模型的
传输函数，即采用谱分解的方法得到B(z)。 S xs ( z) (2) 求 B( z 1 ) 的Z反变换，取其因果部分再做Z变换，即 S xs ( z ) 舍掉单位圆外的极点，得 B( z 1 ) (3) 积分曲线取单位圆，应用（2.3.38）式和（2.3.39）式，计 算Hopt(z), E［|e(n)|2］min。
1 ˆ' rxx (m) N
N |m|1
n 0
x ( n ) x ( n m)
平稳随机序列通过线性系统：
y (n)
k
h( k ) x ( n k )
k
m y E[ y (n )]
h(k ) E[ x(n k )]
k
ryy (m)
m0
k=0, 1, 2, …
利用白化x(n)的方法求解维纳-霍夫方程:
x(n)=s(n)+υ (n)
H(z) (a)
ˆ y ( n) s ( n)
x(
x(n)
1 B( z )
w(n)
G(z) (b)
ˆ y ( n) s ( n)
x(
图2.3.5 利用白化x(n)的方法求解维纳-霍夫方程
D (m)
2 x
rxx (m)
2 x (m)
数字信号处理基础-ppt课件信号分析与处理
3.a digital signal is said to lie in the time domain, its spectrum,which describes in frequency content,lies in the frequency domain.
4.filtering modified the spectrum of a signal by eliminating one or more frequency elements from it.
5.digital signal processing has many applications, including speech recognition,music and voice synthesis,image processing,cellular phones,modems,and audio and video compression.
2020/4/13
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第2章 模数转换和数模转换
2.1 简单的DSP系统(A Simple DSP System) 2.2 采样(Sampling) 2.3 量化(Quantization) 2.4 模数转换(Analog-to-Digital Conversion) 2.5 数模转换(Digital-to-Analog Conversion) 小结 (Chapter Summary)
2020/4/13
1.5 语音、音乐、图像及其他 1.5 SPEECH,MUSIC,IMAGES,AND MORE
DSP在许多领域都有惊人的应用，并且应用的数量与日俱增。
1）利用数字语音信号(speech signals)中的信息可以识别连续语 音中的大量词汇。
2）DSP在音乐和其他声音处理方面有着重要的作用。
4.filtering modified the spectrum of a signal by eliminating one or more frequency elements from it.
5.digital signal processing has many applications, including speech recognition,music and voice synthesis,image processing,cellular phones,modems,and audio and video compression.
2020/4/13
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第2章 模数转换和数模转换
2.1 简单的DSP系统(A Simple DSP System) 2.2 采样(Sampling) 2.3 量化(Quantization) 2.4 模数转换(Analog-to-Digital Conversion) 2.5 数模转换(Digital-to-Analog Conversion) 小结 (Chapter Summary)
2020/4/13
1.5 语音、音乐、图像及其他 1.5 SPEECH,MUSIC,IMAGES,AND MORE
DSP在许多领域都有惊人的应用，并且应用的数量与日俱增。
1）利用数字语音信号(speech signals)中的信息可以识别连续语 音中的大量词汇。
2）DSP在音乐和其他声音处理方面有着重要的作用。
数字信号处理ppt课件
23
三.自相关函数与 自协方差函数的性质
24
性质1 :相关函数与协方差函数的关系
Cxx m rxx m mx 2
Cxy m rxy m m*xmy
当 mx 0
Cxx m rxx m Cxy m rxy m
25
性质2：均方值、方差与相关函数和协方差函数
rxx
0
E
xn
2
Cxx 0 rxx 0 mx 2
五、功率谱密度
44
维纳——辛钦定理
1． 复频域
rxx
(m)
1
2
j
c Sxx (z)zm1dz,
Sxx
(z)
m
rxx
(m)z
m
C (Rx , Rx )
45
2. 频域
{ rxx(m)
1
2
Pxx (e j )e jm d
2
Pxx (e j ) rxx (m)e jm
m
46
3．性质
实平稳随机信号 rxx m rxx m
rxx m E x x n1 n1m
x1x2 p x1 , x2 ; m dx1dx2
18
自协方差函数
Cxx (m) E (xn1 mx )*(xn2 mx ) E (xn1 mx )*(xn1m mx )
rxx m mx 2
19
对于均值为零的随机过程 rxx m Cxx m
①偶函数
Pxx e j Pxx e j
②实函数
Pxx e j Pxx e j
③极点互为倒数出现
Sxx
z
Sxx
1 z
47
④功率谱在单位圆上的积分等于平均功率
E
x2
三.自相关函数与 自协方差函数的性质
24
性质1 :相关函数与协方差函数的关系
Cxx m rxx m mx 2
Cxy m rxy m m*xmy
当 mx 0
Cxx m rxx m Cxy m rxy m
25
性质2：均方值、方差与相关函数和协方差函数
rxx
0
E
xn
2
Cxx 0 rxx 0 mx 2
五、功率谱密度
44
维纳——辛钦定理
1． 复频域
rxx
(m)
1
2
j
c Sxx (z)zm1dz,
Sxx
(z)
m
rxx
(m)z
m
C (Rx , Rx )
45
2. 频域
{ rxx(m)
1
2
Pxx (e j )e jm d
2
Pxx (e j ) rxx (m)e jm
m
46
3．性质
实平稳随机信号 rxx m rxx m
rxx m E x x n1 n1m
x1x2 p x1 , x2 ; m dx1dx2
18
自协方差函数
Cxx (m) E (xn1 mx )*(xn2 mx ) E (xn1 mx )*(xn1m mx )
rxx m mx 2
19
对于均值为零的随机过程 rxx m Cxx m
①偶函数
Pxx e j Pxx e j
②实函数
Pxx e j Pxx e j
③极点互为倒数出现
Sxx
z
Sxx
1 z
47
④功率谱在单位圆上的积分等于平均功率
E
x2
数字信号处理第二章3PPT课件
2.5.3 z反变换
X(z)ZT[x(n)] x(n)zn
n
z反变换: 从X(z)中还原出原序列x(n)
x (n ) IZ T [X (z)] 实质：求X(z)幂级数展开式
z反变换的求解方法：
围线积分法（留数法） 部分分式法
① 围线积分法（留数法）
根据复变函数理论，若函数 X(z)在环状区域
j Im[z]
m
留数的计算公式
例 1 ： X ( z ) z 2 ， 1 /4 < z 4 ， 求 其 z 反 变 换 ( 4 z ) ( z 1 /4 )
解 ： x ( n ) 2 1 jc ( 4 z ) ( z z 2 1 /4 )z n 1 d zc ( R x ,R x )
其 中 ： F (z ) z 2
zn1
在c外无
(4z)(z1/4)
极点，且分母阶次比分子阶次高两阶以上，由
围线外极点留数为0可得x(n)0
当n0时 F(z)
zn1
(4z)(z1/4)
在 围 线 c 内 有 一 阶 极 点 z 4 ， 1 4
j Im[z]
C
1/4 04
Re[z]
x ( n ) R e s [ F ( z ) ] z 4 R e s [ F ( z ) ] z 1 / 4
阶 次 高 于 分 子 多 项 式 阶 次 两 次 以 上j Im[z]
C
1/4 0
4
Re[z]
x ( n ) R e s [ F ( z ) ] z 4
z44zznz11/4z4
4 n2 15
4 n
4 n 2
x(n ) u (n 1 ) u ( n 2 )
1 5
1 5
X(z)ZT[x(n)] x(n)zn
n
z反变换: 从X(z)中还原出原序列x(n)
x (n ) IZ T [X (z)] 实质：求X(z)幂级数展开式
z反变换的求解方法：
围线积分法（留数法） 部分分式法
① 围线积分法（留数法）
根据复变函数理论，若函数 X(z)在环状区域
j Im[z]
m
留数的计算公式
例 1 ： X ( z ) z 2 ， 1 /4 < z 4 ， 求 其 z 反 变 换 ( 4 z ) ( z 1 /4 )
解 ： x ( n ) 2 1 jc ( 4 z ) ( z z 2 1 /4 )z n 1 d zc ( R x ,R x )
其 中 ： F (z ) z 2
zn1
在c外无
(4z)(z1/4)
极点，且分母阶次比分子阶次高两阶以上，由
围线外极点留数为0可得x(n)0
当n0时 F(z)
zn1
(4z)(z1/4)
在 围 线 c 内 有 一 阶 极 点 z 4 ， 1 4
j Im[z]
C
1/4 04
Re[z]
x ( n ) R e s [ F ( z ) ] z 4 R e s [ F ( z ) ] z 1 / 4
阶 次 高 于 分 子 多 项 式 阶 次 两 次 以 上j Im[z]
C
1/4 0
4
Re[z]
x ( n ) R e s [ F ( z ) ] z 4
z44zznz11/4z4
4 n2 15
4 n
4 n 2
x(n ) u (n 1 ) u ( n 2 )
1 5
1 5
《数字信号处理原理》课件
数字信号处理可用于医学图像处理、心电图 分析、脑电图分析等。
数字信号的采集与量化
数字信号处理的第一步是对连续信号进行采样和量化。采样将连续信号转换 为离散信号，而量化则将信号的幅值量化为离散数值。
数字信号处理傅里叶级数和傅里叶变换将 信号分解为频域成分，用于 频谱分析和滤波。
带阻滤波器阻止一定范围内的频率信号通过， 而允许其他频率信号通过。
FIR滤波器和IIR滤波器的区别
FIR滤波器（有限脉冲响应滤波器）和IIR滤波器（无限脉冲响应滤波器）是两 种常见的数字滤波器类型。它们在设计和性能上有所不同，适用于不同的应 用场景。
互相关和自相关分析
互相关和自相关分析是数字信号处理中常用的分析方法。互相关用于信号的 相似性比较，自相关用于信号的周期性分析。
卷积
卷积是数字信号处理中常见 的运算，可以用于信号滤波、 系统响应等方面。
离散时间系统
离散时间系统是数字信号处 理的基本模型，用于描述信 号处理系统的特性。
时域分析与频域分析
时域分析关注信号随时间的变化，频域分析关注信号在频率上的特征。通过 这两种分析方法，可以深入了解信号的属性和特性。
傅里叶变换及其应用
信号去噪
信号去噪是数字信号处理中的重要任务。通过滤波和降噪算法，可以有效地去除信号中的噪声，提升信号的质 量和可靠性。
信号增强
信号增强是数字信号处理的一项重要任务。通过滤波、增益调整等方法，可以增强信号的强度、清晰度和可感 知性。
信号压缩
信号压缩是数字信号处理中的重要技术。通过压缩算法和编码技术，可以减 少信号的存储空间和传输带宽，实现高效的信号处理和传输。
傅里叶变换是一种将信号从时域转换到频域的数学工具。它在数字信号处理 中广泛应用于频谱分析、滤波、压缩等领域，为信号处理提供了强大的工具。
数字信号的采集与量化
数字信号处理的第一步是对连续信号进行采样和量化。采样将连续信号转换 为离散信号，而量化则将信号的幅值量化为离散数值。
数字信号处理傅里叶级数和傅里叶变换将 信号分解为频域成分，用于 频谱分析和滤波。
带阻滤波器阻止一定范围内的频率信号通过， 而允许其他频率信号通过。
FIR滤波器和IIR滤波器的区别
FIR滤波器（有限脉冲响应滤波器）和IIR滤波器（无限脉冲响应滤波器）是两 种常见的数字滤波器类型。它们在设计和性能上有所不同，适用于不同的应 用场景。
互相关和自相关分析
互相关和自相关分析是数字信号处理中常用的分析方法。互相关用于信号的 相似性比较，自相关用于信号的周期性分析。
卷积
卷积是数字信号处理中常见 的运算，可以用于信号滤波、 系统响应等方面。
离散时间系统
离散时间系统是数字信号处 理的基本模型，用于描述信 号处理系统的特性。
时域分析与频域分析
时域分析关注信号随时间的变化，频域分析关注信号在频率上的特征。通过 这两种分析方法，可以深入了解信号的属性和特性。
傅里叶变换及其应用
信号去噪
信号去噪是数字信号处理中的重要任务。通过滤波和降噪算法，可以有效地去除信号中的噪声，提升信号的质 量和可靠性。
信号增强
信号增强是数字信号处理的一项重要任务。通过滤波、增益调整等方法，可以增强信号的强度、清晰度和可感 知性。
信号压缩
信号压缩是数字信号处理中的重要技术。通过压缩算法和编码技术，可以减 少信号的存储空间和传输带宽，实现高效的信号处理和传输。
傅里叶变换是一种将信号从时域转换到频域的数学工具。它在数字信号处理 中广泛应用于频谱分析、滤波、压缩等领域，为信号处理提供了强大的工具。
DSP(数字信号处理)课件
第1章 绪论 章
DSP定义：利用数字计算机或专用数字硬件，对数字信号进行 DSP定义：利用数字计算机或专用数字硬件， 定义 的一切处理运算称为数字信号处理。 的一切处理运算称为数字信号处理。 DSP芯片：解决实时处理要求，适合DSP运算需求的单片可编程 DSP芯片：解决实时处理要求，适合DSP运算需求的单片可编程 芯片 DSP 微处理器芯片。 微处理器芯片。
用于初始化
LD LD LD LD LD
# 80h, A ；80ｈ Ａ # 32767，B ；32767 Ｂ # 23，DP ；23 DP # 15，ASM ；15 ASM # 3，ARP ；3 ARP
OVLY=0， 则片内RAM只映象到数据存储空间 若OVLY=0， 则片内RAM只映象到数据存储空间 若OVLY=1， 则片内 ， 则片内RAM映象到程序和数据空间 映象到程序和数据空间
DROM位 位
当DROM=1，则部分片内 ，则部分片内ROM映象到数据空间 映象到数据空间 映象与MP/MC的有关 当DROM=0，则片内 ，则片内ROM映象与 映象与 的有关
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2.5 TMS320C54x片内外设简介 片内外设简介
1．通用 引脚 ．通用I/O引脚 2．定时器 ． 3．时钟发生器 ． 4．主机接口（HPI） 4．主机接口（HPI） 5．串行口 ． 6．软件可编程等待状态发生器 ． 7．可编程分区转换逻辑 ．
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第3章 TMS320C54x的数据寻址方式 章 的数据寻址方式
除程序存储器空间和数据存储器空间外， 除程序存储器空间和数据存储器空间外，C54x系 系 列器件还提供了I/O存储器空间 利用I/O空间可 存储器空间， 列器件还提供了 存储器空间，利用 空间可 以扩展外部存储器。 以扩展外部存储器。 I/O存储器空间为 存储器空间为64K字（0000h～FFFFh），有 ），有 存储器空间为 字 ～ ）， 两条指令PORTR和PORTW可以对 存储器空 可以对I/O存储器空 两条指令 和 可以对 间操作， 间操作，读写时序与程序存储器空间和数据存储 器空间有很大不同。 器空间有很大不同。 使用片内存储器没有等待状态，速度快； 使用片内存储器没有等待状态，速度快； 使用片外存储器可以对更大的存储空间寻址， 使用片外存储器可以对更大的存储空间寻址，但 是速度较慢。 是速度较慢。
数字信号处理-第2章-精品文档精选文档PPT课件
第2章. 连续时间信号的离散处理
2.1、数字信号处理系统的基本组成
•大多数数字信号处理的应用中，信号为来自不同模拟信号源，这些模拟 信号(电压或电流)通常为连续时间信号。
•应用数字信号处理(DSP)主要有三个原因： 1)滤波：滤除信号中来自周围环境的干扰或噪声； 2)检测：检测淹没在噪声中的特定信号（如雷达或声纳系统中），当检测 到的信号超过给定的阈值则认为目标信号存在，反之认为不存在； 3)压缩：当信号转换到另外一个域后，在变换域上更容易分辨信息的重 要程度，对重要部分分配多的比特数，次要部分分配尽可能少的比特 数，达到压缩的目的(如DCT算法)。
的是离散时间信号。将连续时间信号转换成离散时间信号的过程叫抽样。
抽样可由称为A/D变换器的器件完成：
量化结果
声卡
5
模拟输入 xa (t)
Ts
抽样器
抽样输出
xˆa (t)
xˆa(t) xa(t)•P (t)
xa(t)(t nTs)
n
xˆa (t)
周期性抽样函数 P (t )
xˆa (t)
Ts
P(t) (tnTs)
是否可以根据抽样后的离散时间序列恢复原始信号？ •奈奎斯特抽样频率：能够再恢复出原始信号的最低抽样频率（使 抽样后的信号频谱不发生混叠的最低抽样频率，即信号最高频率的 二倍）
0 s/2 s2 0
•满足奈奎斯特抽样频率的抽样信号可由理想低通滤波器恢复出原 始信号。此后将推导这个过程。
xˆa(t) G (j )/g (t（ ) 低 通 y滤 (t) 波 xa） (t)
X a ( j)
xa
(t )e
jt dt
[xa
(t )
•
P
(t )]e
2.1、数字信号处理系统的基本组成
•大多数数字信号处理的应用中，信号为来自不同模拟信号源，这些模拟 信号(电压或电流)通常为连续时间信号。
•应用数字信号处理(DSP)主要有三个原因： 1)滤波：滤除信号中来自周围环境的干扰或噪声； 2)检测：检测淹没在噪声中的特定信号（如雷达或声纳系统中），当检测 到的信号超过给定的阈值则认为目标信号存在，反之认为不存在； 3)压缩：当信号转换到另外一个域后，在变换域上更容易分辨信息的重 要程度，对重要部分分配多的比特数，次要部分分配尽可能少的比特 数，达到压缩的目的(如DCT算法)。
的是离散时间信号。将连续时间信号转换成离散时间信号的过程叫抽样。
抽样可由称为A/D变换器的器件完成：
量化结果
声卡
5
模拟输入 xa (t)
Ts
抽样器
抽样输出
xˆa (t)
xˆa(t) xa(t)•P (t)
xa(t)(t nTs)
n
xˆa (t)
周期性抽样函数 P (t )
xˆa (t)
Ts
P(t) (tnTs)
是否可以根据抽样后的离散时间序列恢复原始信号？ •奈奎斯特抽样频率：能够再恢复出原始信号的最低抽样频率（使 抽样后的信号频谱不发生混叠的最低抽样频率，即信号最高频率的 二倍）
0 s/2 s2 0
•满足奈奎斯特抽样频率的抽样信号可由理想低通滤波器恢复出原 始信号。此后将推导这个过程。
xˆa(t) G (j )/g (t（ ) 低 通 y滤 (t) 波 xa） (t)
X a ( j)
xa
(t )e
jt dt
[xa
(t )
•
P
(t )]e
《数字信号处理基础》课件
信号压缩等。
Z变换
Z变换的定义
Z变换是一种将离散时间信号转换为复数域信号的方法，通过将离 散时间信号转换为复数域中的函数，可以更好地分析信号的特性。
Z变换的性质
Z变换具有线性、时移、频域平移、复共轭等性质，这些性质在信 号处理中有着广泛的应用。
Z变换的应用
Z变换在信号处理中有着广泛的应用，如离散控制系统分析、数字滤 波器设计等。
自适应滤波器应用场景
广泛应用于噪声消除、回声消除、信 号预测等领域。
05 数字信号处理应用
音频处理
音频压缩
通过降低音频数据的冗余度，实 现音频文件的压缩，便于存储和
传输。
音频增强
利用数字信号处理技术，改善音频 质量，如降低噪音、增强语音等。
音频分析
对音频信号进行特征提取和分类， 用于语音识别、音乐信息检索等领 域。
IIR滤波器应用场景
广泛应用于语音处理、图像处理等领 域。
FIR滤波器设计
FIR滤波器定义
FIR滤波器特点
FIR滤波器，即有限冲激响应滤波器，是一 种离散时间滤波器，其冲激响应有限长。
FIR滤波器具有线性相位、设计灵活、计算 量大等特性。
FIR滤波器设计方法
FIR滤波器应用场景
通过窗函数法、频率采样法等进行设计， 常用的设计方法有汉明窗法、凯泽窗法等 。
课程目标
掌握数字信号处理的基本概念、原理和方法。
学会使用数字信号处理软件进行信号处理和分析 。
了解数字信号处理在通信、图像处理、音频处理 等领域的应用。
02 基础知识
信号与系统
信号定义与分类
信号是信息传输的载体，可以是离散 的或连续的，也可以是时间的函数。 信号分类包括周期信号、非周期信号 、确定信号、随机信号等。
精品课件-数字信号处理(第四版)-第2章 时域离散信号和系统的频域分析-3
图2.6.2 H(z)=z－1的频响19特
【例2.6.3】 设一阶系统的差分方程为y(n)=by(n－1)+x(n)
解
由系统差分方程得到系统函H数(为z)
1 1 bz1
z
z b
| z || b |
式中，0<b<1。系统极点z=b，零点z=0，当B点从ω=0逆时针 旋转时，在ω=0点，由于极点向量长度最短，形成波峰；在 ω=π点形成波谷；z=0处零点不影响幅频响应。极零点分布 及幅度特性如图所示。
如果-1<b<0，则峰值点出现在ω=π处，形成高通滤波 器。
20
【例2.6.4】已知H(z)=1－z－N，试定性画出系统的幅频特性。
H(z) 1 zN z N 1 zN
H(z)的极点为z=0，这是一个N阶极点，它不影响系统的幅频响 应。零点有N个，由分子多项式的根决定
z N 1 0 即 z N e j2πk
小结 单位圆附近的零点位置对幅度响应波谷的位置和深度有明
显的影响，零点可在单位圆外。 在单位圆内且靠近单位圆附近的极点对幅度响应的波峰的
位置和高度则有明显的影响，极点在单位圆上，则不稳定。 利用直观的几何确定法，适当地控制零、极点的分布，就
能改变系统频率响应的特性，达到预期的要求，因此它是 一种非常有用的分析系统的方法。
根据其形状，称之为梳状滤波器。
例2.6.4的梳状滤波器的极零点分布及幅频、相频特性
22
2.6.4 几种特殊系统的系统函数及其特点 全通滤波器 梳状滤波器 最小相位系统
23
1 全通系统（全通网络，全通滤波器）
定义：如果滤波器的幅频特性对所有频率均等于常数或1.
| H (ej ) | 1 0 2π
【例2.6.3】 设一阶系统的差分方程为y(n)=by(n－1)+x(n)
解
由系统差分方程得到系统函H数(为z)
1 1 bz1
z
z b
| z || b |
式中，0<b<1。系统极点z=b，零点z=0，当B点从ω=0逆时针 旋转时，在ω=0点，由于极点向量长度最短，形成波峰；在 ω=π点形成波谷；z=0处零点不影响幅频响应。极零点分布 及幅度特性如图所示。
如果-1<b<0，则峰值点出现在ω=π处，形成高通滤波 器。
20
【例2.6.4】已知H(z)=1－z－N，试定性画出系统的幅频特性。
H(z) 1 zN z N 1 zN
H(z)的极点为z=0，这是一个N阶极点，它不影响系统的幅频响 应。零点有N个，由分子多项式的根决定
z N 1 0 即 z N e j2πk
小结 单位圆附近的零点位置对幅度响应波谷的位置和深度有明
显的影响，零点可在单位圆外。 在单位圆内且靠近单位圆附近的极点对幅度响应的波峰的
位置和高度则有明显的影响，极点在单位圆上，则不稳定。 利用直观的几何确定法，适当地控制零、极点的分布，就
能改变系统频率响应的特性，达到预期的要求，因此它是 一种非常有用的分析系统的方法。
根据其形状，称之为梳状滤波器。
例2.6.4的梳状滤波器的极零点分布及幅频、相频特性
22
2.6.4 几种特殊系统的系统函数及其特点 全通滤波器 梳状滤波器 最小相位系统
23
1 全通系统（全通网络，全通滤波器）
定义：如果滤波器的幅频特性对所有频率均等于常数或1.
| H (ej ) | 1 0 2π
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22
③ 采用双电源供电 TI公司提供的双电源芯片： 固定的输出电压: 3.3V TPS73HD301 可调的输出电压: 1.2V~9.75V TPS73HD325 — 固定的输出电压: 3.3V和2.5V TPS73HD318 — 固定的输出电压: 3.3V和1.8V 每路电源的最大输出电流为750mA，并且提供两 个宽度为200ms的低电平复位脉冲。
输出电压V0 1.5V 1.8V 2.5V 3.3V R1 45 k 88k 191k 309k R2 169k 169k 169k 169k 输出电压V0 3.6V 4V 5V 6.4V R1 348k 402k 549k 750k R2 169k 169k 169k 169k
VCC
R 1
74HC14 1
TMS320C54x
RS
C
27
1. 上电复位电路
上电瞬间,由于电容C上的电压不能突变,使RS
仍为低电平,芯片处于复位状态,同时通过电阻R对 电容C进行充电,充电时间常数由R和C的乘积确定。 为了使芯片正常初始化，通常应保证RS低电平 的时间至少持续3个外部时钟周期。但在上电后,系
输频率和同步方式等来选择。
6
硬件设计概述
第二步：器件的选择；
⑦ 人机接口 常用的人机接口主要有键盘和显示器。
通过与其他单片机的通信构成；
与DSP芯片直接构成。 ⑧ 电源的选择 主要考虑电压的高低和电流的大小。 既要满足电压的匹配，又要满足电流容量的要求。
7
硬件设计概述
系统硬件设计过程：
第一步：确定硬件实现方案； 第二步：器件的选择； 第三步：原理图设计；
硬件设计概述
第三步：原理图设计； 原理图设计包括： 存储器的设计 是利用DSP的扩展接口进行数据存储器、程序存 储器和I/O空间的配置。 在设计时要考虑存储器映射地址、存储器容量 通信接口的设计 和存储器速度等。 电源和时钟电路的设计
控制电路的设计 包括状态控制、同步控制等。
10
硬件设计概述
PG
CVDD TMS320VC5402 D3
D1 C3 33F D2
DL4148
DL5817 3.3V
DVDD
C2 33F
GND
24
DSP系统的基本设计
复位电路的设计
’C54x的复位输入引脚RS为处理器提供了一种 硬件初始化的方法,它是一种不可屏蔽的外部中断, 可在任何时候对’C54x进行复位。 当系统上电后，RS引脚应至少保持5个时钟周 期稳定的低电平，以确保数据、地址和控制线的正 确配置。复位后(RS回到高电平)，CPU从程序存储 器的FF80H单元取指，并开始执行程序。
信 号 预 处 理 、 MUX 、 程 控 放 大 等
防混叠 滤波器
平滑 滤波器
ADC
EPROM
TMS320C54x
DAC
RAM
平滑 滤波器
DAC
通信口
2
硬件设计概述
系统硬件设计过程：
第一步：确定硬件实现方案；
在考虑系统性能指标、工期、 成本、算法需求、体积和功耗核算 等因素的基础上，选择系统的最优 硬件实现方案。
硬件设计概述
DSP系统的硬件设计又称为目标板设计，是在 考虑算法需求、成本、体积和功耗核算的基础上完 成的，一个典型的DSP目标板主要包括： DSP芯片及DSP基本系统
程序和数据存储器 数/模和模/数转换器 模拟控制与处理电路 各种控制口和通信口
电源处理电路和同步电路
1
硬件设计概述
一个典型的DSP目标板结构如下图。
DD DD
第一种方案：
第二种方案：
3.3V DVDD (3.3V) CVDD (1.8V)
电压调节器
使用一个电压调节器， 产生1.8V电压，而DVDD直接 取自3.3V电源。
17
电源电路的设计
3.电源解决方案
产生电源的芯片: Maxim公司：MAX604、MAX748；
TI公司：TPS71xx、TPS72xx、TPS73xx等系列。
可选用TI公司的TPS7101、TPS7201和TPS7301。
采用双电源供电 可选用TI公司的TPS73HD301、TPS73HD325、 TPS73HD318等芯片。 19
① 采用3.3V单电源供电
由MAX748芯片构成的电源。 电源电压：3.3V
1
1000pF
V+ MAX748 V+ 16 2 SHEN V+ 15
25
复位电路的设计
’C54x的复位分为软件复位和硬件复位。
软件复位：是通过执行指令实现芯片的复位。 硬件复位：是通过硬件电路实现复位。 硬件复位有以下几种方法: 上电复位 手动复位 自动复位
26
复位电路的设计
1. 上电复位电路 上电复位电路是利用RC电路的延迟特性来产生 复位所需要的低电平时间。 由RC电路和施密特触发器组成。
TPS7301
VI
> 2.7V < 0.5V 0.1F
IN
RESET
250k
至系统复位
EN
OUT
R1
V0
10F CSR=1 R2
FB GND
21
② 采用可调电压的单电源供电
输出电压与外接电阻的关系式：
V 0 V ref (1
R1 R2
)
输出电压V0与外电阻R1和R2的编程表: Vref为基准电压，典型值为1.182V。R1和R2为外接电阻， 通常所选择的阻值使分压器电流近似为7A。
LX 14 13 LX LX 12 GND 11 GND 10 OUT 9
最大电流：2A
Vcc
3 REF 4 NC 5 NC
6 NC 0.047F 7 SS 8 CC
330pF
22H 22H
+3.3V
20
② 采用可调电压的单电源供电
TI公司的TPS7101、TPS7201和TPS7301等芯片提供了可 调节的输出电压，其调节范围为1.2V~9.75V，可通过改变两 个外接电阻阻值来实现。
23
③ 采用双电源供电 由TPS73HD318芯片组成的双电源电路。
TPS73HD318
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
R1 100k
R2 100k & 1.8V DL4148
RESET to DSP
5V C0 1F
C1 1F
28 NC 1RESET NC NC 27 1GND NC 26 1EN FB/SENSE 25 1IN 1OUT 24 1IN 1OUT 23 NC 2RESET 22 NC NC 21 2GND NC 20 2EN 2SENSE 19 2IN 2OUT 18 2IN 2OUT 17 NC NC 16 NC NC 15
从第三步开始就进入系统的综合。 在原理图设计阶段必须清楚地了解器件 的特性、使用方法和系统的开发，必要 时可对单元电路进行功能仿真。
原理图设计
确定硬件方案
器件选型
PCB图设计
硬件调试
8
硬件设计概述
第三步：原理图设计； 原理图设计包括：
系统结构设计 可分为单DSP结构和多DSP结构、并行结构和串 行结构、全DSP结构和DSP/MCU混合结构等； 模拟数字混合电路的设计 主要用来实现DSP与模拟混合产品的无逢连接。 包括信号的调理、A/D和D/A转换电路、数据缓 冲等。 9
统的晶体振荡器通常需要100~200ms的稳定期,因此
由RC决定的复位时间要大于晶体振荡器的稳定期。 为了防止复位不完全，RC参数可选择大一些。
28
1. 上电复位电路
复位时间可根据充电时间来计算。 电容电压：VC= VCC( 1-e-t/ )
时间常数： = RC
复位时间： t RC ln[1
硬件设计概述
第二步：器件的选择；
③ 存储器的选择 常用的存储器有SRAM、EPROM、E2PROM和FLASH等。 可以根据工作频率、存储容量、位长(8/16/32位)、 接口方式(串行还是并行)、工作电压(5V/3V)等来选择。 ④ 逻辑控制器件的选择 系统的逻辑控制通常是用可编程逻辑器件来实现。 首先确定是采用CPLD还是FPGA； 其次根据自己的特长和公司芯片的特点选择哪家公 司的哪个系列的产品； 最后还要根据DSP的频率来选择所使用的PLD器件。 5
本节主要以TMS320C54x系列芯片为例，介绍 DSP硬件系统的基本设计，包括: 电源电路
复位电路
时钟电路
12
DSP系统的基本设计
电源电路的设计
为了降低芯片功耗，’C54x系列芯片大部分都 采用低电压设计，并且采用双电源供电，即 内核电源CVDD ——采用3.3V、2.5V，或1.8V电源；
I/O电源DVDD ——采用3.3V供电。
确定硬件方案
器件选型
原理图设计
PCB图设计
第二步：器件的选择；
一个DSP硬件系统除了DSP芯片外，
硬件调试
还包括ADC、DAC、存储器、电源、逻辑控制、通信、人机 接口、总线等基本部件。
3
硬件设计概述
第二步：器件的选择；
① DSP芯片的选择 选择DSP芯片要综合多种因素，折衷考虑。 首先要根据系统对运算量的需求来选择； 其次要根据系统所应用领域来选择合适的DSP芯片； 最后要根据DSP的片上资源、价格、外设配置以及与 其他元部件的配套性等因素来选择。 ② ADC和DAC的选择 A/D转换器的选择应根据采样频率、精度以及是否要 求片上自带采样、多路选择器、基准电源等因素来选择； D/A转换器应根据信号频率、精度以及是否要求自带 基准电源、多路选择器、输出运放等因素来选择。 4
③ 采用双电源供电 TI公司提供的双电源芯片： 固定的输出电压: 3.3V TPS73HD301 可调的输出电压: 1.2V~9.75V TPS73HD325 — 固定的输出电压: 3.3V和2.5V TPS73HD318 — 固定的输出电压: 3.3V和1.8V 每路电源的最大输出电流为750mA，并且提供两 个宽度为200ms的低电平复位脉冲。
输出电压V0 1.5V 1.8V 2.5V 3.3V R1 45 k 88k 191k 309k R2 169k 169k 169k 169k 输出电压V0 3.6V 4V 5V 6.4V R1 348k 402k 549k 750k R2 169k 169k 169k 169k
VCC
R 1
74HC14 1
TMS320C54x
RS
C
27
1. 上电复位电路
上电瞬间,由于电容C上的电压不能突变,使RS
仍为低电平,芯片处于复位状态,同时通过电阻R对 电容C进行充电,充电时间常数由R和C的乘积确定。 为了使芯片正常初始化，通常应保证RS低电平 的时间至少持续3个外部时钟周期。但在上电后,系
输频率和同步方式等来选择。
6
硬件设计概述
第二步：器件的选择；
⑦ 人机接口 常用的人机接口主要有键盘和显示器。
通过与其他单片机的通信构成；
与DSP芯片直接构成。 ⑧ 电源的选择 主要考虑电压的高低和电流的大小。 既要满足电压的匹配，又要满足电流容量的要求。
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硬件设计概述
系统硬件设计过程：
第一步：确定硬件实现方案； 第二步：器件的选择； 第三步：原理图设计；
硬件设计概述
第三步：原理图设计； 原理图设计包括： 存储器的设计 是利用DSP的扩展接口进行数据存储器、程序存 储器和I/O空间的配置。 在设计时要考虑存储器映射地址、存储器容量 通信接口的设计 和存储器速度等。 电源和时钟电路的设计
控制电路的设计 包括状态控制、同步控制等。
10
硬件设计概述
PG
CVDD TMS320VC5402 D3
D1 C3 33F D2
DL4148
DL5817 3.3V
DVDD
C2 33F
GND
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DSP系统的基本设计
复位电路的设计
’C54x的复位输入引脚RS为处理器提供了一种 硬件初始化的方法,它是一种不可屏蔽的外部中断, 可在任何时候对’C54x进行复位。 当系统上电后，RS引脚应至少保持5个时钟周 期稳定的低电平，以确保数据、地址和控制线的正 确配置。复位后(RS回到高电平)，CPU从程序存储 器的FF80H单元取指，并开始执行程序。
信 号 预 处 理 、 MUX 、 程 控 放 大 等
防混叠 滤波器
平滑 滤波器
ADC
EPROM
TMS320C54x
DAC
RAM
平滑 滤波器
DAC
通信口
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硬件设计概述
系统硬件设计过程：
第一步：确定硬件实现方案；
在考虑系统性能指标、工期、 成本、算法需求、体积和功耗核算 等因素的基础上，选择系统的最优 硬件实现方案。
硬件设计概述
DSP系统的硬件设计又称为目标板设计，是在 考虑算法需求、成本、体积和功耗核算的基础上完 成的，一个典型的DSP目标板主要包括： DSP芯片及DSP基本系统
程序和数据存储器 数/模和模/数转换器 模拟控制与处理电路 各种控制口和通信口
电源处理电路和同步电路
1
硬件设计概述
一个典型的DSP目标板结构如下图。
DD DD
第一种方案：
第二种方案：
3.3V DVDD (3.3V) CVDD (1.8V)
电压调节器
使用一个电压调节器， 产生1.8V电压，而DVDD直接 取自3.3V电源。
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电源电路的设计
3.电源解决方案
产生电源的芯片: Maxim公司：MAX604、MAX748；
TI公司：TPS71xx、TPS72xx、TPS73xx等系列。
可选用TI公司的TPS7101、TPS7201和TPS7301。
采用双电源供电 可选用TI公司的TPS73HD301、TPS73HD325、 TPS73HD318等芯片。 19
① 采用3.3V单电源供电
由MAX748芯片构成的电源。 电源电压：3.3V
1
1000pF
V+ MAX748 V+ 16 2 SHEN V+ 15
25
复位电路的设计
’C54x的复位分为软件复位和硬件复位。
软件复位：是通过执行指令实现芯片的复位。 硬件复位：是通过硬件电路实现复位。 硬件复位有以下几种方法: 上电复位 手动复位 自动复位
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复位电路的设计
1. 上电复位电路 上电复位电路是利用RC电路的延迟特性来产生 复位所需要的低电平时间。 由RC电路和施密特触发器组成。
TPS7301
VI
> 2.7V < 0.5V 0.1F
IN
RESET
250k
至系统复位
EN
OUT
R1
V0
10F CSR=1 R2
FB GND
21
② 采用可调电压的单电源供电
输出电压与外接电阻的关系式：
V 0 V ref (1
R1 R2
)
输出电压V0与外电阻R1和R2的编程表: Vref为基准电压，典型值为1.182V。R1和R2为外接电阻， 通常所选择的阻值使分压器电流近似为7A。
LX 14 13 LX LX 12 GND 11 GND 10 OUT 9
最大电流：2A
Vcc
3 REF 4 NC 5 NC
6 NC 0.047F 7 SS 8 CC
330pF
22H 22H
+3.3V
20
② 采用可调电压的单电源供电
TI公司的TPS7101、TPS7201和TPS7301等芯片提供了可 调节的输出电压，其调节范围为1.2V~9.75V，可通过改变两 个外接电阻阻值来实现。
23
③ 采用双电源供电 由TPS73HD318芯片组成的双电源电路。
TPS73HD318
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
R1 100k
R2 100k & 1.8V DL4148
RESET to DSP
5V C0 1F
C1 1F
28 NC 1RESET NC NC 27 1GND NC 26 1EN FB/SENSE 25 1IN 1OUT 24 1IN 1OUT 23 NC 2RESET 22 NC NC 21 2GND NC 20 2EN 2SENSE 19 2IN 2OUT 18 2IN 2OUT 17 NC NC 16 NC NC 15
从第三步开始就进入系统的综合。 在原理图设计阶段必须清楚地了解器件 的特性、使用方法和系统的开发，必要 时可对单元电路进行功能仿真。
原理图设计
确定硬件方案
器件选型
PCB图设计
硬件调试
8
硬件设计概述
第三步：原理图设计； 原理图设计包括：
系统结构设计 可分为单DSP结构和多DSP结构、并行结构和串 行结构、全DSP结构和DSP/MCU混合结构等； 模拟数字混合电路的设计 主要用来实现DSP与模拟混合产品的无逢连接。 包括信号的调理、A/D和D/A转换电路、数据缓 冲等。 9
统的晶体振荡器通常需要100~200ms的稳定期,因此
由RC决定的复位时间要大于晶体振荡器的稳定期。 为了防止复位不完全，RC参数可选择大一些。
28
1. 上电复位电路
复位时间可根据充电时间来计算。 电容电压：VC= VCC( 1-e-t/ )
时间常数： = RC
复位时间： t RC ln[1
硬件设计概述
第二步：器件的选择；
③ 存储器的选择 常用的存储器有SRAM、EPROM、E2PROM和FLASH等。 可以根据工作频率、存储容量、位长(8/16/32位)、 接口方式(串行还是并行)、工作电压(5V/3V)等来选择。 ④ 逻辑控制器件的选择 系统的逻辑控制通常是用可编程逻辑器件来实现。 首先确定是采用CPLD还是FPGA； 其次根据自己的特长和公司芯片的特点选择哪家公 司的哪个系列的产品； 最后还要根据DSP的频率来选择所使用的PLD器件。 5
本节主要以TMS320C54x系列芯片为例，介绍 DSP硬件系统的基本设计，包括: 电源电路
复位电路
时钟电路
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DSP系统的基本设计
电源电路的设计
为了降低芯片功耗，’C54x系列芯片大部分都 采用低电压设计，并且采用双电源供电，即 内核电源CVDD ——采用3.3V、2.5V，或1.8V电源；
I/O电源DVDD ——采用3.3V供电。
确定硬件方案
器件选型
原理图设计
PCB图设计
第二步：器件的选择；
一个DSP硬件系统除了DSP芯片外，
硬件调试
还包括ADC、DAC、存储器、电源、逻辑控制、通信、人机 接口、总线等基本部件。
3
硬件设计概述
第二步：器件的选择；
① DSP芯片的选择 选择DSP芯片要综合多种因素，折衷考虑。 首先要根据系统对运算量的需求来选择； 其次要根据系统所应用领域来选择合适的DSP芯片； 最后要根据DSP的片上资源、价格、外设配置以及与 其他元部件的配套性等因素来选择。 ② ADC和DAC的选择 A/D转换器的选择应根据采样频率、精度以及是否要 求片上自带采样、多路选择器、基准电源等因素来选择； D/A转换器应根据信号频率、精度以及是否要求自带 基准电源、多路选择器、输出运放等因素来选择。 4