第1章 绪论

Discrete Cosine Transform
u2 x 1 c(u). f ( x).cos 2N



数字信号处理器（Digital Signal Processor）：不仅具有可编程性，而 且用于实时完成数字信号处理的微处理器。

通常所说DSP特指数字信号处理器——课程内容
课程介绍——DSP？


通常所说DSP特指数字信号处理器——课程内容
信息化的基础是数字化； 数字化的核心技术之一是信号处理。

数字信号的处理任务，特别是实时处理的任务在很大程度上由DSP芯 片或由以DSP为核心的ASIC来完成。
DSP已经成为数字信号处理的技术和实际应用之间的 桥梁，并进一步促进数字信号处理技术的发展，极大的扩 展了数字信号处理技术的应用领域。步入数字化时代的过 程中，DSP扮演着举足轻重的角色。
科学出版社 北京航空航天大
学出版社（参考书）
DSP 综述

第一部分：课程介绍及DSP简介
课程介绍
回顾MPU（uP）、MCU ;DSP的特点？

第二部分：DSP分类、应用、发展和选型 第三部分：TI公司DSP概述
DSP的命名
DSP的三大系列简介
TMS320C28系列DSP性能简介

适合于快速数字处理
什么是DSP——Digital Signal Processor？


Similar to a Microcontroller (µC)
Include a DSP core Peripherals include:
Analogue to Digital Converter (ADC) Digital to Analogue Converter (DAC) Pulse Width Modulation ( PWM) Output Lines Network Interface Units（SCI、SPI、 I2C 、 CAN、USB、Local /
Data - Memory
Clock
Microprocessor
Timer/Counter
Peripheral Bus
Digital In
Digital In
Analogue In
Analogue Out
回顾MCU ——微控制器、微控制单元等
2、Microcontroller (µC) 或（Micro-controller Unit，MCU）微控制器
本课程先修课程

数字电路、单片机原理或微型计算机原理 数字信号处理技术（算法）——数字PID、滤波等 具备专业知识
回顾MPU（uP）——微处理器、微处理单元等
1、Microprocessor(µP)或Microprocessor Unit（MPU）微处理器:
学过什么MPU？特点？

Central Device of a multi chip Micro Computer System ≈ CPU(ALU、Reg)



回顾MPU（uP）
1、Microprocessor (µP) 微处理器特点：

多采用冯.诺依曼结构； 普遍没有DMA通道控制器、定时器等外设； 普遍功耗较大，如Intel的CPU多在20～100W ，PowerPC最小也要5～10W。

普遍没有通用存储器及接口和IO接口，比如
，微机原理学习的Intel8088/8086，需要 244/245/373构成BUS；Intel8087浮点运算 协处理器，8255PPI、8253/8254Timer、 8237DMA、8259、8250/8251串行通信接口等 。
By combining the computing power of a DSP with memory and peripherals in one single device we derive the most effective solution for embedded real time control solutions that require lots of math operations. DSC –Example: Texas Instruments C2000 family.
DSP特点——改进的哈佛结构
存储器
（数据和指令）
地址总线 数据总线
CPU
冯•诺依曼结构
数据存储器
DRAM
地址总线
地址总线
数据总线
CPU
程序存储器
（或CACHE）
数据总线
哈佛结构（改进型）
DSP特点——流水线操作（4级流水线）
机器周期 102 103 104 105 106 SUB … R1 E1

丰富片内外设：定时器、异步串口、同步串口、DMA控制器、 A/D和通用I/O口、PWM、CAN等

丰富片内存储器类型：RAM、DARAM、ROM、Flash、SARAM等， 新的DSP芯片采用Cache(高速缓存)机制，解决存储器速度与 DSP内核速度不匹配的问题
回顾MPU（uP）
1、Microprocessor (µP) 微处理器构成的典型系统

多用于计算机，Example:Your Desktop —— PC
Micro Computer =
Microprocessor(µP) + Memory + Peripherals
Code - Memory
Memory Bus


特殊指令： MAC（连乘加指令，单周期同时完成乘法和加法运算） RPTS和RPTB（硬件判断循环边界条件，避免破坏流水线）
特殊寻址方式： 位倒序寻址（实现FFT快速倒序） 循环寻址

DSP其他特点

特殊片内外设：
可编程等待电路（便于与慢速设备接口）
数字锁相电路 PLL（有利系统稳定）
Two basic architectures: “Von Neumann“- Architecture “Harvard“ – Architecture
“Von Neumann” - Architecture: Shared memory space between code and data Shared memory busses between code and data “Harvard” – Architecture: Two independent memory spaces for code and data Two memory bus systems for code and data? 如Intel的CPU（Intel 80x86）、Motorola的PowerPC等
课程介绍——开设课程宗旨（目的）

传统的“数字信处理”课程，主要讲授有关的理论和算法，我国
数字信号处理技术发展处于领先地位，基本上不讨论实现技术；

80年代末DSP芯片广泛应用， DSP厂家的技术手册则只介绍产品的功 能和性能。不利于工程应用，目前有改进，厂家提供典型实例；

我们开设这门课程的目的，通过授课、实验缩短同学开发DSP系统的 时间，提高DSP开发平台。
Wide Area Networks (LAN, WAN)） JTAG and more …
什么是DSP控制器？
Digital Signal Controller (DSC), DSP Controllers, DSP控制器

a Digital Signal Controller(DSC) is a single chip Microcomputer with a Digital Signal Processor(DSP) as core unit.
M
时域：信号滤波FIR、IIR等 频域：频谱分析FFT等 涉及多个学科，广泛应用于多个领域！
Finite Impulse Response Filter
y(n)
a
k 0
M
k
x( n k )
Infinite Impulse Response Filter
y(n)
a
k 0
k
x ( n k )

Additional Hardware Multiply Unit(s) Additional data memory addresses Arithmetic Unit(s) Additional Bus Systems for parallel access Additional Hardware Shifter for scaling and/or multiply/divide by 2 n
100 101 顺序执行 ADD Add Sub Mpy Store F1 D1
F2
D2
F3
R2 D3
F4
E2 R3
D4
E3
R4
E－执行
E4
完整的流水线
独立执行部件： F－取指 D－译码 R－读数
增加 DSP IC硬件成本换取速度；
TI DSP流水线2～8级
DSP其他特点

改进的哈佛结构、多总线：片内多条数据、地址和控制总线（ 多数DSP片外总线还是一套） 流水线技术：多个控制和运算部件并行工作 硬件乘法器:DSP核包含硬件乘法器



从广义上讲，MPU、MCU、DSP等都叫微处理器，因此，所有处理器相关 课程（微机原理、单片机、DSP、嵌入式系统）的学习有类似性，稍后介 绍。重复开设、把握学习方法
DSP的特点——多总线技术
多总线：片内多条数据、地址和控制总线。
ROM/ Flash SARAM B0 DARAM B1, B2 DARAM PAB DRAB MemoryMapped Registers
DSP技术及其应用
主讲：
天津工业大学电气工程与自动化学院 电气工程教研室 李阳
教材及参考书
DSP控制器原理及应用（第二版）
宁改娣等 科学出版社 2009.03（2011.05第六次印刷） （教材）
TMS320F2812
应用技术 2010.02（参考书）
DSP原理及电机控制应用
徐科军等 刘和平等

第四部分：微处理器课程的特点及学习方法
DSP与MCU软硬件开发比较——比较学习
课程介绍——DSP？

数字信号处理技术（Digital Signal Processing,DSP）：用数学方法对数 字信号进行处理，处理包括变化或提取相应的信息。 经典的数字信号处理方法：
Algorithm Equation

Nothing more than a Micro Computer as a single silicon chip! Guarantee cost efficient and powerful solutions for embedded control applications Over 200 independent families of µ C Both µ P – Architectures (“Von Neumann” and “Harvard”) are used inside Microcontrollers 如单片机（ Single Chip Computer ），多用于实时控制
b y (n k )
k k 1
N
Convolution
y ( n)
x ( k ) h( n k )
k 0
N
Discrete Fourier Transform
X (k )
F u
x(n) exp[ j(2 / N )nk]
n 0
N 1 x 0
N 1
什么是总线？ AB、DB、CB——3总线 外部地
址总线
单片机、8086/8088等微处理器片内、片外各有几条总线？
外部数 据总线 PRDB DRDB DWEB Control Bus On-Chip Peripherals/ Registers CPU （DSP Core）
DWAB
External Signals


什么是DSP？
3、Digital Signal Processor Core (DSP Core)

DSP核
Similar to a Microprocessor(µP), e.g. core of a computing system

Additional Hardware Units to speed up computing of sophisticated mathematical operations: