DSP数字信号处理

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∙DSP的应用

∙DSP的优缺点：

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数字信号处理

DSP数字信号处理(Digital Signal Processing，简称DSP)是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。20世纪60年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。数字信号处理是一种通过使用数学技巧执行转换或提取信息，来处理现实信号的方法，这些信号由数字序列表示。在过去的二十多年时间里，数字信号处理已经在通信等领域得到极为广泛的应用。德州仪器、Freescale等半导体厂商在这一领域拥有很强的实力。

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DSP微处理器

DSP（digital signal processor）是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号，再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。

DSP芯片，也称数字信号处理器，是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器器，其主要应用是实时快速地实现各种数字信号处理算法。根据数字信号处理的要求，DSP芯片一般具有如下主要特点：

（1）在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法；

（2）程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据；

（3）片内具有快速RAM，通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问；

（4）具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持；

（5）快速的中断处理和硬件I/O支持；

（6）具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器；

（7）可以并行执行多个操作；

（8）支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。

当然，与通用微处理器相比，DSP芯片的其他通用功能相对较弱些。

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轻松体验DSP

第一种商品化的IC 数字信号处理器是英特尔的2920，早在1979 年就在取代全双工、1200bps 数字硬调制解调器中的模拟滤波器组了。同时，迅速增多的微处理器和外设提高了处理以数字表示信号的可行性。那时几乎任何商业化信号处理任务都需要模拟计算，伴有复杂的反馈回路和补偿电路来维持稳定性。各种依赖位片处理器小型电脑和数据采集硬件的技术都极其昂贵，并且通常只适合于研究人员。能够经济地把信号数字化，并在数字领域进行数学计算，从而减少漂移和其它用模拟技术处理也很昂贵的不精确条件，这种逻辑很有吸引力，它直接导致今天市场上出现多种系列的DSP。

目前，某种形式的DSP 安装在从自动应答电话机到洗衣机等各种产品的中心部位，很容易使人忘记这场变革就发生在最近。直到最近，通用微控制器和DSP 芯片之间的巨大差别还使许多嵌入式系统工程师觉得：数字信号处理是门困难的学科。这种感觉来源于第一代DSP 的架构和编程要求，这一代DSP 往往设计用来实现数字滤波器。不过，在卷入DSP 对比微控制器的争论之前，你也许要问，为什么使用数字滤波器？DSP 还适合于别的什么领域？使用数字滤波的经典理由是，你可以实现线性相位FIR （有限脉冲响应）滤波器，它保持了音频处理等应用中的信号保真度。当你正在尝试处理传感器信号时，避免由于不相等的组延迟（由非线性相位-频率响

应特性引起）导致的信号失真可能也是很关键的。正如任何已经尝试过的人所知道的那样，用模拟技术制造线性相位滤波器几乎是不可能的，相比之下，DSP 和软件滤波器工具箱使这种实现不费吹灰之力。

假如你使用针对控制系统建模的仿真工具，你一定知道来自Mathworks 的Matlab 和Simulink 等工具也可以建立DSP 算法的模型，并自动生成代码，你可以把这些代码移植到各种硬件目标。不过，数字信号处理的能力其实起始于滤波器应用。例如，软件工具也可以毫不费力地实现FFT（快速傅里叶变换）。然后，你可以对连续时间信号的快照做频率分析。假如你有很多传感器输出要处理，以得到关键的实时控制响应，那么DSP 通常是惟一的答案。

初学者工具包帮你建立信心

假如你第一次接触数字信号处理，你很可能想得到更多背景信息。不过，阅读产品的相关资料无法取代亲自尝试它们，而初学者工具包提供了一种获得体验的轻松方式。今天，与微控制器最相像的DSP 系列就是摩托罗拉的DSP56F800，它主要针对实时控制应用。例如，F805 核心包括一个16 比特定点引擎，该引擎运行在双哈佛架构上，以实现对程序和数据存储器的三路并行访问。

摩托罗拉的片上仿真技术通过一个JTAG 标准的端口来提供系统内调试能力。该器件是144 引脚LQFP 封装。

开发支持来自DSP56F805EVM，它包含一个130mm×165mm 印制电路板、CodeWarrior IDE 和一个SDK（软件开发工具包），价格为299 美元。该印制电路板上装有处理器，还有一个128k×16比特SRAM（外部代码和数据各为64k 字）、一个RS-232 端口，以及一个“并口至JTAG”接口，便于基于PC 的调试。一个正交解码器/霍尔效应接口和专用的马达控制逻辑给伺服控制等应用带来了便利。各个跳线器选择不同的运行模式，多个起始码准备信号和I/O，用于轻松连接。

CodeWarrior 安装的文档很有用地包括了56F805 的硬件参考手册和数据表，以及该IDE 的用法说明和参考手册。要想迅速开始，请查看开发板的在线硬件手册，并确保所有跳线器都处在默认位置。接着，把并口连接到你的PC，并尝试这些在线手册的“瞄准DSP56F805”(Targeting DSP56F805) 部分。这部分包括一个简要的指南，它示范如何创建、编译和链接F805 代码。在默认情况下，CodeWarrior 使用“项目用具” (project stationery) 来构造新的项目。这个方法自动创建和解开各种依赖处理器的功能、库、链接器命令和你的代码之间的依赖性。假如你正用 C 语言编程，用具还可以进行启动文件的创建，以分配和初始化系统内存；你可以选择“空项目”并自己控制这些进程。你可以在CodeWarrior 的编辑器里无缝地混合和匹配 C 语言代码和汇编代码。

假如你使用预制用具，那么项目窗口会打开，显示代码、支持和库子目录；把它们展开，就可以访问恰当的资源，然后你可以编辑这些资源。在项目窗口内选择“运行” (run) 图标，默认的设定就会编译、链接并下载模板程序到开发板的外部SRAM。线程窗口会打开，让你查看栈、变量和源代码，还有执行控制，比如设置/清除断点、运行、终止以及多种单步运行选项。