DSP原理及应用(精)上课讲义
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朝高速、低功耗方向发展。
TI的 DSP系列
目前世界上生产DSP芯片的公司主要有TI （德州仪器）公司，AD（美国模拟器件） 公司，Technologics（朗讯技术）公司和 Motorola（摩托罗拉）公司四大公司，
而TI公司则是世界上最
大的DSP芯片供应商。
TMS320系列产品就是
该公司的DSP产品。
但品种较少、集成度不高、 强、功耗小、一致性好、
价格较高
使用方便、性能/价格
比高
除开电路引入的延时外，处 由计算机的处理速度决
理是实时的
定
可以处理包括微波毫米波乃 按照奈准则的要求，
至光波信号
受S/H、A/D和处理速
一个硬件系统适用于不同的软件
第一节 DSP简介
一、DSP的发展历史大致分为四个时期： 萌芽、成长、成熟、突破。
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；
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
二、 DSP性能评价
衡量DSP性能优劣的方法有两种：
1、单位时间内能够完成的指令数（MIPS）； 2、采用一些典型操作处理能力来比较性能，
如：单位时间内完成的乘加次数或完成 基2FFT需要的指令周期数。
三、DSP应用
在近20年里，DSP芯片在信号处理，通 信，雷达等许多领域得到广泛的应用。 目前，DSP芯片的价格越来越低，性能 价格比日益提高，具有巨大的应用潜力。 它的应用主要有：
3、成熟期：87-97年 TI：TMS320C54系列（简写C54X或C5400） AD：ADSP2100系列 Lucent：DSP1600 Motorola：DSP56000
特点：都支持3.3V供电; 片上存储器较大; 都 有JTAG模块支持用户在线调试。
4、Biblioteka Baidu破期（97年以后）：
发展非常迅速，从定点——浮点 低端——高端 通用——专用
DSP原理及应用(精)
第一章 绪论 “DSP”
Digital Signals Processing
包括对信号的采集、变换、滤波、估值、 增强、压缩、识别等，是20世纪60年代前后 发展起来的并广泛应用的新兴学科。
Digital Signals Processor
是微型计算机发展的一个重要分支，也是 数字信号处理理论实用化过程的重要技术工 具。
一、总线结构
数字信号处理运算中，常见的相关运 算、卷积运算、信号滤波和各种变换算 法，大多可以归结为乘加运算的形式， 所以DSP内部的结构设计都以优化这类 运算为主要目的，而DSP的总线结构是 实现快速乘加运算的基石。
一般传统的微处理器的结构采用了冯.诺依 曼结构；另一种为哈佛结构。
在哈佛结构中，数据空间和程序空间相对独立，
2、成长期：1982-1987年
1982年，TI公司TMS32010出现，采 用了哈佛结构，有一个乘法器和一个加法 器，一次乘加操作需要390ns。
85年，TI公司的TMS32020，200ns； 87年，Motorola DSP56001， 75ns； 还有其他公司的产品：
AT&T：DSP16A； AD：ADSP2100； TI：TMS320C50；
可以有两种方式：微处理器，模拟器件。
比较优越性：
模拟滤波器（或者更一般地说，模拟电路）的性能要取决 于温度等环境因素。而数字滤波器则基本上不受环境的响。
数字滤波易于在非常小的宽容度内进行复制，因为其性能 并不取决于性能已偏离正常值的器件的组合。
一个模拟滤波器一旦制造出来，其特性（例如通带频率范 围）是不容易改变的。使用微处理器来实现数字滤波器， 就可以通过对其重新编程来改变滤波的特性。
数字信号处理的实现
1.在通用的微机上用软件实现。 2.用单片机来实现。 3.利用专门用于信号处理的可编程DSP来实现。 4.利用特殊用途的DSP芯片来实现。 5.用FPGA开发ASIC芯片实现数字信号处理算法。 6.在通用的计算机系统中使用加速卡来实现。
滤波 案例:
。滤波就是对信号进行处理，以改善其特性。
1、萌芽期： 1982年以前 为解决冯.诺依曼结构在进行数字信号处理时，总线与存
储器之间的瓶颈效应，许多公司投入了大量的人力、物力进 行探索： 78年：AMI的S2811；79年Intel2920；AT&T的DSP1 80年：AMI的S28211，NEC uPD7720 运算速度慢，开发工具严重不足，无法进行大规模开发工作。
两者之间只能通过CPU进行通信，但是有些时候，需 要数据空间和程序空间有相互访问的能力，比如，在 DSP的一些循环指令运行时，程序总线处于空闲状态， 为了提高DSP的访问能力，希望能用程序总线来访问 数据空间，提出一种改进的哈佛结构。
二、存储器配置
DSP内部大都有自己的存储器 从功能上分为：程序存储器和数据存储器； 从访问形式分：只读存储器ROM和随机存 取存储器RAM。
信号处理方式的比较
比较因素
模拟方式
修改设计的灵活性 修改硬件设计，
或调整硬件参数
数字方式
改变软件
精度 可靠性和可重复性
元器件精度
受环境温度、湿度、噪声、 电磁场等的干扰和影响大
设置A/D的位数和计算 机字长算法
不受这些因素的影响
大规模集成
实时性 高频信号的处理
尽管已有一些模拟集成电路，DSP器件体积小、功能
1.信号处理---如数字滤波，快速傅立
叶变换，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；
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/ 电视等。
四、数字信号处理系统
第二节 DSP硬件结构
为了能高速完成数字信号处理算法， DSP硬件系统有着不同于通用计算机的自 身特定的结构。
主要为四个方面：
总线结构、存储器配置、 CPU结构、 片上外设。
TI的 DSP系列
目前世界上生产DSP芯片的公司主要有TI （德州仪器）公司，AD（美国模拟器件） 公司，Technologics（朗讯技术）公司和 Motorola（摩托罗拉）公司四大公司，
而TI公司则是世界上最
大的DSP芯片供应商。
TMS320系列产品就是
该公司的DSP产品。
但品种较少、集成度不高、 强、功耗小、一致性好、
价格较高
使用方便、性能/价格
比高
除开电路引入的延时外，处 由计算机的处理速度决
理是实时的
定
可以处理包括微波毫米波乃 按照奈准则的要求，
至光波信号
受S/H、A/D和处理速
一个硬件系统适用于不同的软件
第一节 DSP简介
一、DSP的发展历史大致分为四个时期： 萌芽、成长、成熟、突破。
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；
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
二、 DSP性能评价
衡量DSP性能优劣的方法有两种：
1、单位时间内能够完成的指令数（MIPS）； 2、采用一些典型操作处理能力来比较性能，
如：单位时间内完成的乘加次数或完成 基2FFT需要的指令周期数。
三、DSP应用
在近20年里，DSP芯片在信号处理，通 信，雷达等许多领域得到广泛的应用。 目前，DSP芯片的价格越来越低，性能 价格比日益提高，具有巨大的应用潜力。 它的应用主要有：
3、成熟期：87-97年 TI：TMS320C54系列（简写C54X或C5400） AD：ADSP2100系列 Lucent：DSP1600 Motorola：DSP56000
特点：都支持3.3V供电; 片上存储器较大; 都 有JTAG模块支持用户在线调试。
4、Biblioteka Baidu破期（97年以后）：
发展非常迅速，从定点——浮点 低端——高端 通用——专用
DSP原理及应用(精)
第一章 绪论 “DSP”
Digital Signals Processing
包括对信号的采集、变换、滤波、估值、 增强、压缩、识别等，是20世纪60年代前后 发展起来的并广泛应用的新兴学科。
Digital Signals Processor
是微型计算机发展的一个重要分支，也是 数字信号处理理论实用化过程的重要技术工 具。
一、总线结构
数字信号处理运算中，常见的相关运 算、卷积运算、信号滤波和各种变换算 法，大多可以归结为乘加运算的形式， 所以DSP内部的结构设计都以优化这类 运算为主要目的，而DSP的总线结构是 实现快速乘加运算的基石。
一般传统的微处理器的结构采用了冯.诺依 曼结构；另一种为哈佛结构。
在哈佛结构中，数据空间和程序空间相对独立，
2、成长期：1982-1987年
1982年，TI公司TMS32010出现，采 用了哈佛结构，有一个乘法器和一个加法 器，一次乘加操作需要390ns。
85年，TI公司的TMS32020，200ns； 87年，Motorola DSP56001， 75ns； 还有其他公司的产品：
AT&T：DSP16A； AD：ADSP2100； TI：TMS320C50；
可以有两种方式：微处理器，模拟器件。
比较优越性：
模拟滤波器（或者更一般地说，模拟电路）的性能要取决 于温度等环境因素。而数字滤波器则基本上不受环境的响。
数字滤波易于在非常小的宽容度内进行复制，因为其性能 并不取决于性能已偏离正常值的器件的组合。
一个模拟滤波器一旦制造出来，其特性（例如通带频率范 围）是不容易改变的。使用微处理器来实现数字滤波器， 就可以通过对其重新编程来改变滤波的特性。
数字信号处理的实现
1.在通用的微机上用软件实现。 2.用单片机来实现。 3.利用专门用于信号处理的可编程DSP来实现。 4.利用特殊用途的DSP芯片来实现。 5.用FPGA开发ASIC芯片实现数字信号处理算法。 6.在通用的计算机系统中使用加速卡来实现。
滤波 案例:
。滤波就是对信号进行处理，以改善其特性。
1、萌芽期： 1982年以前 为解决冯.诺依曼结构在进行数字信号处理时，总线与存
储器之间的瓶颈效应，许多公司投入了大量的人力、物力进 行探索： 78年：AMI的S2811；79年Intel2920；AT&T的DSP1 80年：AMI的S28211，NEC uPD7720 运算速度慢，开发工具严重不足，无法进行大规模开发工作。
两者之间只能通过CPU进行通信，但是有些时候，需 要数据空间和程序空间有相互访问的能力，比如，在 DSP的一些循环指令运行时，程序总线处于空闲状态， 为了提高DSP的访问能力，希望能用程序总线来访问 数据空间，提出一种改进的哈佛结构。
二、存储器配置
DSP内部大都有自己的存储器 从功能上分为：程序存储器和数据存储器； 从访问形式分：只读存储器ROM和随机存 取存储器RAM。
信号处理方式的比较
比较因素
模拟方式
修改设计的灵活性 修改硬件设计，
或调整硬件参数
数字方式
改变软件
精度 可靠性和可重复性
元器件精度
受环境温度、湿度、噪声、 电磁场等的干扰和影响大
设置A/D的位数和计算 机字长算法
不受这些因素的影响
大规模集成
实时性 高频信号的处理
尽管已有一些模拟集成电路，DSP器件体积小、功能
1.信号处理---如数字滤波，快速傅立
叶变换，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；
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/ 电视等。
四、数字信号处理系统
第二节 DSP硬件结构
为了能高速完成数字信号处理算法， DSP硬件系统有着不同于通用计算机的自 身特定的结构。
主要为四个方面：
总线结构、存储器配置、 CPU结构、 片上外设。