数字信号处理与DSP器件：第一章 DSP的概念、特点、选型、系统实例

1、1第一章 DSP的概念、特点、选型、系统实例2一、DSP概念 3DSP的概念数字信号处理(Digital Signal Processing)数字信号处理器(Digital Signal Processor)4数码相机的数字信号处理(Digital Signal Processing)架构5一款相机中的数字信号处理器(Digital Signal Processor)6MP3的数字信号处理(Digital Signal Processing)架构 7DLP 投影的数字信号处理(Digital Signal Processing)架构 8PDA手机的数字信号处理(Digital Signal P

2、rocessing)架构 9二、中山大学微电子系创新实验室设计的DSP系统双通道数字锁相放大器的功能 锁相放大器的核心算法是相关算法，其结构框图如下图所示。 信号+噪声提取出的信号 双通道数字锁相放大器的结构框图通过相关检测，输入信号中叠加的噪声被去除 ，再经过下面的运算就可以得到信号的幅度值。 基于LOCKIN技术的GMR生物传感器检测系统数字锁相放大器系列研发和应用积累早期科研型MS-520早期教学型MD-501(Analog)近期科研型LRA-520近期教学型MD-501用自制锁相放大器搭建的弱磁信号检测系统基于自制锁相放大器核心模块研制的海洋病毒细菌磁传感检测仪早期型号应用于光栅光谱分

3、析早期型号应用于红外镀膜监控数字锁相放大器系列同国际同行对比17PDC（Portable Digital Controller） 18大行程纳米精度定位系统的控制系统 19三、DSP设计的学习方法与学院配合的学习条件 20学习方法动手做是根本 充分利用工具 虚心请教 团队精神 多利用网络 多去市场调查，观察 21需要掌握的学习软件 Protel 制图软件（必须掌握）C51（常用单片机开发软件） Matlab（数字信号处理模拟软件 ）CCS （Ti的DSP开发软件） Codevsion AVR 单片机的开发软件Labview（上位机虚拟仪器软件,效率非常高） AutoCAD （机械设计） 串口调

4、试助手 字模提取软件 22主要参考书籍 -Oppenheim 刘树棠 -【加】Joyce Van de Vegte 侯正信 王安国 译ICETEK-VC5416/F2812 -上机系统说明书自编教材23中山大学理工学院创新实验室管理规范仪器配套团队交流深入细致25国家教学示范中心创新实验室对于微电子专业学生是较好的实践基地，条件相对完善进入实验室必须遵守的管理条例出入管理（多位学生同时提出申请，本人签名，然后去陈栩江老师处登记学生卡）有师兄常年值班,提供技术支持()实验室物理楼404房间 26各种器件及开发工具27实验经费的获得学院每年鼓励学生课外课题申请 25个人为一组，提出感兴趣的DSP方

5、案，寻找一位指导老师，可以申请10002000元额度的经费学校教务处支持学生课外科研 每年都有、额度数千元某些项目可以活动国家大学生课外课题支持 支持力度10000元以内，注意申请参与老师的科研 可以获得直接的经费，创新实验室每年都有相关课题的经费提供，同学们可以参与。28四、DSP器件的特点 29概念数字信号处理是利用计算机或专用处理设备，以数字形式对信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等处理，以得到符合需要的信号形式。DSP器件就是为了满足数字信号处理而制造的一类专用微处理器 数字信号处理系统组成DSP器件需要具有什么样的特点?31DSP器件的特点哈佛结构，程序空间和数据空间分

6、开，可同时取指令和操作数 流水线结构 多处理单元，一些特殊算法可在芯片内部用硬件实现以提高运行速度指令周期短运算精度高硬件配置强32五、主要DSP芯片厂商及其产品 33德州仪器（TI） TI公司在市场上主要有三大系列产品： 面向数字控制、运动控制的TMS320C2000系列 面向低功耗、手持设备、无线终端应用的TMS320C5000系列面向高性能、多功能、复杂应用领域的TMS320C6000系列德州仪器公司网站介绍： 34 德州仪器（TI）1 GHz和1.25 GHz的双核TMS320C6657 35 TMS320F2802760 MHz (16.67-ns Cycle Time)16 x 1

7、6 and 32 x 32 MAC Operations 16 x 16 Dual MAC Harvard Bus Architecture Atomic Operations Code-Efficient (in C/C+ and Assembly) Low Device and System Cost: Single 3.3-V Supply Integrated Power-on Reset and Brown-out Reset Clocking: 2 Internal Zero-pin Oscillators On-chip Crystal Oscillator/External C

8、lock Input Dynamic PLL Ratio Changes Supported Watchdog Timer Module Up to 22 Individually Programmable, Multiplexed GPIO PinsThree 32-Bit CPU Timers Independent 16-bit Timer in Each ePWM Module On-Chip Memory TI公司的PICCOLO的最新中低端DSP器件，处理速度60MHZ， TMS320F28027 参考价格20元/片 性价比非常高。36 TMS320F28027 structure

9、：37美国模拟器件公司（AD）ADI公司在DSP芯片市场上也占有一定的份额，相继推出了一系列具有自己特点的DSP芯片AD公司的产品性能不错，但是在国内能够获得的支持较少38Freescale公司(Motorola半导体部更名) DSP563XX 基于DSP56800E内核，集成了高级功能，可显著提高性能，简化系统设计，降低系统成本56800/E - 数字信号控制器 (DSC) 兼具DSP性能以及微控制器简便易用的控制功能StarCore MSC8100 DSP片上系统设备产品系列提供极高的信道密度，同时保持系统的稳定性、可扩展性和可升级性39 目前我们实验室主要使用的是MC56F8346，MC

10、56F8356等；特点：稳定,资源丰富,抗干扰能力强，开发过程简单；相关网站： 40飞思卡尔DSP/DSC写入器适用于Freescale DSC 56800/E（数字信号控制器）系列。能够对片内Flash进行擦除、写入，在线调试片内程序，实时查看程序运行状况，快速定位程序的错误，支持CodeWarrior for DSC56800E v8.3集成开发环境。Freescale DSC 56800/E（数字信号控制器）系列41Microchip公司推出的DSPIC系列 dsPIC兼容了单片机和DSP的优点，具有下列特点：丰富的外围部件；完整的DSP引擎；改进的中断能力；Flash存储器，灵活的重编

11、程能力；强大的开发环境；使用优化的高级语言；方便PIC系列单片机用户移植现有的代码；熟悉的类似单片机的用户开发平台。42 网站访问：国内代理：福州贝能公司，广州有技术支持；网站.DSPIC系列 43六、DSP器件的选型 44选型参数运算速度 各个芯片运算速度的衡量标准主要有： MIPS( Millions of Instructions Per Second ) 指令周期 FFT/FIR执行时间 45选型参数运算精度 一般定点DSP芯片的字长为16位、24位或者32 位，其特点是主频高、速度快、成本低、功耗小，主要用于计算复杂度不高的控制、通信、语音/图像、消费电子产品等领域。浮点芯片的字长为

12、32位，适合于运算复杂度高，精度要求高的应用场合因此说，运算精度要求是一个折衷的问题，需要根据经验等来确定一个最佳的结合点。 46选型参数字长 字长大小是影响成本的重要因素，它影响芯片的大小、引脚数以及存储器的大小一般浮点DSP芯片都用32位的数据字，大多数定点DSP芯片是16位数据字设计时在满足性能指标的条件下，尽可能选用最小的数据字。 47选型参数片内资源安排 包括存储器的大小，片内存储器的数量，总线寻址空间等通过对算法程序和应用目标的仔细分析可以大体判定对DSP芯片片内资源的要求必须考虑片内RAM和ROM的数量、可否外扩存储器、总线接口/中断/串行口、A/D转换等。 48选型参数开发调试

13、工具 软件开发工具 主要包括：C编译器、汇编器、链接器、程序库、软件仿真器等硬件开发工具 包括在线硬件仿真器和系统开发板49选型参数功耗与电源管理 个人数字产品、便携设备和户外设备等对功耗有特殊要求芯片的低电压供电，通常有3.3V、2.5V，1.8V，0.9V等，在同等时钟频率下功耗远低于5V供电的芯片。通常用休眠、等待模式等方式节省功率消耗。例如TI公司提供了详细的、功能随指令类型和处理器配置而改变的应用说明。 50选型参数价格及售后 价格包括DSP芯片的价格和开发工具的价格昂贵的DSP芯片，其应用范围也肯定受到一定的限制低价位的芯片功能较少、性能上较差，带给编程一定的困难根据实际系统的应用

14、情况，确定一个价格适中的 DSP芯片。还要充分考虑厂家提供的的售后服务等因素51选型参数其他 封装形式环境要求供货周期生命周期52七、DSP应用选型举例与发展趋势 53应用举例54应用举例面向数字控制、运动控制主要有磁盘驱动控制、引擎控制、激光打印机控制、喷绘机控制、马达控制、电力系统控制、机器人控制、高精度伺服系统控制、数控机床等。55直流无刷电动机控制系统 系统要求直流无刷电机运行过程要进行转速控制和换相控制需要有位置反馈机制来计算转子速度，再利用PI或PID控制实现定子电流调节56Motorola的数字信号处理器DSP568xx系列整合了DSP快速运算功能和单片机外围丰富的特点对直流无刷

15、电机的控制就是这一系列DSP的典型应用之一选型举例 Motorola57DSP的发展趋势无线应用仍将是可编程DSP市场的驱动引擎 是访问窄带、宽带或是无线互联网的主要手段是新兴的分组(IP)电话市场的关键技术是整个半导体工业的技术驱动力。数字革命促进了高性能 DSP的广泛应用，在消费电子产品上的发展更为引人注目，整体来看，DSP应用在通讯领域、数字影音的产品将越来越普及。58作 业1、调研： (Ateml) Mega16、（Ti）TMS320C6670、（AD）ADAU1442/ADAU1445/ADAU1446 、 （Microchip） dsPIC30F4013 、（Freescale） 56F8346几个公司的DSP器件，列表对比其主流芯片的性能（主要性能指标：速度、