dsp 原理与开发应用技术 第1讲

1、 第一讲 绪论课程介绍（1）DSP器件(与信号处理相关器件)的2007年的销售额500亿美元，年均增长率高达40%DSP器件厂商的数量80，几乎所有的半导体器件厂商都发布或正在开发DSP产品 最大的生产商Texas Instruments（TI）最高的MIPS速率 9000 （MIPS）有经验的DSP工程师年薪在7万美元以上 希望通过本课程的学习，为大家的后期学业和就 业提供基础和帮助。课程目的课程介绍（2）先修课程：数字逻辑电路，数字信号处理，计算机文化基础 后续课程：DSP课程设计 计划学时：54（含实验10个课时）选用教材：戴明桢等编，TMS320C54X DSP结构、原理及应用，北京航

2、天航空大学出版社参考书籍：1.DSP原理及应用，李利等编著，中国水利出版社2.TMS320C5000系列DSP汇编语言程序设计，张勇等编著，西安电子科技大学出版社3.TMS320C54x DSP原理及应用，乔瑞萍等编著，西安电子科技大学4.DSP 技术的发展与应用，彭启琮等编著，高等教育出版社课程介绍（3）本课程中所介绍的 DSP ，是 数字信号处理器（ Digital Signal Processor ， DSP ）的简称，也叫 DSP 芯片，是一种具有特殊结构的微处理器，是 20 世纪科学及工程具体化最有影响力的技术之一。自 70 年代未 DSP 芯片诞生以来，在短短的三十多年时间是得到了

3、飞速的发展，已广泛应用于通信、医疗影像、雷达及声纳、高保真音乐重现、石油勘探、工业控制、军事、航空航天等领域。在这些应用领域都已经发展出很深入的 DSP 技术、特有的算法、数学及特殊的技巧。一般而言，数字信号处理是把通过时间与数值采样的信号，做各种离散量化的数值处理与计算，因此诸如快速傅立叶变换、 Z 变换、卷积运算、相关运算、最小均方法、有限脉冲响应等常用的数理分析方法，都可以利用数字信号处理实现，以提高整体的运算性能。 课程介绍（4）教学基本要求通过本课程的学习，使学生深入了解TMS320C54X系列DSP的主要结构特点硬件结构体系，掌握C54X DSP的寻址方式和指令体系，理解DSP应用

4、系统设计方法，了解DSP汇编语言开发工具的使用方法，熟练掌握利用集成开发环境CCS进行汇编语言和C语言的编辑、编译和调试的方法，能够进行常用基本运算的汇编程序设计，并掌握数学信号常用算法的DSP实现理论和方法。课程介绍（5）考试课考试成绩（闭卷考试，65）实验成绩（实验表现+实验报告，20）平时表现（15，作业+考勤）答疑时间：周四、周五晚上6:309:30地点： 北教12-110 联系人： 钟伦珑 24092585E-MAIL： llzhong课程介绍（6）教学内容1.绪论2.TMS320C54X硬件结构3.TMS320C54X指令系统4.DSP程序开发5.DSP汇编程序设计基本概念（1）D

5、SP通常包括两层概念：1.数字信号处理（Digital Signal Processing) 它所强调的是对以数字形式表现的信号进行处理和研究的方法。是一门涉及许多学科且广泛应用于许多领域的新兴学科（包括采集，变换，滤波，估值，增强，压缩，识别等处理过程）。2.数字信号处理器（Digital Signal Processor) 它所强调的是通过专用集成电路芯片，利用数字信号处理理论，在芯片上运行目标程序，实现对信号的某种处理。基本概念（2）1) 什么是信号(signal)?信号是消息的表现形式，消息则是信号的具体内容消息：通过语言、文字、图像、数据等媒体表达的感觉、思想、意见信号：声、光、电等

6、 Anything that bears information can be considered as a signal基本概念（3）2) 从模拟到数字连续信号：在某个时间区间，除有限间断点外所有瞬时均有确定值。模拟信号：是连续信号的特例。时间和幅度均连续。离散信号：时间上不连续，幅度连续。数字信号：幅度量化，时间和幅度均不连续。基本概念（4）3）什么是信号处理？对信号进行某种“变换”以提取人们希望得到的消息4）数字信号处理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，以得到符合人们需要的信号形式基本概念（5）5）实时实时的定义

7、因具体应用而异。一般而言，对于逐样本(sample-by-sample) 处理的系统 如果 sample process我们就称这个系统满足实时性的要求。比如，滤波器，采样频率1kHz, 运算在1ms内完成宏观上的及时，比如奥运的转播DSP系统的优点（1）1.精度高模拟网络元件（R、L、C等）模拟网络系统数字系统DSP、D/A精度10-3精度10-3很难17位字长DSP系统的优点（2）2.可靠性强信号放大器A信号放大器B计算机A计算机BA、B结果可能不同A、B结果果相同只要误差不超过0、1判决电平DSP系统的优点（3）3.集成度高DSP系统表面贴装ASIC芯片DSPCPLDFPGA开发压缩体积

8、降低成本DSP系统的优点（4）4.接口方便以现代数字技术为基础的系统或设备都是兼容的，系统接口方便。5.灵活性好DSP系统DSPCPLDFPGA可编程可编程可编程改变软件不同的功能硬件更简单DSP系统开发周期大大缩短DSP系统的优点（5）6.保密性好DSP系统DSPCPLDFPGA保密性好隐蔽内部总线地址变化做成ASIC保密性能几乎无懈可击DSP系统的优点（6）7.时分复用系统n信道1信道2信道n信号的采样频率与DSP系统的运算速度相比较低的场合。实时性要求不高的场合。 应用场合系统2系统1DSP系统DSP系统的优点（7）案例:滤波。滤波就是对信号进行处理，以改善其特性。可以有两种方式：微处理

9、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。信号处理方式的比较 比较因素 模拟方式 数字方式灵活性 修改硬件设计，或调整硬件参数改变软件精度元器件精度设置A/D的位数和计算机字长算法可靠性和可重复性受环境温度、湿度、噪声、电磁场等的干扰和影响大不受这些因素的影响集成度尽管已有一些模

10、拟集成电路，但品种较少、集成度不高、价格较高DSP器件体积小、功能强、功耗小、一致性好、使用方便、性能/价格比高实时性除开电路引入的延时外，处理是实时的由计算机的处理速度决定高频信号的处理可以处理包括微波毫米波乃至光波信号按照奈准则的要求，受S/H、A/D和处理速度的限制数字信号处理的实现方法（1）软件实现硬件实现软硬件结合实现法数字信号处理的实现方法（2）1. 软件实现按照原理和算法，编写程序或利用现有的程序在计算机上实现。Mathworks公司的MATLAB软件可以说是这方面成功的范例。这种实现方法速度较慢，但经济（可重复使用，一机多用），故多用于教学和科研。2. 硬件实现是针对特定的应用

11、目标，经优化，设计一专用的软硬件系统。其优点是容易做到实时处理，缺点是设备只能专用。分立元件：用乘法器、加法器、延时器、控制器、存储器以及输入、输出接口部件实现；专用器件：例如FFT专用芯片，FIR滤波、卷积等专用芯片，它的软件算法在芯片内部用硬件实现，只要输入数据，输出端即可得结果数字信号处理的实现方法（3）3. 软硬件结合实现法用单片机（如MCS-51、96系列等）实现缺点：只用于简单数字信号处理 。用通用的可编程DSP芯片实现这些器件一般都照顾到数字信号处理的特点，内部带有乘法器、累加器，采用流水线工作方式以及并行结构，程序和数据存储器分开，多总线，速度快，并配有适合数字信号处理的特殊指

12、令； 非常适合于通用数字信号处理的开发。用FPGA等产品实现数字信号处理算法 缺点：开发费用相对较高。DSP的应用（1）移动通信系统DSP的应用（2）DSP的应用（3）DSP的应用（4）手机已不仅仅是一个通话的工具DSP的应用（5）VOIPHFC（Hybrid Fiber-Coax）ADSL（Asymmetric Digital Subscriber Line)理想的软件无线电DSPADC音频,数字视频中频采样软件无线电BPF本振BPFADCDSP音频,数字视频LNA数字照相机数字相机框图DB DIGITAL AC-3汽车多媒体系统 高清晰度电视（HDTV）等离子体电视机家庭影院机顶盒（SET-TOP-BOX）STB（Set-Top - Box）-机顶盒 飞机驾驶模拟器CDMA Measurements with HP89400Vector Signal Analyzers全球定位系统（GPS）雷达/声纳巡航导弹F117发射激光制导灵巧炸弹美国海军EP-3电子侦察机2001年4月9日，美国间谍卫星拍摄的陵水机场的照片图像识别图像鉴别还可以举出很多例子医院用的B超、CT、核磁共振卫星遥感遥测天气预报、地震预报、地震探矿风洞试验数字化士兵、数字化战争.DSP的应用领域取决于设计者的