DSP原理与应用技术王忠勇第一章-绪论

DSP原理与应用1第一章绪论一、数字信号处理技术的意义、内容二、DSP芯片及其特点三、DSP芯片的类别和使用选择四、DSP的应用和开发前景五、TMS320F2812主要特点六、TMS320F2812外部引脚和信号说明第1章绪论2▲

数字信号处理

——DigitalSignalProcessing:DSP

数字信号处理芯片——DigitalSignalProcessor

:DSPs▲

数字信号处理特点

——大量的实时计算（FIRIIRFFT），数据具有高度重复（乘积和操作在滤波、卷积和FFT中等常见）有限长单位脉冲响应（FIR）滤波器Filter无限长单位脉冲响应（IIR）滤波器FilterFIR是有限冲激响应(FiniteImpulseResponse)的简称IIR是无限冲激响应infiniteimpulseresponse的简称离散傅立叶变换（DFT）快速傅立叶变换（FFT）

何为DSP？第1章绪论3数字信号处理技术意义在21世纪，数字信号处理是影响科学和工程最强大的技术之一

它是科研人员和工程师必须掌握的一门技巧

信号处理：作用：信号改善；信号检测、估计等等方法：信号波形分析/变换；滤波；现代谱估计/分析；自适应滤波等等第1章绪论4信息系统：采集传输处理数字信号处理技术 是指数字信号处理理论的应用实现技术，它以数字信号处理理论、硬件技术、软件技术为基础和组成，研究数字信号处理算法及其实现方法。数字信号处理技术第1章绪论5数字信号处理技术第1章绪论6数字信号处理技术数字信号处理算法以数学为基础和工具，研究数字信号处理的数值计算实现方法，包括算法结构、数值特性。数字信号处理硬件技术以微电子技术为基础，研究完成数字信号处理算法的专用、通处理器结构、提高处理器速度的技术方法、数字信号处理系统设计与实现方法等。

第1章绪论7数字信号处理系统第1章绪论8典型的数字信号处理算法--乘法累加第1章绪论卷积(Convolution)离散余弦变换（DCT-DiscreteCosineTransform）压缩算法9通信72％计算机12％军品4％工业3％仪器2％消费类2％办公自动化2％数字信号处理的应用第1章绪论10数字信号处理技术实时信号处理： 系统必须在有限的时间内对外部输入信号完成指定的处理，即信号处理的速度必须大于等于输入信号更新的速度；而且从信号输入到处理后的信号输出的延迟必须足够小。例如：通信信号调制/解调，可视电话（图像压缩），VCD解压卡，工业控制，雷达，导弹制导等第1章绪论11数字信号处理技术处理器速度的提高得益于：

①器件水平

②处理器结构

③并行技术第1章绪论12数字信号处理技术微电子技术的发展IC芯片的发展基本上遵循了Intel公司创始人之一的GordonE.Moore1965年预言的摩尔定律。该定律说：芯片上可容纳的晶体管数目每18个月便可增加一倍，即芯片集成度18个月翻一番微电子技术是数字信号处理应用的基础，其技术的发展为数字信号处理技术水平的提高和应用的深入提供了不竭的动力。第1章绪论13数字信号处理技术第1章绪论14数字信号处理技术微电子技术的发展趋势系统集成芯片（SystemOnChip，SOC）技术微处理器和微控制器核心；数字信号处理（DSP）数字逻辑（包含知识产权核心和定制逻辑）；精度模拟电路，数字I/O，混合电路；相关的存储器（如SRAM或Flash块）；原型动力（可编程核心）。纳米电子技术将是微电子技术的接替者，器件特征尺寸将缩小至100～1nm第1章绪论15数字信号处理技术处理器的性能除了与微电子技术这个最本质的因素有关以外，还与处理器结构有着重要的关系提高时钟频率似乎是有限的，最好的方法是改进处理器结构，即提高并行性

提高每条指令执行的操作的数量提高每个指令周期中执行的指令的数量第1章绪论16数字信号处理技术嵌入式计算系统嵌入式计算系统是一个较泛的定义一个非桌面通用计算机的任何计算系统一个嵌入了电子元器件的计算系统一个利用应用对象的特点而专门设计的计算系统，即用户化专用计算系统。嵌入式计算系统一般对系统功能、价格、功耗、体积、速度等有严格的限制，要求对系统环境变化作出实时的快速反应。

第1章绪论17dsk6711板实物图第1章绪论18DSP在实际系统中的应用第1章绪论19本课程的主要内容数字信号（确定、随机）处理的基本方法回顾数字信号处理器（DSP）的结构DSP各主要功能模块的功能和工作原理

包括：CPU内部结构，时钟及系统控制，存储器与通用IO端口中断管理和复位，串行通信接口，事件管理器。DSP软件编程和开发包括：指令系统伪指令开发环境基于c语言的简单开发实时嵌入式系统及高速数字电路的设计与实现

第1章绪论20课程的考察形式考试40%实验30%8次实验、8份实验报告学期大作业20%查找文献，写出每人对DSP技术的理解、DSP技术及设备发展趋势的分析等平时10%

主要参考书《TMS320F2812原理与开发》苏奎峰等编著电子工业出版《TMS320C2000系列DSP原理及实用技术》何苏勤等编著TI公司网站（）上下载的各种技术手册第1章绪论21▲

数字信号处理

——DigitalSignalProcessing:DSP

数字信号处理芯片——DigitalSignalProcessor

:DSPs▲

数字信号处理特点

——大量的实时计算（FIRIIRFFT），数据具有高度重复（乘积和操作在滤波、卷积和FFT中等常见）

二、DSP及其特点

功能特点√针对数字信号处理运算特点设计√与通用处理器相比，在寻址和计算方面作了扩充和增强√在相同频率和芯片集成度下，比通用微处理器快几个

数量级

第1章绪论22▲

采用哈佛结构体系：独立的程序和数据总线，一个机器周期可同时进行程序读出和数据存取。对应的：冯·诺依曼结构。▲

采用流水线技术：▲

硬件乘法器：具有硬件连线的高速“与或”运算器▲

多处理单元：DSP内部包含多个处理单元。▲

特殊的DSP指令：指令具有多功能，一条指令完成多个动作；如：倒位序指令等，结构特点二、DSP及其特点

第1章绪论23▲

按特性分：以工作时钟和指令类型为指标分类▲

按用途分：通用型、专用型DSP芯片▲

按数据格式分：定点、浮点

各厂家还根据DSP芯片的CPU结构和性能将产品分成若干系列

TI公司的TMS320系列DSP芯片是目前最有影响、最为成功的数字信号处理器，其产品销量一直处于领先地位，公认为世界DSP霸主。三、DSP芯片类别和使用选择

第1章绪论24TexasInstruments（德州仪器）公司Agere,即LucentTechnologies（朗讯技术）公司AnalogDevies（模拟设备）公司Motorola（摩托罗拉）公司大约还有80家DSPs产商

DSPs的四大厂商第1章绪论25DSPs的四大厂商第1章绪论26▲

TMS320C1X:10,C10,C14（不常用了）▲

TMS320C2X:20,C25（不常用了）▲

TMS320C5X:C50,C51,C52,C53（不常用了）▲

TMS320C2000系列

√

TMS320C20X:C203,F206

√TMS320C24X:LF2407

√TMS320C28X:F2810,F2812▲

TMS320C5000系列:C5402,C5410,C5509▲

TMS320C6000:C6204,C6416，C6455定点芯片三、DSP芯片类别和使用选择

第1章绪论27▲

TMS320C3X:C30,C31,C32,VC33▲

TMS320C4X:C40,C44▲

TMS320C67XX:C6701,C6711,C6712

三、DSP芯片类别和使用选择

浮点芯片多处理芯片▲

TMSC8X:C80,C82

√

C——CMOS√

LC——3.3V,低功耗,CMOS

√

F——片内带Flash√

LF——3.3V,低功耗,片内带Flash√

A——芯片带加密位第1章绪论28▲

指令周期:执行一条指令所需的时间

DSP指令周期为ns级▲

MIPS：兆条指令/秒，一般为20—100MIPs▲

MOPS：兆次操作数/秒▲

MFLOPS:兆次浮点操作/秒▲

MBPS:兆位/秒

DSP的综合性能指标与芯片的处理器能力、片内、片外数据传输能力有关。。

只能作为系统设计的参考数据。性能指标三、DSP芯片类别和使用选择

第1章绪论29▲

性能:描述DSP性能的最重要的技术指标是运算速度▲

片内硬件资源：包括片内RAM、ROM的数量、I/O接口、总线驱动能力、外部可扩展的程序和数据空间等等▲

价格：量大价格便宜，厂家主推的产品，价格便宜。使用选择三、DSP芯片类别和使用选择

第1章绪论30四、DSP芯片应用和开发前景

▲

第一代：1980年左右，TexasInstrument(TI)公司：TMS32010哈佛结构：Intel公司：2920，

硬件乘法器：AMI公司S28H；NECupd7720

日立公司：61810▲

第二代：1985年左右，功能、速度、内存有突破。TI：TMS320C20;AD：ADSP2100；NEC：upd77230；Motorola：DSP5600▲

第三代：1987年左右，浮点，能用高级语言。TI:TMS320C30,AD:ADSP21000,Motorola:DSP96002▲

第四代：近几年的DSP芯片。TI公司：TMS320C2XX/C5X/C54X,TMS320C62XX/C67XX/C8X;

AD公司：ADSP210XX/211XX多处理器并行工作，多处理器系统，特殊指令，有单独的DMA总线和控制器发展第1章绪论31▲

通用数字信号处理器：自适应滤波，卷积，相关，数字滤波，FFT,希尔伯特变换，波形生成，窗函数等等。▲

语音信号处理：语音增强、识别、合成、编码、信箱等，文字/语音转换▲

图形/图像处理：三维动画，图象鉴别/增强/压缩/传输，机器人视觉等等图▲

特殊应用数字信号处理：振动和噪声分析与处理，声纳和雷达信号处理，通信信号处理,地震信号分析与处理，汽车安全及全球定位，生物医学工程等等。在医疗、军事、汽车等行业，以及通信市场、消费类电子产品等中具有广阔的市场前景。应用

DSP的应用几乎遍及电子学每一个领域。四、DSP芯片应用和开发前景

第1章绪论32▲

提高性能：应用性能、处理速度、集成度。▲

降低功耗：已从3.3V降到1.2V，电压低于1V的产品也在研发。▲

加强融合：DSP与MCU（微控制器）融合是大势所趋。▲

下降价格：近大批量应用导致价格下降。▲

拓宽应用：Internet\Audio\Video\3G\B3G等领域将大量应用。前景四、DSP芯片应用和开发前景

第1章绪论33第1章绪论34Differentfamiliesandsub-familiesexisttosupportdifferentmarkets.LowestCostControlSystemsMotorControlStorageDigitalCtrlSystemsC2000C5000

EfficiencyBestMIPSperWatt/Dollar/SizeWirelessphonesInternetaudioplayersDigitalstillcamerasModemsTelephonyVoIPC6000MultiChannelandMultiFunctionApp'sCommInfrastructureWirelessBase-stationsDSLImagingMulti-mediaServersVideoPerformance&BestEase-of-Use第1章绪论35C2000TMDigitalSignalControllersCombine

ThePowerofDSPandtheSimplicityofMCU

MathCodeEfficiencyHighLow

Control

CodeEfficiencyHighLow

C2000

DigitalSignalControllerSimplesystemcontrolIntegrationforsystemefficiencyandlowcostHighDSPperformanceDSPAlgorithmicprocessing

powerDedicatedhardwareformathintensivefunctionsControlsavvycoreFlashmemoryFlexible,robustperipheralsAnalogintegration

MCUNaturalMigrationAnMCUwiththepowerfulprocessingcoreofaDSPMCUDSP第1章绪论36C2000ControlApplicationsIndustrialDrivesServoControlHomeappliancesElectricPowerSteeringDigitalMotorControl3-phasemeteringwithPLCTorque,pressure,liquidflow,orgassensorsAutomotiveRadarSubwoofersAdvancedSensingDigitalPowerSuppliesCommercial,Industrial,&ConsumerUPSMulti-channelDC/DCconvertersSolar&WindinvertersHybridVehiclesFast,highresolutionsignalprocessingPeripheralsuiteoptimizedforcontrolapplications第1章绪论37C2000RoadmapDeviceFutureProductionDevelopmentSamplingF282xx150MIPSDMAF283xx300MFLOPSDMADelfino600MFLOPS16-bitADCC28xxxPerformanceF281x150MIPSF280xx60-100MIPSPiccolo60MIPSVREG,COMPPiccolo40MIPSVREG,COMPC28xxxIntegration第1章绪论38五、TMS320F2812主要特点

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高性能静态CMOS技术：150MHz时钟、低功耗设计、编程电压3.3V。▲

JTAG边界扫描（BoundaryScan）支持▲高性能的32位中央处理器：哈佛总线结构、双16位乘加单元、迅速的中断