概论第一讲ppt课件

DSP技术与应用 李利中国水利水电出版社戴明帧 北京航空航天大学出版社彭启宗电子科技大学出版社 参考教材 学时 32 含8学时上机实验 主讲人 陈德宏 安徽工业大学电气信息学院 授课对象 自 气 仪 通 电05级 数字信号处理技术的发展 第一章绪论 信号处理在生物医学工程 仪器设备 海洋 遥感 声学 声纳 雷达 地震学 语音通信 数据通信和核子科学等不同的领域都充分显示它的重要性 信号处理主要分为时域分析和频域分析两类 时域分析和频域分析之间的关系由傅立叶变换和反变换联系起来 信号处理最基本的手段是滤波和谱分析 信号处理算法的模拟实现可靠性 灵活性差 对于某些复杂的算法实现起来困难 奈奎斯特采样理论奠定了数字信号处理的基础 60年代和70年代 数字信号处理技术以理论研究为主 美国科学家A V Oppenheim和R W Schafer共同撰写的 DIGITALSIGNALPROCESSING 是数字信号处理历史上一本里程碑式的经典著作 在数学领域 微积分 概率统计 随机过程 数值分析等都是数字信号处理的基本工具 它与网络理论 信号与系统 控制理论 通信理论 故障诊断也密切相关 近年来新兴的一些学科 如 人工智能 模式识别 神经网络等 都与数字信号处理密不可分 数字信号处理技术研究的对象从早期的确定信号拓展到平稳随机信号 非平稳随机信号 时变信号和非高斯信号等 几乎覆盖了现实生活的每一个角落 同时数字信号处理也因此成为一门具有完整体系的交叉学科 在20世纪80年代出现了专门为数字信号处理设计的电子器件 其中以DSP最引人注目 伴随着微电子技术的突飞猛进 DSP的更新步伐也越来越快 其应用扩展到军事 工业 通信等诸多领域 成为现代化技术的重要组成部分 图1 1典型的数字信号处理系统 1 1 1数字信号处理系统的构成 1 1 2数字信号处理的实现 1 在通用的微机上用软件实现 2 利用特殊用途的DSP芯片来实现 3 利用专门用于信号处理的通用DSP芯片来实现 4 用FPGA CPLD用户可编程器件来实现 1 1 3数字信号处理的特点与模拟系统 ASP 相比 数字系统具有如下特点 1 精度高 2 可靠性高 3 灵活性大 4 易于大规模集成 5 可获得高性能指标 二 DSP的发展历史 世界上第一个单片DSP芯片 1978年AMI公司发布的S28111979年Intel公司发布的2920 1980年NEC公司推出的 PD7720 有乘法器 无单周期乘法器 最成功的DSP芯片当数美国德州仪器公司 TexasInstruments 简称TI 1982年推出了第一款定点DSP芯片TMS32010 随后发展了七代 如 C1X C2X C2XX C5X C54X及C6X定点DSP 浮点运算处理器DSP发展了三代 如 C3X C4X C67X 多处理器发展了一代 如 C8X 美国模拟器件公司 AnalogDevices 简称AD 在DSP芯片市场上也占有一定的份额其定点DSP芯片有ADSP2101 2103 2105 ASDP2111 2115 ADSP2161 2162 2164以及ADSP2171 2181 浮点DSP芯片有ADSP21000 21020 ADSP21060 21062等 除了TI AD公司 Motorola公司 LUCENT公司占据剩余市场 现在世界上DSP有300多种 其中定点200多种 自1980年以来 DSP芯片的运算速度 乘法器部件占模片区 diearea 片内RAM数量 制造工艺 引脚数量得到了突飞猛进的发展 DSP芯片的应用越来越广泛 表1 1TIDSP芯片发展比较表 典型值 表1 2单片可编程DSP芯片 表1 2单片可编程DSP芯片 DigitalSignalsProcessing数字信号处理 方法 技术 什么是DSP 它有两种含义 DigitalSignalsProcessor数字信号处理器 也称DSP芯片 三 DSP芯片的特点 1 哈佛结构 2 多总线结构 3 流水线结构 4 多处理单元 5 特殊DSP指令 7 运算精度高 6 指令周期短 8 硬件配置强 四 DSP芯片的分类 1 按基础特性分 即根据DSP芯片的工作时钟和指令类型来分类 静态DSP芯片 一致性DSP芯片 2 按数据格式分 根据DSP芯片工作的数据格式来分类 定点DSP芯片 浮点DSP芯片 3 按用途分 按照DSP的用途来分类 通用型DSP芯片 专用型DSP芯片 TI公司及其DSP芯片简介 TMS320C2000 TMS320C5000 TMS320C6000系列 1 TMS320C2000系列 四个子系列 C2XX子系列 16位定点DSP 20MIPSC24X子系列 16位定点DSP 20MIPSLF240X子系列 16位定点DSP 40MIPSF28X子系列 32位定点DSP 150MIPS 价格低 具有较高的性能和适用控制领域的必要功能 广泛应用于工业自动化 电机控制 家用电器和消费电子等领域 代表器件 TMS320F206PZTMS320F240TMS320LF2407TMS320F2812 11 10 TMS320C28X是到目前为止用于数字控制领域性能最好的DSP芯片 这种芯片采用32位的定点DSP核 最高速度可达400MIPS 可以在单个周期内完成32X32位的乘累加运算 具有增强的电机控制外设 高性能的模数转换能力和改进的通信接口 具有8GB的线性地址空间 采用低电压供电 3 3V外设 1 8V核 与TMS320C24X源代码兼容 C5000系列主要应用领域为 手机 数码相机 便携式媒体播放器 电信和IP产品 2 TMS320C5000系列 1 C54X系列 16位定点DSP 100 160MIPS 2 C55X子系列 16位定点DSP 400MIPS 4 C55X ARM9系列 即OMAP平台 代表器件 5402 5409 5410 5416 5420 代表器件 5510 5509 5502 3 C54X ARM7子系列 代表器件 5470 5471 DSC21 2 TMS320C6000系列 1 C62X系列 32位定点DSP 1200 2400MIPS 2 C67X子系列 32位浮点DSP 1200 2400MIPS 3 C64X子系列 32位定点DSP 4000 8000MIPS C6000系列DSP的应用领域有 宽带通信 无线3G基站 医疗成象 无线局域网 区域用户交换机 语音识别 多媒体网关 专业音频设备 网络照相机 机器视角 安全认证 工业扫描机 高速打印机 高级加密器等 5 DSP芯片的选择 A DSP芯片的运算速度 1 指令周期 即执行一条指令所需的时间 通常以ns 纳秒 为单位 2 MAC时间 即一次乘法加上一次加法的时间 3 FFT执行时间 即运行一个N点FFT程序所需的时间 表1 3用DSP芯片实现数字滤波 B DSP芯片的价格 C DSP芯片的硬件资源 D DSP芯片的运算精度 F DSP芯片的功耗 E DSP芯片的开发工具 G 封装的形式 质量标准 供货情况 生命周期等因素 5 MOPS 即每秒执行百万次操作 4 MIPS 即每秒执行百万条指令 6 MFLOPS 即每秒执行百万次浮点操作 7 BOPS 即每秒执行十亿次操作 七 DSP芯片的应用 1 信号处理 如数字滤波 自适应滤波 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 4 图形 图像 如二维和三维图形处理 图像压缩与传输 图