工学DSP技术课件1-8章

DSP技术及应用张占强dzxzzq@163.com2023/7/281DSP技术及应用DSP技术及应用张占强dzxzzq@163.com202课程的目标介绍典型的DSP处理器的硬件系统、软件系统、以及开发环境；在DSP处理器上编程实现基本的通用运算，如加减乘除等；在DSP实验箱上学习和熟悉所学内容在DSP处理器上编程实现“数字信号处理”课程所学习的主要算法，如数字滤波器的设计和实现等2023/7/282DSP技术及应用课程的目标介绍典型的DSP处理器的硬件系统、软件系统、以及开《DSP技术及应用》主编吴冬梅张玉杰北京大学出版社基本教材2023/7/283DSP技术及应用《DSP技术及应用》主编吴冬梅张玉杰北京大学出版社基本参考书目1.《TMS320C54XDSP硬件开发教程》清源科技2.《TMS320C54XDSP应用程序设计教程》清源科技3.《DSP算法、应用与设计》（英文版）4.2023/7/284DSP技术及应用参考书目1.《TMS320C54XDSP硬件开发教程》清源课程的内容安排第一章绪论第二章TMS320C54x的硬件结构第三章TMS320C54x的指令系统第四章TMS320C54x的软件开发第五章DSP集成开发环境（CCS）第六章DSP片内外设（可编程定时器）第八章TMS320C54x应用系统设计举例（正弦信号发生器、FIR数字滤波器）2023/7/285DSP技术及应用课程的内容安排第一章绪论2023/7/285DSP技术及应考核方式学时：48学时，讲课：42学时，实验：6学时闭卷考试总评成绩=考试成绩×80%+平时成绩（20分）平时成绩：作业、实验、点名2023/7/286DSP技术及应用考核方式学时：48学时，讲课：42学时，实验：6学时2023第一章绪论内容提要●

数字信号处理概述●可编程DSP芯片●TMS320系列

DSP概述●

DSP系统设计概要2023/7/287DSP技术及应用第一章绪论内容提要●数字信号处理概述x(t)抗混叠滤波器A/D转换器x(n)y(n)y(t)数字信号处理器D/A转换器平滑滤波器1.1概述图1.1数字信号处理系统框图2023/7/288DSP技术及应用x(t)抗混叠A/Dx(n)y(n)y(t)数字信号处理器DDSP(Digitalsignalprocessor)——数字信号处理器DSP(Digitalsignalprocessing)——数字信号处理的理论和方法DSP技术是通过数字信号处理器来实现数字信号处理的算法。1.1.1DSP与DSP技术2023/7/289DSP技术及应用DSP(Digitalsignalprocessor)微处理器：通用处理器(GeneralPurposeProcessor)

MCU(MicroControllerUnit)多点控制单元，又称单片微机(SingleChipMicrocomputer)

DSPARM（AdvancedRISCMachines）

1.1.1DSP与DSP技术2023/7/2810DSP技术及应用微处理器：1.1.1DSP与DSP技术2023/7/1．数字信号处理的理论和方法的发展；算法的研究，如何用最小运算量和存储器的最小使用量来完成指定任务2．DSP处理器性能的提高。

1.1.2DSP技术发展的两个领域2023/7/2811DSP技术及应用1．数字信号处理的理论和方法的发展；1.1.2DSP技术发1.1.3数字信号处理的实现方法（1）在通用型计算机上用软件实现。

C语言、汇编或MATLAB语言等编程（2）在通用计算机系统中加上专用的加速处理器实现。（3）在通用的单片机（MCS-51、MCS-96系列）上实现。（4）用通用型可编程DSP芯片来实现。（5）用专用型DSP芯片实现。2023/7/2812DSP技术及应用1.1.3数字信号处理的实现方法（1）在通用型计算机上用软1.1.4DSP系统的特点（1）精度高，抗干扰能力强，稳定性好。（2）编程方便，易于实现复杂算法。（3）可程控。（4）接口简单。（5）集成方便。2023/7/2813DSP技术及应用1.1.4DSP系统的特点（1）精度高，抗干扰能力强，稳定

DSP芯片是一种特别适合于进行数字信号处理运算的处理器，其主要应用是实时快速地实现各种数字信号处理算法。

1.2可编程DSP芯片2023/7/2814DSP技术及应用DSP芯片是一种特别适合于进行数字信号处理1．改进的哈佛结构

DSP芯片普遍采用数据总线和程序总线分离的哈佛结构或改进的哈佛结构,比传统处理器的冯·诺伊曼结构有更快的指令执行速度。1.2.1DSP芯片的结构特点2023/7/2815DSP技术及应用1．改进的哈佛结构1.2.1DSP芯片的结构特点2023冯.诺依曼结构哈佛结构1.2.1DSP芯片的结构特点程序与数据存储器CPUADB程序存储器CPU数据存储器ABDBABDB2023/7/2816DSP技术及应用冯.诺依曼结构哈佛结构1.2.1DSP芯片的结构特点程序与1.2.1DSP芯片的结构特点改进的哈佛结构程序存储器CPU数据存储器ABDBABDB2023/7/2817DSP技术及应用1.2.1DSP芯片的结构特点改进的哈佛结构程序存储器CP(1)冯·诺伊曼（VonNeuman）结构该结构采用单存储空间，即程序指令和数据共用一个存储空间，使用单一的地址和数据总线，取指令和取操作数都是通过一条总线分时进行。

1.2.1DSP芯片的结构特点2023/7/2818DSP技术及应用(1)冯·诺伊曼（VonNeuman）结构图1.2.1冯·诺伊曼结构CPUI/O口ROM串行接口RAM并行接口外部存储器接口地址总线AB数据总线DB1.2.1DSP芯片的结构特点2023/7/2819DSP技术及应用图1.2.1冯·诺伊曼结构I/O口ROM串行接口RAM并行（2）哈佛（Harvard）结构该结构采用双存储空间，程序存储器和数据存储器分开，有各自独立的程序总线和数据总线1.2.1DSP芯片的结构特点2023/7/2820DSP技术及应用（2）哈佛（Harvard）结构该结构采外部管理数据总线外部管理地址总线数据总线数据地址总线程序数据总线程序地址总线CPUI/O口ROM串行接口RAM并行接口外部存储器接口图1.2.2哈佛结构外部管理数据总线外部管理地址总线数据总线数据地址总线程序数据总线程序地址总线1.2.1DSP芯片的结构特点2023/7/2821DSP技术及应用外部管理数据总线外部管理地址总线数据总线数据地址总线程序数据（3）改进型的哈佛结构改进型的哈佛结构是采用双存储空间和数条总线，即一条程序总线和多条数据总线。1.2.1DSP芯片的结构特点2023/7/2822DSP技术及应用（3）改进型的哈佛结构改进型的哈佛结构2．采用多总线结构TMS320C54x系列内部有P、C、D、E等4组总线，每组总线中都有地址总线和数据总线，这样在一个机器周期内可以完成如下操作：①从程序存储器中取一条指令；

②从数据存储器中读两个操作数；

③向数据存储器写一个操作数。

1.2.1DSP芯片的结构特点2023/7/2823DSP技术及应用2．采用多总线结构TMS320C54x系列内部有P、C、D3．采用流水线技术（pipeline）1.2.1DSP芯片的结构特点2023/7/2824DSP技术及应用3．采用流水线技术（pipeline）1.2.1DSP芯1.2.1DSP芯片的结构特点4．多处理单元DSP内部包括多个处理单元，如算术运算单元（ALU）、辅助寄存器运算单元（ARAU）、累加器（ACC）及硬件乘法器（MUL）等。5．特殊的DSP指令2023/7/2825DSP技术及应用1.2.1DSP芯片的结构特点4．多处理单元DS1.2.1DSP芯片的结构特点6．指令周期短7．运算精度高MIPS（millionsofInstructionsPerSecond，每秒执行百万条指令）。8．丰富的外设9．功耗低2023/7/2826DSP技术及应用1.2.1DSP芯片的结构特点6．指令周期短7．运算精度在众多的DSP芯片中，可以按照下列2种方式进行分类。

1.按数据格式分类2.

按用途分类

1.2.2DSP芯片的分类根据芯片工作的数据格式，按其精度或动态范围，可将通用DSP划分为定点DSP和浮点DSP两类。按照用途，可将DSP芯片分为通用型和专用型两大类。2023/7/2827DSP技术及应用在众多的DSP芯片中，可以按照下列2种方式进行分类。1.2.3DSP芯片的发展及趋势

1.DSP芯片的发展历程TI公司浮点、定点DSP占市场份额的60%；AD公司浮点、定点DSP分别占市场份额的16%和13%；Motorola公司浮点、定点DSP分别占市场份额的16%和13%；Lucent公司的定点DSP占5%

2.国内的DSP的发展“华睿一号”DSP芯片，由中国电子科技集团公司第十四研究所、北京国睿中数科技股份有限公司以及清华大学联合研发2023/7/2828DSP技术及应用1.2.3DSP芯片的发展及趋势1.DSP芯片的发展历1.2.4DSP芯片的应用2023/7/2829DSP技术及应用1.2.4DSP芯片的应用2023/7/2829DSP技术移动通信系统2011年10月我国的手机用户突破9.8亿户1.2.4DSP芯片的应用2023/7/2830DSP技术及应用移动通信系统2011年10月我国的手机用户突破9.8亿户1.

GSM手机框图2023/7/2831DSP技术及应用GSM手机框图2023/7/2831DSP技术Fashionhandsets2023/7/2832DSP技术及应用Fashionhandsets2023/7/2832DSPSmartphoneandMID

（MobileInternetDevice）2023/7/2833DSP技术及应用SmartphoneandMID

（MobileInt2023/7/282023/7/2834DSP技术及应用2023/7/282023/7/2834DSP技术及应用MID2023/7/2835DSP技术及应用MID2023/7/2835DSP技术及应用GPS

(GlobalPositionSystem)2023/7/2836DSP技术及应用GPS

(GlobalPositionSystem)北斗导航系统北斗卫星导航系统由空间端、地面端和用户端三部分组成。空间端包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星。地面端包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站。2023/7/2837DSP技术及应用北斗导航系统北斗卫星导航系统由空间端、地面端和用户端三部分组AirEarlyWarning，AEW

空中预警机2023/7/2838DSP技术及应用AirEarlyWarning，AEW

空中预警机20Radar/Sonar

雷达/声纳2023/7/2839DSP技术及应用Radar/Sonar

雷达/声纳2023/7/2839DSCruisemissile

巡航导弹2023/7/2840DSP技术及应用Cruisemissile

巡航导弹2023/7/2840SmartBomb2023/7/2841DSP技术及应用SmartBomb2023/7/2841DSP技术及应用2023/7/28Pilotlessaircraft

无人侦察机2023/7/2842DSP技术及应用2023/7/28Pilotlessaircraft

无人消费类电子DC/DVHDTVHomeTheaterMP32023/7/2843DSP技术及应用消费类电子DC/DVHDTVHomeTheaterMP322023/7/2844DSP技术及应用2023/7/2844DSP技术及应用汽车电子中的MCU/DSP2023/7/2845DSP技术及应用汽车电子中的MCU/DSP2023/7/2845DSP技术及生物医学工程UltrasoundCT(ComputedTomography)MRI(MagneticResonanceImaging)GammaknifeHearingAid2023/7/2846DSP技术及应用生物医学工程UltrasoundCT(ComputedT1.3TMS320系列DSP概述TI公司的DSP分类

C2x、C24x称为C2000系列，主要用于数字控制系统；C54x、C55x称为C5000系列，主要用于功耗低、便于携带的通信终端；C62x、C64x和C67x称为C6000系列，主要用于高性能复杂的通信系统，及其图像处理，如移动通信基站。2023/7/2847DSP技术及应用1.3TMS320系列DSP概述TI公司的DSP分C2000™DSPTIC55x™DSP核心:

世界上最低功耗性能比mW/MIPS的DSPs以达到0.05mW/MIPs的最低功耗性能比而具有最长的电池寿命。最佳的代码密度兼容C54x™DSP软件工作频率将达到1.1GHz最好的DSP编译器,便于使用兼容C62x™DSP软件可扩展性能达到400MIPs

最佳的C/C++控制代码效率兼容C24x™DSP软件C5000™DSPC6000™DSPTIC28x™DSP核心:

世界上第一颗针对控制进行优化的DSPTIC64x™DSP核心:

世界上具有最高性能的DSPsMotorControl

DSPPersonalDSPBroadbandInfrastruc-tureDSPTI公司主推的三大DSP系列2023/7/2848DSP技术及应用C2000™DSPTIC55x™DSP核心:

世OMAP的基本结构开放式多媒体应用平台（OMAP）是TI专门位支持2.5G和3G手机应用需求而设计的处理器体系结构（DSP＋MCU＋MTC内存和流量控制器）。2023/7/2849DSP技术及应用OMAP的基本结构2023/7/2849DSP技术及应用手机80％的DSP用的是TI的DSPCore

SOC？

——SystemOnChip2023/7/2850DSP技术及应用手机80％的DSP用的是TI的DSPCoreSOC？1.4DSP系统设计概要根据需求写出任务书确定设计目标算法研究和系统模拟实