DSP技術(shù)及應(yīng)用(陳金鷹).pptVIP

1,信息工程學(xué)通信工程系,DSP技術(shù)及應(yīng)用,陳金鷹 副教授(博士),2,1.1 數(shù)字化的發(fā)展 1.2 DSP芯片技術(shù)的特點 1.3 DSP的應(yīng)用,主要內(nèi)容,3,“今后的時代，控制世界的國家將不是靠軍事，而是信息能力走在前面的國家?！?（美國前總統(tǒng)克林頓）,“信息時代的出現(xiàn)，將從根本上改變戰(zhàn)爭的進行方式?！?（美國前陸軍參謀長沙利文上將）,“誰掌握了信息，控制了網(wǎng)絡(luò)，誰就將擁有整個世界?！?（美國著名未來學(xué)家阿爾溫 托爾勒）,4,一、信號處理的發(fā)展,二、數(shù)字信號處理的發(fā)展,三、未來在DSP,四、數(shù)字化的優(yōu)點,五、模擬與數(shù)字各有所長,第一節(jié) 數(shù)字化的發(fā)展,5,基礎(chǔ),數(shù)字化與DSP的關(guān)系,6,1.信號處理的標志：傅氏變換（FT） 2.信號分析的作用：加深對信號特性的了解,例如,一、信號處理的發(fā)展,頻譜分布,噪聲,雜散,用頻譜儀分析信號,了解,7,3.信號處理的目的：改變信號的某些性能,信號的編碼/解碼 調(diào)制/解調(diào) 壓縮/解壓 擴頻/解擴,典型應(yīng)用,調(diào)頻伴音,彩色副載頻,殘留邊帶調(diào)制,電視信號 調(diào)制,例 如,8,二、數(shù)字信號處理的發(fā)展,1.現(xiàn)代意義上的數(shù)字信號處理是隨著數(shù)字計算機的出現(xiàn)和發(fā)展而發(fā)展的。,早期數(shù)字處理,9,2.快速傅立葉變換算法（FFT）是數(shù)字信號處理發(fā)展史上的一個重要里程碑,現(xiàn)代數(shù)字處理,（ Cooley-Tukey 1965年提出FFT ）,將傅立葉變換的時間縮短了幾個數(shù)量級,指出了數(shù)字信號處理快速算法發(fā)展方向,為實時處理帶來了希望,10,3. DSP統(tǒng)治未來成為必然,11,三、未來在DSP,程控交換機,模擬交換機,取代,GSM和CDMA,取代,模擬移動通信系統(tǒng),數(shù)碼相機,膠卷和洗印業(yè),正淘汰,數(shù)字化電視,模擬電視,取代,12,以計算機為中心的技術(shù)革命，正在改變著工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科學(xué)技術(shù)、教育、國防的面貌，正在改變?nèi)藗兊纳盍?xí)慣乃至思維習(xí)慣。,由此推論：,嶄露頭角,DSP,一路春風(fēng),13,四、數(shù)字化的優(yōu)點,模擬濾波器 數(shù)字濾波器 自適應(yīng)濾波器,1.高度的程控能力與靈活性,模擬處理系統(tǒng)升級,修改硬件設(shè)計 調(diào)整硬件參數(shù),數(shù)字處理系統(tǒng)的升級,改變軟件設(shè)置,例 如,實現(xiàn),14,2.更高的精度,模擬處理系統(tǒng) 依賴元器件精度,數(shù)字處理系統(tǒng),取決于A/D的位數(shù) 計算機字長 先進的算法,15,只要能判決 就能復(fù)原信號,3.可靠性和可重復(fù)性得到改善,模擬系統(tǒng),環(huán)境溫度 濕度 噪聲 電磁場等,干擾影響大,數(shù)字系統(tǒng),可靠性好 可重復(fù)性好,16,可靠性和可重復(fù)性的典型例子,信號,放大器A,信號,放大器B,計算機A,計算機B,A、B結(jié)果可能不同,A、B結(jié)結(jié)果相同,17,4.大規(guī)模集成,模擬系統(tǒng)： 有一些模擬集成電路 品種較少 集成度不高 價格較高,數(shù)字系統(tǒng)： DSP 體積小 功能強 功耗小 一致性好 使用方便 性能/價格比高,18,5.虛擬特性與升級,模擬系統(tǒng),數(shù)字系統(tǒng),一套系統(tǒng)對應(yīng)一種功能 升級意味著新型號系統(tǒng)的研制,一套系統(tǒng)對應(yīng)多種功能，只要裝上不同的軟件即可 升級可以只是軟件的更新,19,20,例如 信息無失真壓縮（LOSSLESS COMPRESSION） 線性相位濾波器（LINEAR PHASE FILTER） 軟件無線電技術(shù)（Software Radio ） ,6.特殊應(yīng)用,有些應(yīng)用只有數(shù)字系統(tǒng)才能實現(xiàn),21,五、模擬與數(shù)字各有所長,數(shù)字系統(tǒng)： 由計算機的處理速度決定,1.實時性,模擬系統(tǒng)： 除開電路引入的延時外，處理是實時的,22,數(shù)字系統(tǒng)： 按照奈奎斯特準則的要求，受S/H、A/D 和處理速度的限制,2. 高頻信號的處理,模擬系統(tǒng)： 可以處理包括微波毫米波乃至光波信號,23,3. 模擬與數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換,現(xiàn)實世界的信號絕大多數(shù)是模擬的 （溫度、速度、壓力等）,轉(zhuǎn) 換,模擬的電信號 （電流、電壓等）,要實現(xiàn)數(shù)字處理，就必須進行轉(zhuǎn)換。,24,第二節(jié) DSP芯片技術(shù)的特點,一、微處理器發(fā)展與分類,二、DSP的特點,三、DSP與MCU的比較,25,1. 通用CPU的發(fā)展,一、微處理器發(fā)展與分類,馮.諾依曼結(jié)構(gòu),程序與數(shù)據(jù)存儲器合二為一,C P U,程序/數(shù)據(jù)總線,地址總線,26,典型產(chǎn)品,8-bit Apple（6502） NEC PC-8000（Z80） 8086/286/386/486/ Pentium/ Pentium PowerPc、64-bit CPU（SUN Sparc、 DEC Alpha、 HP）,改CISC 復(fù)雜指令計算機為RISC 精簡指令計算機 采取各種方法提高計算速度、時鐘頻率、高速總線，多級Cashe、協(xié)處理器等 增加有存儲器（RAM/ROM）寄存器、時鐘、計數(shù)器、定時器、串/并口、有的還有A/D和D/A,發(fā)展方向,27,采用硬件乘法器和哈佛結(jié)構(gòu)設(shè)計的CPU標志DSP的誕生，如Upd7720、TMS32010 DSP獨特的設(shè)計和優(yōu)點，發(fā)展迅速，應(yīng)用廣泛,2. DSP（Digital Signal Processor）的問世,哈佛結(jié)構(gòu),程序 存儲器,CPU,數(shù)據(jù) 存儲器,地址總線,程序總線,多數(shù)據(jù)總線,多地址總線,28,二、DSP的特點,哈佛結(jié)構(gòu) 硬件乘法/累加器 多總線結(jié)構(gòu) 多DSP協(xié)調(diào)工作模式 特殊的DSP指令 多級流水線 片上測試口 硬件配置強 低功耗 運算精度高,29,1.Harvard結(jié)構(gòu)的優(yōu)點,將程序與數(shù)據(jù)存儲空間分開 各有獨立的地址總線和數(shù)據(jù)總線 取指和讀數(shù)可以同時進行 速度大大提高,MIPS-Million Instruction Per Second MFLOPS-Million Floating Operation Per Second,已達20億次浮點運算/秒， 90億次定點運算/秒,30,2. 多流水線操作技術(shù)(Pipeline),流水線深度可達8級,31,DSP利用硬件乘法器 通過MAC指令在單周期內(nèi)完成 A（k）B（nk） 這類運算的取數(shù)、乘法、累加,3. 獨立的硬件乘法器,應(yīng)用于有大量重復(fù)乘法和累加運算的： 卷積、數(shù)字濾波、FFT、相關(guān)、矩陣運算等算法中 通用計算機的乘法用軟件實現(xiàn)，用若干個機器周期,32,MACD（乘法、累加、數(shù)據(jù)移動） FIRS(一周期內(nèi)完成FIR的乘法累加存儲) LMS(一周期內(nèi)完成一次最小圴方值運算) 位倒序（ 用于FFT運算）等特殊指令,4. 特殊的DSP指令,使FFT、卷積等運算中的尋址、排序及計算速度大大提高。1024點FFT的時間已小于1ms。,例 如,33,多通道緩沖串行口(McBSP) 主機接口(HPI) DMA控制器 軟件控制等待狀態(tài)發(fā)生器 鎖相環(huán)時鐘發(fā)生器 JTAG邊界掃描邏輯電路,5. 硬件配置能力強,片 內(nèi) 具 有,34,可工作在3.3V、2.5V、1.8V、0.9V的低電壓 休眠與等待模式時大部份時鐘停止工作,6. 耗電省,7. 運算精度高,支持32位、40位、64位雙字運算、超長指令字 最高主頻可達1.1GHz，運行速度90億次/秒,35,更高的運行速度和信號處理速度 多DSP協(xié)同工作 更方便的開發(fā)環(huán)境 大量專用DSP的出現(xiàn)（DSP核） 更高的性能/價格比 更廣泛的應(yīng)用,三、DSP與MCU的比較,36,第三節(jié) DSP的應(yīng)用,一、數(shù)字化對社會和人類的影響,二、DSP的應(yīng)用舉例,四、DSP開發(fā)工具,三、DSP的市場前景,37,一、數(shù)字化對社會和人類的影響,1. 程控交換機 2. 移動通信系統(tǒng) 3. 手機已不僅僅是通話的工具 4. 數(shù)字照相機 5. 高清晰度電視（HDTV）,38,6. 等離子體電視機 7. 電視臺和電臺的數(shù)字設(shè)備 8. 家庭影