第一章刘和平dsp课件.ppt
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- 第一章 和平 dsp 课件
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1、 DSP 原 理 及 应 用 主主 讲:讲:黄灿水黄灿水电电 话:话:1396099285913960992859Email Email :fzu_fzu_基于基于TMS320LF240 x系列系列选用教材:选用教材:DSPDSP原理及电机控制应用原理及电机控制应用刘和平等,北京航空航天出版社,刘和平等,北京航空航天出版社,20062006前导课程:前导课程:微机原理、单片机原理微机原理、单片机原理数字信号处理(数字信号处理(DSPDSP)理论教学:理论教学:3232学时学时实践教学:实践教学:4 4学时学时成绩评定:成绩评定: 期末考试:期末考试: 70% 上机实验:上机实验: 10% 考勤
2、和作业:考勤和作业: 20%教材与主要参考书教材与主要参考书 教材教材 DSP原理及电机控制应用原理及电机控制应用.刘和平等编著刘和平等编著.北京北京航空航天大学出版社,航空航天大学出版社,2006.11 主要参考书主要参考书 DSP基础理论与应用技术基础理论与应用技术.李哲英等编著李哲英等编著.北京北京航空航天大学出版社,航空航天大学出版社,2002.6 TMS320F206 DSP结构、原理及应用结构、原理及应用.李刚编李刚编著著.北京航空航天大学出版社,北京航空航天大学出版社,2002.5课堂授课时间分配课堂授课时间分配: (32学时学时)第第1章章 TMS320LF240 x概述概述
3、2第第2章章 TMS320LF240 x系列系列DSP内部资源介绍内部资源介绍 2第第3章章 TMS320C240 x寻址方式和指令系统寻址方式和指令系统 6第第4章章 CCS3.1集成调试环境集成调试环境 4第第8章章 数字量(数字量(I/O)模块)模块 2第第9章章 事件管理器模块(事件管理器模块(EVM) 8 第第10章章 AD转换模块转换模块 4第第11章章 串行外设接口模块串行外设接口模块(SPI) 第第12章章 串行通信接口模块串行通信接口模块(SCI) 第第13章章 CAN控制器模块控制器模块 第第14章章 应用实例应用实例 4第第1章章 TMS320LF240 x概述概述1.1
4、 TMS320系列系列DSP概况概况1.2 TMS320LF240 x系列芯片概述系列芯片概述1.3 TMS320LF240 x系列系列DSP CPU控制器功能结构图控制器功能结构图1.4 TMS320LF240 x系列系列DSP引脚功能介绍引脚功能介绍1.5 TMS320LF240 x系列系列DSP存储器映射图存储器映射图1.6 TMS320LF240 x系列系列DSP外设存储器映射图外设存储器映射图1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概况概况1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概况概况 1. DSP与与DSP技术技术DSP(Digital S
5、ignal Processing)-数字信数字信号处理的理论和方法。号处理的理论和方法。DSP(Digital Signal Processor)-用于数用于数字信号处理的可编程微处理器。字信号处理的可编程微处理器。DSP技术技术(Digital Signal Process)-是利是利用专门或通用数字信号处理芯片,通过数字计用专门或通用数字信号处理芯片,通过数字计算的方法对信号进处理的方法与技术。算的方法对信号进处理的方法与技术。 1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概况概况 1.1 TMS320 1.1 TMS320系列系列DSPDSP概况概况 数字信号处理系统框图
6、数字信号处理系统框图 1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概况概况 2. CPU、MCU、DSP区别与联系区别与联系 20世纪世纪70年代微处理器问世以来,一直沿着年代微处理器问世以来,一直沿着3个方向个方向发展。这三类微处理器各有其特点。虽然在技术上不发展。这三类微处理器各有其特点。虽然在技术上不断借鉴和交融,但又有各自不同的应用领域。断借鉴和交融,但又有各自不同的应用领域。 CPU:微型计算机中央处理器。(如:奔腾等):微型计算机中央处理器。(如:奔腾等) DSP:可编程的数字信号处理器。:可编程的数字信号处理器。 MCU:单片微型计算机(如:单片微型计算机(如MC
7、S-51,MCS-96等)等)1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概况概况 3. DSP技术发展的两个领域技术发展的两个领域理论理论:数字信号处理的理论和方法近年来得到迅速的:数字信号处理的理论和方法近年来得到迅速的发展,为各种实时处理的应用提供方法基础。如:声发展,为各种实时处理的应用提供方法基础。如:声音图像压缩编码,加密解密,调制解调,智能天线。音图像压缩编码,加密解密,调制解调,智能天线。应用应用:为了满足市场需求,随着微电子科学与技术的:为了满足市场需求,随着微电子科学与技术的进步,进步,DSP的性能在迅速提高。如:时钟频率达到的性能在迅速提高。如:时钟频率达
8、到2GHz及以上,处理速度每秒及以上,处理速度每秒90亿次,亿次,32位浮点运算,位浮点运算,吞吐率达到吞吐率达到2Gbit/s。两者关系两者关系:理论推动了应用,应用促进理论的发展。:理论推动了应用,应用促进理论的发展。 1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概况概况 4. DSP的实现方法的实现方法PC机软件实现。机软件实现。PC机机+专用处理机。专用处理机。专用专用DSP芯片。芯片。通用可编程通用可编程DSP芯片。芯片。单片机(单片机(51、96系列等)。系列等)。1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概况概况 5. DSP系统与模拟信号处理系
9、统相比的系统与模拟信号处理系统相比的特点特点接口简单、方便接口简单、方便精度高、抗干扰能力强,稳定性好精度高、抗干扰能力强,稳定性好编程方便、易于实现复杂算法编程方便、易于实现复杂算法可程控可程控集成方便集成方便1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概况概况 6. DSP芯片的结构特点芯片的结构特点 (1) 改进的哈佛结构改进的哈佛结构 1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概况概况 (2)多总线结构)多总线结构 多总线结构可以保证在一个机器周期内多次多总线结构可以保证在一个机器周期内多次访问程序空间和数据空间。访问程序空间和数据空间。 如:如:TM
10、S320C54x内部有内部有P、C、D、E 4 4条条总线总线(每条总线又包括地址总线和数据总线每条总线又包括地址总线和数据总线),可,可以在一个机器周期内从程序存储器取以在一个机器周期内从程序存储器取1条指令、条指令、从数据存储器读从数据存储器读2 2个操作数和向数据存储器写个操作数和向数据存储器写1个操作数,大大提高了个操作数,大大提高了DSP的运行速度。的运行速度。1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概况概况 (3) 流水线技术流水线技术(pipeline) DSP DSP处理器流水线技术是将各指令的各个步骤重处理器流水线技术是将各指令的各个步骤重叠起来执行,而不
11、是一条指令执行完成之后,才叠起来执行,而不是一条指令执行完成之后,才开始执行下一条指令。开始执行下一条指令。1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概况概况 (4)多处理单元)多处理单元 DSP内部一般包括多个处理单元,如算术逻内部一般包括多个处理单元,如算术逻辑运算单元辑运算单元(ALU)、辅助寄存器运算单元、辅助寄存器运算单元(ARAU)、累加器累加器(ACC)及硬件乘法器及硬件乘法器(MUL)等。它们可以在等。它们可以在一个指令周期内同时进行运算。一个指令周期内同时进行运算。 多处理单元结构,特别多处理单元结构,特别适用于大量乘加操作适用于大量乘加操作的矩阵运算、滤波
12、、的矩阵运算、滤波、FFTFFT、ViterbiViterbi译码等。译码等。1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概况概况 (5)指令周期短、功能强)指令周期短、功能强 采用采用4m NMOS制造工艺,早期制造工艺,早期DSP的指令周期的指令周期约约400ns,运算速度为,运算速度为5MIPS。 采用高性能采用高性能CMOS制造工艺,其运行速度更快。制造工艺,其运行速度更快。TMS320LF240 x运行速度可达运行速度可达30MIPS,使得指令周,使得指令周期缩短到期缩短到30MHz。TMS320C54x运行速度可达运行速度可达100MIPS。TMS320C6203的
13、时钟为的时钟为300MHz,运行速,运行速度达到度达到2400MIPS。 DSP指令功能强大,一条特殊指令可完成十分复指令功能强大,一条特殊指令可完成十分复杂的功能。如:杂的功能。如:TMS320C54x中的中的FIRS和和LMS指令,指令,分别用于系数对称的分别用于系数对称的FIR滤波器和滤波器和LMS算法算法。 1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概况概况 (6) 运算精度高运算精度高 早期早期DSP的字长为的字长为8位,后来逐步提高到位,后来逐步提高到16位、位、24位、位、32位。为防止运算过程中溢出,位。为防止运算过程中溢出,有的累加器达到有的累加器达到40位
14、。位。 浮点浮点DSP提供了更大的动态范围,如提供了更大的动态范围,如TMS320C3x、TMS320C4x等。等。 1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概况概况 (7)丰富的集成外设)丰富的集成外设 片内具有主机接口片内具有主机接口(HPI) 直接存储器访问控制器直接存储器访问控制器(DMAC) 外部存储器扩展口外部存储器扩展口 数模转换模块(数模转换模块(A/DA/D) 串行通信口(串行通信口(SPISPI、SCISCI) 中断处理器(中断处理器(CPUCPU) 锁相环时钟产生器(锁相环时钟产生器(PLLPLL) 测绘访问口测绘访问口(实现符合(实现符合IEEE 1
15、149.1标准在片仿真)标准在片仿真)1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概况概况 (8)功耗低)功耗低 一般一般DSPDSP芯片功耗为芯片功耗为0.54W。采用低功耗技术采用低功耗技术的的DSP芯片只有芯片只有0.1W/3.3V、1.6V(电池供电),(电池供电),如:如:TMS3205510仅仅0.25mW,特别适用于便携式,特别适用于便携式数字终端。数字终端。 1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概况概况 7. DSP芯片的分类芯片的分类(1) 按用途分类按用途分类 通用型通用型DSPDSP芯片芯片(本课程主要讨论的芯片)本课程主要讨论的芯
16、片) 一般指可以用指令编程的一般指可以用指令编程的DSPDSP芯片,适合普通的芯片,适合普通的DSPDSP应应用,如用,如TITI公司的一系列公司的一系列DSPDSP芯片属于通用型芯片属于通用型DSPDSP芯片。芯片。 专用型专用型DSPDSP芯片芯片 为特定的为特定的DSPDSP运算而设计,如数字滤波、卷积和运算而设计,如数字滤波、卷积和FFTFFT等,等,通过加载数据、控制参数或在管脚上加控制信号的方通过加载数据、控制参数或在管脚上加控制信号的方法使其具有有限的可编程能力。如法使其具有有限的可编程能力。如MotorolaMotorola公司的公司的DSP56200DSP56200(FIRF
17、IR数字滤波)。数字滤波)。 1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概况概况(2) 按数据格式分按数据格式分 定点定点 DSP 数据以定点格式工作的数据以定点格式工作的DSP芯片称为定点芯片称为定点DSP芯芯片,该芯片简单、成本较低。两种基本表示方法:片,该芯片简单、成本较低。两种基本表示方法: 主要用于控制操作、地址计算主要用于控制操作、地址计算和其他非信号处理的应用。和其他非信号处理的应用。 主要用于数字和各种信号处理算主要用于数字和各种信号处理算法的计算中。法的计算中。1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概况概况(2) 按数据格式分按数据格式
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