DSP技术及应用第1章课件.ppt

1、第一节第一节 数字化的发展数字化的发展第二节第二节 DSPDSP芯片技术芯片技术的特点的特点第三节第三节 DSPDSP系统的设计思路系统的设计思路第四节第四节 DSPDSP的应用的应用主要内容主要内容1“今后的时代，控制世界的国家将不是靠今后的时代，控制世界的国家将不是靠军事，而是信息能力走在前面的国家。军事，而是信息能力走在前面的国家。”（美国前总统克林顿美国前总统克林顿）“信息时代的出现，将从根本上改变战争信息时代的出现，将从根本上改变战争的进行方式。的进行方式。”（美国前陆军参谋长沙利文上将美国前陆军参谋长沙利文上将）“谁掌握了信息，控制了网络，谁就将拥谁掌握了信息，控制了网络，谁就将拥

2、有整个世界。有整个世界。”（美国著名未来学家阿尔温美国著名未来学家阿尔温 托尔勒托尔勒）2一、信号处理的理论基础一、信号处理的理论基础二、数字信号处理的发展二、数字信号处理的发展三、未来在三、未来在DSP四、数字化的优点四、数字化的优点五、模拟与数字各有所长五、模拟与数字各有所长第一节第一节 数字化的发展数字化的发展3：付氏变换（付氏变换（FTFT）：加深对信号特性的了解加深对信号特性的了解 例如例如一、信号处理的理论基础一、信号处理的理论基础频谱分布频谱分布噪声噪声杂散杂散用频谱仪分析信号用频谱仪分析信号43.3.信号处理的目的：信号处理的目的：改变信号的某些性能改变信号的某些性能 信号的编

3、码信号的编码/解码解码 调制调制/解调解调 压缩压缩/解压解压 扩频扩频/解扩解扩典型应用典型应用调频伴音调频伴音彩色副载频彩色副载频残留边带调制残留边带调制电视信号电视信号调制调制例例如如54.4.信号的最基本的参数信号的最基本的参数频率和幅度频率和幅度3-30kHz:Very low frequency VLF(3-30kHz:Very low frequency VLF(潜水艇导航潜水艇导航)30-30030-300kHz:LowkHz:Low frequency LF(frequency LF(潜水艇潜水艇通信通信)30030030003000kHz:MediumkHz:Medium

4、frequency(frequency(调幅广播调幅广播)3-303-30MHz:High frequency(HFMHz:High frequency(HF)()(无线电爱好者，国际广无线电爱好者，国际广播，军事通信播，军事通信 无绳电话，电报，传真无绳电话，电报，传真)30-30030-300MHz:Very High frequency(VHFMHz:Very High frequency(VHF)()(调频调频FMFM，VHFVHF电视电视)0.30.33 3GHz:Ultra high frequency(UHF)(UHFGHz:Ultra high frequency(UHF)(U

5、HF电视，蜂电视，蜂窝电话，雷达，微波，个人通信窝电话，雷达，微波，个人通信)频率低频率低20Hz20Hz范围，称为次声波，它不能被听到，当强范围，称为次声波，它不能被听到，当强度足够大，能被感觉到。度足够大，能被感觉到。(VLF Very(VLF Verylowlowfrequency)frequency)65.5.信号分类信号分类连续信号和离散信号连续信号和离散信号模拟信号和数字信号模拟信号和数字信号确定性信号和随机信号确定性信号和随机信号7(1)(1)连续信号和离散信号连续信号和离散信号连续信号：连续信号：指随时间信号而连续变化指随时间信号而连续变化的信号。的信号。离散信号：离散信号：只

6、有在离散的时间点有确只有在离散的时间点有确定的值。它通常都是通过对连续信号定的值。它通常都是通过对连续信号采样而得到的。采样而得到的。8x(tx(t)t tx(tx(tn n)tnx(nx(n)n n采样采样模数模数保持保持转换转换(2)(2)模拟信号和数字信号模拟信号和数字信号模拟信号：模拟信号：指幅度连续的信号，通常把时间和幅指幅度连续的信号，通常把时间和幅度上都是连续的信号称之。度上都是连续的信号称之。数字信号：数字信号：时间和幅度上都是离散的信号。时间和幅度上都是离散的信号。9(3)(3)确定性信号和随机信号确定性信号和随机信号确定性信号：确定性信号：它的每一个值可以用有限个参量来唯它

7、的每一个值可以用有限个参量来唯一地加以描述。一地加以描述。例：直流信号：仅用一个参量可以描述。例：直流信号：仅用一个参量可以描述。阶跃信号阶跃信号：可用幅度和时间两个参量描述。：可用幅度和时间两个参量描述。正弦波信号：正弦波信号：可用幅度、频率和相位三个参量来描可用幅度、频率和相位三个参量来描述。述。随机信号随机信号：不能用有限的参量加以描述。也无法对：不能用有限的参量加以描述。也无法对它的未来值确定地参预测。它只能通过统计学的方它的未来值确定地参预测。它只能通过统计学的方法来描述法来描述(概率密度函数来描述概率密度函数来描述)。例：许多自然现象所发生的信号、语音信号、图象例：许多自然现象所发

8、生的信号、语音信号、图象信号、噪声都是随机信号。它们具有幅度信号、噪声都是随机信号。它们具有幅度(能量能量)随随机性、或具有发生时间上的随机性或二都兼有之。机性、或具有发生时间上的随机性或二都兼有之。106.6.信号处理信号处理滤波滤波变换变换压缩压缩估计估计识别识别117.7.数字信号处理基本学科分支数字信号处理基本学科分支数字信号滤波数字信号滤波 分为经典滤波和现代滤波。经典滤波为本科分为经典滤波和现代滤波。经典滤波为本科阶段学。主要为阶段学。主要为FIR FIR 和和IIRIIR滤波器滤波器数字信号频谱分析数字信号频谱分析FFTFFT进行谱分析进行谱分析统计频谱分析统计频谱分析12前置预

9、前置预滤波器滤波器A/D变换器变换器数字信号数字信号处理器处理器D/A变换器变换器模拟模拟滤波器滤波器模拟模拟Xa(t)PrFADCDSPDACPoF模拟模拟Ya(t)8.数字信号处理系统的基本组成数字信号处理系统的基本组成模拟信号的数字信号处理系统模拟信号的数字信号处理系统13(1)(1)前置滤波器前置滤波器将输入信号将输入信号xa(txa(t)中高于某一频率中高于某一频率(称折叠频称折叠频率，等于抽样频率的一半率，等于抽样频率的一半)的分量加以滤除。的分量加以滤除。14(2)A/D(2)A/D变换器变换器由模拟信号产生一个二进制流。由模拟信号产生一个二进制流。在在A/DA/D变换器中每隔变

10、换器中每隔T T秒秒(抽样周期抽样周期)取取出一次出一次xa(txa(t)的幅度，抽样后的信号称的幅度，抽样后的信号称为离散信号。为离散信号。15(3)(3)数字信号处理器数字信号处理器(DSP)(DSP)按照预定要求，在处理器中将信按照预定要求，在处理器中将信号序列号序列x(nx(n)进行加工处理得到输进行加工处理得到输出信号出信号y y(n(n)。16(4)D/A(4)D/A变换器变换器由一个进制流产生一个阶梯波形，是由一个进制流产生一个阶梯波形，是形成模拟信号的第一步。形成模拟信号的第一步。17(5)(5)后置滤波器后置滤波器把阶梯波形平滑成预期的模把阶梯波形平滑成预期的模拟信号。拟信号

11、。以滤除掉不需要的高频分量，以滤除掉不需要的高频分量，生成所需的模拟信号生成所需的模拟信号ya(tya(t).).18数字化数字化信息化信息化数字处理数字处理数字信号处理数字信号处理DSPDSP器件器件DSPDSP技术技术热门技术热门技术高端应用高端应用数字化与数字化与DSP的关系的关系19二、数字信号处理的发展二、数字信号处理的发展1.1.现代意义上的数字信号处理是随着现代意义上的数字信号处理是随着数字计算机的出现和发展而发展的。数字计算机的出现和发展而发展的。模拟信号模拟信号磁带磁带计算机计算机脱机脱机最初最初记录记录非实时非实时202.2.快速傅立叶变换算法（快速傅立叶变换算法（FFTF

12、FT）是数）是数字信号处理发展史上的一个重要里程碑字信号处理发展史上的一个重要里程碑（Cooley-TukeyCooley-Tukey 1965 1965年提出年提出FFTFFT）将傅立叶变换的时间缩短了几个数量级将傅立叶变换的时间缩短了几个数量级指出了数字信号处理快速算法发展方向指出了数字信号处理快速算法发展方向为实时处理带来了希望为实时处理带来了希望213.3.什么是什么是DSP1）对）对DSP的定义的定义DSP有两种含义：有两种含义：当表示当表示Digital Signal Processing时，是指数时，是指数字信号处理技术；字信号处理技术；当表示当表示Digital Signal

13、Processor时，是指一时，是指一种芯片技术。种芯片技术。在通常的表示中并不对上述两种描述进行区分，在通常的表示中并不对上述两种描述进行区分，这时是从总体上对这时是从总体上对DSP的相关技术的描述。的相关技术的描述。22DSPDSP系统系统模拟系统模拟系统数字信号数字信号模拟信号模拟信号运算过程运算过程强调控制强调控制实时处理实时处理FPGAFPGA芯片芯片DSPDSP芯片芯片模拟器件模拟器件模拟系统与数字系统的比较模拟系统与数字系统的比较23 数字信号处理以众多数学基础为工具数字信号处理以众多数学基础为工具如微积分、复变函数、概率统计、随机过程、数如微积分、复变函数、概率统计、随机过程、

14、数值分析、高等代数、线性代数、泛函数等；值分析、高等代数、线性代数、泛函数等；数字信号处理以众多学科理论为基础数字信号处理以众多学科理论为基础如网络理论、信号与系统、控制理论、通信理论、如网络理论、信号与系统、控制理论、通信理论、故障诊断等；故障诊断等；同时又是其它学科的的理论基础同时又是其它学科的的理论基础如现代控制理论（包括人工智能、模式识别、神经如现代控制理论（包括人工智能、模式识别、神经网络、模糊控制）、现代通信理论、故障理论和现代网络、模糊控制）、现代通信理论、故障理论和现代测量等。并与他们相互交叉，相辅相成，相互促进。测量等。并与他们相互交叉，相辅相成，相互促进。2）DSP所涉及的

15、相关技术所涉及的相关技术24（1 1）通用的微型计算机（）通用的微型计算机（PCPC机）上用软件（如机）上用软件（如C C、FortranFortran语言）实现。语言）实现。（2 2）用单片机（如）用单片机（如MCS-51MCS-51、9696系列等）实现，系列等）实现，这种方法只能用于一些不太复杂的数字信号处理，这种方法只能用于一些不太复杂的数字信号处理，如数字控制等。如数字控制等。（3 3）利用通用的可编程）利用通用的可编程DSPDSP（Digital Signal Digital Signal ProcessorProcessorDSPDSP）芯片实现。与单片机相比，）芯片实现。与单片

16、机相比，DSPDSP有着更适合于数字信号处理的软体和硬件资源，有着更适合于数字信号处理的软体和硬件资源，适用于复杂的数字信号处理算法。适用于复杂的数字信号处理算法。（4 4）用 专 用 的）用 专 用 的 D S PD S P（D i g i t a l S i g n a l D i g i t a l S i g n a l ProcessorProcessorDSPDSP）芯片实现。）芯片实现。3 3）实现数字信号处理的方法）实现数字信号处理的方法25（5 5）在通用的计算机系统中加上加速卡）在通用的计算机系统中加上加速卡实现。加速卡可以是通用的加速处理机，实现。加速卡可以是通用的加速处

17、理机，也可以是由也可以是由DSPDSP开发的用户加速卡。开发的用户加速卡。（6 6）用）用FPGAFPGA等可编程器件实现数字信号等可编程器件实现数字信号处理算法。处理算法。由于由于FPGAFPGA产品的发展，人们可以利用产品的发展，人们可以利用AlteraAltera、XilinxXilinx等公司的产品及其相应软等公司的产品及其相应软件结合件结合VHDLVHDL等开发语言，通过软件编程用等开发语言，通过软件编程用硬件实现特定的数字信号处理算法，如硬件实现特定的数字信号处理算法，如FFTFFT、FIRFIR等。等。264.DSP4.DSP统治未来成为必然统治未来成为必然大规模集成电路大规模集

18、成电路快速高效算法快速高效算法实际工作的需要实际工作的需要DSPDSP器件器件DSPDSP技术技术DSPDSP应用应用27三、未来在三、未来在DSP程控交换机程控交换机模拟交换机模拟交换机取代取代GSMGSM和和CDMACDMA取代取代模拟移动通信系统模拟移动通信系统数码相机数码相机胶卷和洗印业胶卷和洗印业淘汰淘汰数字电视数字电视模拟电视模拟电视取代取代28以计算机为中心的技术革命，正以计算机为中心的技术革命，正在改变着工业、农业、科学技术、教在改变着工业、农业、科学技术、教育、国防的面貌，正在改变人们的生育、国防的面貌，正在改变人们的生活习惯乃至思维习惯。活习惯乃至思维习惯。由此推论由此推论

19、：崭露头角崭露头角DSP29四、数字化的优点四、数字化的优点模拟滤波器模拟滤波器数字滤波器数字滤波器自适应滤波器自适应滤波器1.1.高度的程控能力与灵活性高度的程控能力与灵活性模拟处理系统升级模拟处理系统升级修改硬件设计修改硬件设计调整硬件参数调整硬件参数数字处理系统的升级数字处理系统的升级改变软件设置改变软件设置例例如如实现实现302.2.更高的精度更高的精度模拟处理系统模拟处理系统 依赖元器件精度依赖元器件精度数字处理系统数字处理系统取决于取决于A/DA/D的位数的位数计算机字长计算机字长先进的算法先进的算法31模拟网络元件模拟网络元件（R R、L L、C C等）等）精度精度1010-3-

20、3模拟网络系统模拟网络系统难难数字系统数字系统1717位字长位字长DSPDSP、D/AD/A精度精度1010-3-332只要能判决只要能判决就能复原信号就能复原信号3.可靠性和可重复性得到改善可靠性和可重复性得到改善模拟系统模拟系统环境温度环境温度湿度湿度噪声噪声电磁场等电磁场等干扰影响大干扰影响大数字系统数字系统可靠性好可靠性好可重复性好可重复性好33可靠性和可重复性的典型例子可靠性和可重复性的典型例子放大器放大器A放大器放大器B计算机计算机A计算机计算机BA、B结果结果可能不同可能不同A、B结结结结果相同果相同344.4.大规模集成大规模集成模拟系统模拟系统：有一些模拟集成电路有一些模拟集

21、成电路品种较少品种较少集成度不高集成度不高价格较高价格较高数字系统数字系统：DSP 体积小体积小功能强功能强功耗小功耗小一致性好一致性好使用方便使用方便性能性能/价格比高价格比高35DSPDSP系统系统表面贴装表面贴装ASICASIC芯片芯片DSPDSPCPLDCPLDFPGAFPGA开发成熟开发成熟压缩体积压缩体积降低成本降低成本365.虚拟特性与升级虚拟特性与升级一套系统对应一种功能一套系统对应一种功能升级意味着新型号系统的研制升级意味着新型号系统的研制一套系统对应多种功能，只要一套系统对应多种功能，只要装上不同的软件即可装上不同的软件即可升级可以只是软件的更新升级可以只是软件的更新37数

22、字系统数字系统相同硬件平台相同硬件平台滤滤 波波 器器语音合成语音合成马达控制马达控制软件软件1软件软件2软件软件n38DSPDSP系统系统DSPDSPCPLDCPLDFPGAFPGA可编程可编程可编程可编程可编程可编程改变软件改变软件不同的功能不同的功能硬件更简单硬件更简单DSPDSP系统开发系统开发周期大大缩短周期大大缩短6.6.灵活性好灵活性好 397.7.保密性好保密性好 DSPDSP系统系统DSPDSPCPLDCPLDFPGAFPGA可编可编程程可编可编程程保密保密性好性好隐蔽内部总线地址变化隐蔽内部总线地址变化做成做成ASICASIC保密保密性能性能几乎几乎无懈无懈可击可击408.

23、8.时分复用时分复用 信号的采样信号的采样频率与频率与DSPDSP系统的运算系统的运算速度相比较速度相比较低的场合。低的场合。系统系统n n信道信道1 1信道信道2 2信道信道n n实时性要求不实时性要求不高的场合。高的场合。应应用用场场合合DSPDSP系统系统系统系统2 2系统系统1 141例如例如信息无失真压缩信息无失真压缩（LOSSLESS COMPRESSIONLOSSLESS COMPRESSION）线性相位滤波器线性相位滤波器（LINEAR PHASE FILTERLINEAR PHASE FILTER）软件无线电技术（软件无线电技术（Software Radio Software

24、 Radio）9.特殊应用特殊应用有些应用只有数字系统才能实现有些应用只有数字系统才能实现42五、模拟与数字各有所长五、模拟与数字各有所长：由计算机的处理速度决定由计算机的处理速度决定1.1.实时性实时性除开电路引入的延时外，处理是实时的除开电路引入的延时外，处理是实时的43：按照奈奎斯特准则的要求，受按照奈奎斯特准则的要求，受S/H、A/D 和处理速度的限制和处理速度的限制2.高频信号的处理高频信号的处理：可以处理包括微波毫米波乃至光波信号可以处理包括微波毫米波乃至光波信号443.3.模拟与数字信号的转换模拟与数字信号的转换现实世界的信号绝大多数是模拟的现实世界的信号绝大多数是模拟的（温度、

25、速度、压力等）（温度、速度、压力等）转转 换换模拟的电信号模拟的电信号（电流、电压等）（电流、电压等）要实现数字处理，就必须进行转换。要实现数字处理，就必须进行转换。45第二节第二节 DSP芯片技术芯片技术的特点的特点一、微处理器发展与分类一、微处理器发展与分类二、二、DSP芯片的特点芯片的特点三、三、DSP系统的特点系统的特点四、四、DSP与与MCU的比较的比较461.1.通用通用CPUCPU的发展的发展一、微处理器发展与分类一、微处理器发展与分类冯冯.诺依曼结构诺依曼结构程序与数据存程序与数据存储器合二为一储器合二为一程序程序/数据总线数据总线地址总线地址总线47典型产品典型产品8-bit

26、 Apple8-bit Apple（65026502）NEC PC-8000NEC PC-8000（Z80Z80）8086/286/386/486/8086/286/386/486/Pentium/Pentium/Pentium Pentium PowerPcPowerPc、64-bit CPU64-bit CPU（SUN SparcSUN Sparc、DEC AlphaDEC Alpha、HPHP）改改CISC CISC 复杂指令计算机为复杂指令计算机为RISC RISC 精简指令计算机精简指令计算机采取各种方法提高计算速采取各种方法提高计算速度、时钟频率、高速总线，度、时钟频率、高速总线，

27、多级多级CasheCashe、协处理器等、协处理器等增加有存储器（增加有存储器（RAM/ROMRAM/ROM）寄存器、时钟、计数器、寄存器、时钟、计数器、定时器、串定时器、串/并口、有的还并口、有的还有有A/DA/D和和D/AD/A发展方向发展方向48采用硬件乘法器和哈佛结构设计的采用硬件乘法器和哈佛结构设计的CPUCPU标志标志DSPDSP的诞生，如的诞生，如Upd7720Upd7720、TMS32010TMS32010DSPDSP独特的设计和优点，发展迅速，应用广泛独特的设计和优点，发展迅速，应用广泛2.DSPDSP（Digital Signal ProcessorDigital Sign

28、al Processor）的问世）的问世程序程序存储器存储器数据数据存储器存储器地址总线地址总线程序总线程序总线多数据总线多数据总线多地址总线多地址总线49二、二、DSP的特点的特点哈佛结构哈佛结构 硬件乘法硬件乘法/累加器累加器多总线结构多总线结构 多多DSP协调工作模式协调工作模式特殊的特殊的DSP指令指令 多级流水线多级流水线片上测试口片上测试口 硬件配置强硬件配置强低功耗低功耗 运算精度高运算精度高501.Harvard1.Harvard结构的优点结构的优点MIPS-Million Instruction Per SecondMIPS-Million Instruction Per S

29、econdMFLOPS-Million Floating Operation Per SecondMFLOPS-Million Floating Operation Per Second已达已达2020亿次浮点运算亿次浮点运算/秒，秒，9090亿次定点运算亿次定点运算/秒秒512.2.多流水线操作技术多流水线操作技术(Pipeline)取指取指 译码译码 寻址寻址 取数取数 运算运算 存储存储取指取指 译码译码 寻址寻址 取数取数 运算运算 存储存储取指取指 译码译码 寻址寻址 取数取数 运算运算 存储存储流水线深度可达流水线深度可达8级级52DSPDSP利用硬件乘法器利用硬件乘法器通过通过M

30、ACMAC指令在单周期内完成指令在单周期内完成 A A（k k）B B（n nk k）这类运算的取数、乘法、累加这类运算的取数、乘法、累加3.3.独立的硬件乘法器独立的硬件乘法器应用于有大量重复乘法和累加运算的：应用于有大量重复乘法和累加运算的：卷积、数字滤波、卷积、数字滤波、FFTFFT、相关、矩阵运算等算法中、相关、矩阵运算等算法中通用计算机的乘法用软件实现，用若干个机器周期通用计算机的乘法用软件实现，用若干个机器周期53MACDMACD（乘法、累加、数据移动（乘法、累加、数据移动）FIRS(FIRS(一周期内完成一周期内完成FIRFIR的乘法累加存储的乘法累加存储)LMS(LMS(一周期

31、内完成一次最小圴方值运算一周期内完成一次最小圴方值运算)位倒序（位倒序（用于用于FFTFFT运算）等特殊指令运算）等特殊指令4.4.特殊的特殊的DSPDSP指令指令使使FFTFFT、卷积等运算中的寻址、排序及计算速、卷积等运算中的寻址、排序及计算速度大大提高。度大大提高。10241024点点FFTFFT的时间已小于的时间已小于1ms1ms。例例如如54多通道缓冲串行口多通道缓冲串行口(McBSP(McBSP)主机接口主机接口(HPI)(HPI)DMADMA控制器控制器软件控制等待状态发生器软件控制等待状态发生器锁相环时钟发生器锁相环时钟发生器JTAGJTAG边界扫描逻辑电路边界扫描逻辑电路5.

32、5.硬件配置能力强硬件配置能力强片片内内具具有有55 可工作在可工作在3.3V、2.5V、1.8V、0.9V的低电压的低电压 休眠与等待模式时大部份时钟停止工作休眠与等待模式时大部份时钟停止工作6.6.耗电省耗电省7.7.运算精度高运算精度高 支持支持32位、位、40位、位、64位双字运算、超长指令字位双字运算、超长指令字 最高主频可达最高主频可达1.1GHz，运行速度，运行速度90亿次亿次/秒秒56三、三、DSP系统的特点系统的特点数字信号处理系统是以数字信号处理为基础，数字信号处理系统是以数字信号处理为基础，因此具有数字信号处理的全部优点：因此具有数字信号处理的全部优点：1 1）精度高精度

33、高 2 2）可靠性强可靠性强 3 3）集成度高集成度高 4 4）接口方便接口方便 5 5）灵活性好灵活性好 6 6）保密性好保密性好 7 7）时分复用时分复用 57更高的运行速度和信号处理速度更高的运行速度和信号处理速度多多DSPDSP协同工作协同工作更方便的开发环境更方便的开发环境大量专用大量专用DSPDSP的出现（的出现（DSPDSP核）核）更高的性能更高的性能/价格比价格比更广泛的应用更广泛的应用四、四、DSP与与MCU的比较的比较58输输入入 抗混抗混叠滤叠滤波器波器A/DD/ADSP芯片芯片平滑平滑滤波滤波器器输输出出典型的典型的DSPDSP系统系统第三节第三节 DSPDSP系统的设

34、计思路系统的设计思路591.1.总体方案设计总体方案设计 DSP应用应用定义系统性能指标定义系统性能指标选择选择DSP芯片芯片软件编程软件编程硬件设计硬件设计软件调试软件调试硬件调试硬件调试系统集成系统集成系统调试系统调试DSPDSP系统设计前：系统设计前：明确设计任务明确设计任务 给出设计任务书给出设计任务书 功能描述准确功能描述准确 功能描述清楚功能描述清楚 描述的方式描述的方式 人工语言人工语言 流程图流程图 算法描述算法描述 将设计任务书转化为量化的技术指标。将设计任务书转化为量化的技术指标。60技术指标的确定技术指标的确定 系统采样系统采样频率频率 信号信号频率频率 最复杂的算法最复

35、杂的算法所需最大时间所需最大时间 对实时程对实时程度的要求度的要求 片内、外片内、外RAMRAM的容量的容量 数量及程序数量及程序的长短的长短系统所要求的精度系统所要求的精度输入输出输入输出端口要求端口要求计算、控制计算、控制选定选定DSPDSP芯片芯片型号型号 1616、3232位位定点、浮点运算定点、浮点运算 61成本成本供货能力供货能力技术支持技术支持开发系统开发系统体积体积功耗功耗工作环境温度工作环境温度DSPDSPA/DA/DD/AD/ARAMRAM性能指标性能指标其它因素的考虑其它因素的考虑62设计思路设计思路算法算法仿真仿真高级语言高级语言MatlabMatlab最佳算法最佳算法

36、初步参数初步参数软件软件系统初步分工系统初步分工硬件硬件632.2.软件设计阶段软件设计阶段 源程序源程序汇编器汇编汇编器汇编目标文件目标文件链接器连接链接器连接 调试器调试调试器调试代码转换代码转换C C语言语言汇编语言汇编语言混合语言混合语言代码写入代码写入EEPROMEEPROM可执行文件可执行文件软件仿真软件仿真反反复复 643.3.硬件设计阶段硬件设计阶段 硬件实现方案硬件实现方案确定最优硬件实现方案确定最优硬件实现方案画出硬件系统框图画出硬件系统框图性能指标性能指标工期工期成本等成本等器件的选型器件的选型DSPDSP芯片、芯片、A/DA/DD/AD/A、内存、电、内存、电源、逻辑控

37、制、源、逻辑控制、通信、人机接口、通信、人机接口、总线等总线等65DSPDSP芯片芯片 根据是用于控制还是计根据是用于控制还是计算目的，选择：算目的，选择：不同的厂商不同的厂商不同系列不同系列不同工作频率不同工作频率不同工作电压不同工作电压不同工作温度不同工作温度采用定点或浮点型芯片采用定点或浮点型芯片 器件的选型原则器件的选型原则66A/DA/D变换变换 根据采样频率、精度：根据采样频率、精度：确定确定A/DA/D型号型号是否要求片上自带采样保持是否要求片上自带采样保持器器多路器多路器基准电源等。基准电源等。D/AD/A变换变换根据信号频率、精度：根据信号频率、精度：是否要求基准电源是否要求

38、基准电源多路器多路器输出运放等。输出运放等。67存储器存储器RAMRAM、EPROMEPROM（或（或EEPROMEEPROM、Flash Flash MemoryMemory），主要考虑：），主要考虑：工作频率工作频率内存容量位长（内存容量位长（8 8位位/16/16位位/32/32位）位）接口方式（串行接口方式（串行/并行）、并行）、工作电压（工作电压（5V/3.3V5V/3.3V或其他）。或其他）。68逻辑控制逻辑控制先确定所用器件，如先确定所用器件，如PLDPLD、EPLDEPLD或或FPGAFPGA；再根据自己的特长和公司芯片再根据自己的特长和公司芯片的特点决定采用哪家公司的哪一的特

39、点决定采用哪家公司的哪一系列产品；系列产品；最后根据最后根据DSPDSP芯片的频率决定芯片的频率决定芯片的工作频率，并以此来确定芯片的工作频率，并以此来确定使用的芯片。使用的芯片。69通信接口通信接口根据与其他系统根据与其他系统通信的速率决定采通信的速率决定采用的通信方式：用的通信方式：串口串口并口并口总线总线70总线选择总线选择根据使用场合、数据根据使用场合、数据传输速率的高低（总线传输速率的高低（总线宽度、频率高低、同步宽度、频率高低、同步方式等）选择：方式等）选择：RS232RS232SPISPIPCIPCIISAISA现场总线现场总线71人机接口人机接口可以通过单片机构成可以通过单片机

40、构成通信，也可在通信，也可在DSPDSP的基的基础上直接构成。础上直接构成。键盘键盘显示器等显示器等 电源选取电源选取主要考虑电压的高低主要考虑电压的高低和电压的大小。和电压的大小。电压高低要匹配电压高低要匹配电流容量要足够电流容量要足够72必须清楚了解器件的使用和系统的开发，必须清楚了解器件的使用和系统的开发，对于关键环节要做仿真。对于关键环节要做仿真。原理图设计原理图设计 PCBPCB板设计板设计 要求要求DSPDSP系统设计人员既要熟悉系统工作系统设计人员既要熟悉系统工作原理，又要清楚布线工艺和系统结构设计。原理，又要清楚布线工艺和系统结构设计。软、软、硬件调试硬件调试 借助仿真工具或开

41、发工具进行软、硬件仿借助仿真工具或开发工具进行软、硬件仿真调试时，往往要反复多次调试。真调试时，往往要反复多次调试。734.4.系统集成系统集成 系统集成：系统集成：是将软硬件结合起来，并是将软硬件结合起来，并组合成样机，在实际系统中运行，进行组合成样机，在实际系统中运行，进行系统测试。系统测试。如果系统测试结果符合设计指标，则如果系统测试结果符合设计指标，则样机设计完毕。样机设计完毕。但由于理论与实际存在差距，因此在但由于理论与实际存在差距，因此在系统测试时往往会出现一些问题，应找系统测试时往往会出现一些问题，应找出原因，不断改进。出原因，不断改进。74第四节第四节 DSP的应用的应用一、数

42、字化对社会和人类的影响一、数字化对社会和人类的影响二、二、DSP的应用的应用举例举例四、四、DSP开发工具开发工具三、三、DSP的市场前景的市场前景75一、数字化对社会和人类的影响一、数字化对社会和人类的影响1.1.程控交换机程控交换机 2.2.移动通信系统移动通信系统 3.3.手机已不仅仅是通话的工具手机已不仅仅是通话的工具 4.4.数字照相机数字照相机 5.5.高清晰度电视（高清晰度电视（HDTVHDTV）766.6.等离子体电视机等离子体电视机7.7.电视台和电台的数字设备电视台和电台的数字设备8.8.家庭影院家庭影院9.9.随身看随身看、随身听和、随身听和DVD DVD 10.10.飞

43、机驾驶模拟器飞机驾驶模拟器11.11.全球定位系统（全球定位系统（GPSGPS）7712.12.雷雷 达达13.13.巡航导弹制导巡航导弹制导14.F11714.F117发射激光制导灵巧炸弹发射激光制导灵巧炸弹15.15.图象识别与鉴别图象识别与鉴别16.16.软件无线电软件无线电17.17.第三代移动通信第三代移动通信78医院用的医院用的B超、超、CT、核磁共振、核磁共振卫星遥感遥测卫星遥感遥测天气预报、地震预报、地震探矿天气预报、地震预报、地震探矿风洞试验风洞试验数字化士兵、数字化战争数字化士兵、数字化战争其他应用其他应用7980二、二、DSP的应用的应用举例举例8182卫星通信卫星通信8

44、3台湾桃园军用机场卫星影像台湾桃园军用机场卫星影像图图像像 处处理理84GSMGSM手机框图手机框图85GSMGSM手机框图手机框图86Stratix III DSP模块架构模块架构 87OMAPOMAP多媒体芯片多媒体芯片88用用OMAPOMAP芯片作成的系统芯片作成的系统89单片集成单片集成IP电话电话90动态电源管理动态电源管理91据预测，据预测，预计预计2011年达到年达到845亿美元规模亿美元规模。数字信号处理器，预计年增长率为数字信号处理器，预计年增长率为9%，DSP销售额为销售额为79亿美元。亿美元。三、三、DSP的市场前景的市场前景929394DSP产业链产业链 DSP的发展己

45、有的发展己有20多年历史了，多年历史了，DSP芯片芯片己达到相当高的水平，现在国际上已形成包括己达到相当高的水平，现在国际上已形成包括DSP芯片设计、制造，芯片设计、制造，DSP开发工具研制生产、开发工具研制生产、应用和咨询共同组成的产业链。应用和咨询共同组成的产业链。全球有全球有5万多客户选用万多客户选用TI定制的软件开发环定制的软件开发环境，使他们能非常容易地将境，使他们能非常容易地将DSP结合到他们的结合到他们的系统中去。围绕系统中去。围绕DSP周边的业务就由许许多多周边的业务就由许许多多的称为第三方的称为第三方(T hird Party)的小公司承担，的小公司承担，TI的的 Third

46、 Party 有有650多家公司，他们生产多家公司，他们生产数千种基于数千种基于DSP的产品。的产品。95围绕围绕DSP芯片产业化可以成立公司的业务很多，芯片产业化可以成立公司的业务很多，概括起来有以下一些：概括起来有以下一些：DSP开发工具：开发工具：如各种仿真软件、调试软件、硬如各种仿真软件、调试软件、硬件仿真器、评估板、初学者实验套件、教学套件等。件仿真器、评估板、初学者实验套件、教学套件等。DSP应用软件：符合各种国际和区域性标准的语应用软件：符合各种国际和区域性标准的语音、图像、视频、数据通信等音、图像、视频、数据通信等DSP软件。例如不少公软件。例如不少公司从事司从事 ITU-T

47、G.系列语音压缩编码标准的系列语音压缩编码标准的DSP编程，编程，如如 G.711、G.722、G.726、G.728、G.723、G.729 等。音频编码有等。音频编码有MPEG1，2，4的的MP3、AAC，Dolb y 的的AC-3等。图像编码有等。图像编码有JPEG、J PEG2000、H.261、H.263、H.264。数据通信，如各种传输速。数据通信，如各种传输速率的率的 Modem、xDSL、Cable Modem，回声抵消、，回声抵消、DTMF等都有很大的市场。等都有很大的市场。96DSP电路板卡电路板卡：在实际应用中需要专门的：在实际应用中需要专门的DSP硬硬件电路板卡，利用这

48、些板卡可以进行二次应用开发。件电路板卡，利用这些板卡可以进行二次应用开发。例如很多语音信箱供应商就是购买例如很多语音信箱供应商就是购买DSP语音压缩卡做语音压缩卡做的产品，很多为广播电台提供音频工作站的供应商就的产品，很多为广播电台提供音频工作站的供应商就要购买要购买DSP音频压缩卡，如做视频监控系统的就必须音频压缩卡，如做视频监控系统的就必须购买购买DSP图像压缩卡等等。图像压缩卡等等。DSP应用系统开发：应用系统开发：GSM手机、手机、MP3播放机、数播放机、数码相机、空调、无线局域网、蓝牙、码相机、空调、无线局域网、蓝牙、PDA等。等。DSP咨询：咨询：国外有一些国外有一些DSP的咨询公

49、司，他们起的咨询公司，他们起到到DSP用户和用户和DSP芯片供应商、芯片供应商、DSP第三方之间的桥第三方之间的桥梁作用，也会为客户提供设计、提供软件和硬件及出梁作用，也会为客户提供设计、提供软件和硬件及出版资料图书，有些还办培训班。版资料图书，有些还办培训班。97中国电子信息产品市场对中国电子信息产品市场对DSP的需求稳定增长，的需求稳定增长，今后五年我国今后五年我国DSP市场销售额仍会保持年平均市场销售额仍会保持年平均28%以以上的复合增长率，中国已成为了上的复合增长率，中国已成为了DSP芯片的最大市场，芯片的最大市场，数码相机、数码相机、IP电话和手持电子设备的热销带来了对电话和手持电子

50、设备的热销带来了对DSP芯片的巨大需求。芯片的巨大需求。目前，中国目前，中国DSP市场的主要应用集中在移动电话市场的主要应用集中在移动电话领域，然而随着领域，然而随着DSP对数字信号高速运算与同步处理对数字信号高速运算与同步处理能力的提高，能力的提高，DSP的应用领域将逐渐扩展到新型数字的应用领域将逐渐扩展到新型数字消费类产品领域。消费类产品领域。DSP芯片在数字消费类产品中主要从事图像压缩芯片在数字消费类产品中主要从事图像压缩与传输等图像信号的处理，语音的编码、合成、识别与传输等图像信号的处理，语音的编码、合成、识别及高保真等语音信号的处理及通信信号的调制解调、及高保真等语音信号的处理及通信