实时数字信号处理与DSP芯片31张

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1、DSP原理及应用1什么是DSP芯片DSP：DigitalSignalProcessingDSPs:DigitalSignalprocessors内部采用程序和数据分开的哈佛结构；具有专门的硬件乘法器；广泛采用流水线操作；提供特殊的DSP指令；适用于快速实现各种数字信号处理算法。23实时性的要求（一）：系统必须在有限的时间内对外部输入信号完成指定的操作，即信号的处理速度必须大于或等于信号的输入速度。4IP电话（voiceoverIP）5电动机方向舵实时性的要求（二）从信号输入到结果输出的延迟必须足够小

2、，即响应时间满足系统的要求。6医疗诊断78为什么要用DSP芯片，而不是模拟器件来对信号进行处理？模拟电路的性能要取决于温度等环境因素。而数字滤波器则基本上不受环境的影响。DSP易于在非常小的宽容度内进行计算，因为其性能并不取决于性能离散的器件组合。一个模拟电路一旦制造出来，其特性（例如通带频率范围）是不容易改变的。使用DSP实现数字信号处理，就可以通过对其重新编程来改变系统的特性。9信号处理方式的比较比较因素模拟方式数字方式修改设计的灵活性修改硬件设计，或调整硬件参数改变软件设置精度元器件精度A/D的

3、位数和计算机字长，算法可靠性和可重复性受环境温度、湿度、噪声、电磁场等干扰和影响大不受这些因素的影响大规模集成尽管已有一些模拟集成电路，但品种较少、集成度不高、价格较高DSP器件体积小、功能强、功耗小、一致性好、使用方便、性能/价格比高实时性除开电路引入的延时外，处理是实时的由计算机的处理速度决定高频信号的处理可以处理包括微波毫米波乃至光波信号按照奈准则的要求，受S/H、A/D和处理速度的限制10能够进行数字信号处理的CPU通用处理器（GPP）采用冯.诺依曼结构，程序和数据的存储空间合二而一8-bit

4、Apple（6502），NECPC-8000（Z80）8086/286/386/486/Pentium/PentiumII/PentiumIIIPowerPc64-bitCPU（SUNSparc，DECAlpha,HP）CISC复杂指令计算机,RISC精简指令计算机采取各种方法提高计算速度，提高时钟频率，高速总线，多级Cashe，协处理器等SingleChipComputer/MicroControllerUnit（MCU）具有通用CPU所具有的ALU和CU，还有存储器（RAM/ROM）寄存器，时钟，

5、计数器，定时器，串/并口，有的还有A/D，D/AINTELMCS/48/51/96（98）MOTOROLAHCS05/011ARM7，9，……DSP采用哈佛结构，程序和数据分开存储采用一系列措施保证数字信号的处理速度，如对FFT的专门优化11DSP与通用处理器的比较1对密集的乘加法运算的支持2存储器结构3零开销循环4定点，浮点计算6执行时间的预测5专门的寻址方式8开发工具的要求7多处理器接口9JTAG（JointTestActionGroup）标准测试接口（IEEE1149标准接口）12DSP芯片的第

6、一步1978AMI公司1979美国Iintel公司第一个单片DSP芯片。但是这两种芯片内部都没有现代DSP芯片所必须的单周期指令功能。1980年。日本NEC公司μPD7720第一个具有乘法器的商用DSP芯片。1982日本Hitachi公司浮点DSP芯片（CMOS工艺）。1983日本Fujitsu公司指令周期120ns，双内部总线第一个高性能的浮点DSP芯片应是AT&T公司于1984年推出的DSP32。13第一代（1982）TMS320C1x；第二代TMS320C2x；第三代TMS320C3x；第四代T

7、MS320C40/C44；第五代TMS320C50/C51/C52/C53；第六代TMS320C6000；还有多种不同领域的DSP芯片（P13图1.1）目前最成功：美国德克萨斯仪器公司（Texas Instruments，TI）14发展趋势从运算速度来看，MAC（一次乘法和一次加法）时间已经从80年代初的400ns（如TMS32010）降低到40ns（如TMS32C40），处理能力提高了10多倍。内部关键的乘法器部件从1980年的占模区的40左右下降到5以下，片内RAM增加一个数量级以上。从制造工艺来

8、看，1980年采用4μ的N沟道MOS工艺，而现在则普遍采用亚微米CMOS工艺。引脚数量从1980年的最多64个增加到现在的200个以上，引脚数量的增加，意味着结构灵活性的增加。DSP芯片的发展，使DSP系统的成本、体积、重量和功耗都有很大程度的下降。15DSP厂商的芯片（一）公司/名称芯片/核定点/浮点字长(bits)指令长度(bits)钟频(MHz)DSPGroupPineDSPCoreCoreFixed161640OakDSPCoreCoreFixe