Edited by Foxit PDF Editor Copyright (c)by Foxcit Software Company,2003-2009 For Evaluation Only. 第1章数字信号处理和DSP系统 内容提要 数字信号处理器诞生之时，没有人预料到它竞能给世界带 来巨大的变化。其应用的广度还是深度方面，都在以前所未有 的速度向前发展。 本章首先对实时数字信号技术的发展进行了介绍，分析了 不同实现方法的优缺点；接着针对可编程数字信号处理器应用 800 600 领域、内部结构等特点进行了介绍；之后以德州仪器公司的第 三代产品DSP产品为例，介绍了包括C24x和C28系列，C62x 和C64x系列，C67x和C33系列，低功耗16位定点数字信号处 理器C54x和C55x系列的功能、封装、外设资源等特性。接下 来介绍了选择DSP芯片所要考虑的运算速度、算法格式和数据 宽度、存储器类型功耗、以及开发工具等因素。最后给出了开 发DSP应用系统的设计流程。 TMS320C55xDSP原理及应用 1
Edited by Foxit PDF Editor Copyright (c)by Foxcit Software Company,2003-2009 For Evaluation Only. 第1章数字信号处理和DSP系统 知识要点 实时数字信号处理技术的发展 0606600 数字信号处理器的特点 660690 德州仪器公司的DSP产品 DSP芯片的选择 DSP应用系统设计流程 TMS320C55xDSP原理及应用 2
Edited by Foxit PDF Editor Copyright (c)by Foscit Software Company,2003-2009 For Evaluation Only. 第1章数字信号处理和DSP系统 1.1实时数字信号处理技术的发展 1.2数字信号处理器的特点 1.3德州仪器公司的DSP产品 1.4DSP芯片的选择 1.5DSP应用系统设计流程 TMS320C55xDSP原理及应用 3
Edited by Foxit PDF Editor Copyright (c)by Foxcit Software Company,2003-2009 For Evaluation Only. 第1章数字信号处理和DSP系统 1.1实时数字信号处理技术的发展 20世纪60年代以来，随着信息技术的不断进步， 数字信 号处理技术应运而生并得到迅速发展。80年代以前，由于方 法的限制，数字信号处理技术处于理论研究阶段，还得不到 广泛的应用。在此阶段，人们利用通用计算机进行数字滤波 频谱分析等算法的研究，以及数字信号处理系统的模拟和 仿真。而将数字信号处理技术推向高峰的则是实时数字信号 处理技术的高速发展 实时数字信号处理对数字信号处理系统的处理能力提出 了严格的要求，所有运算、处理都必须小于系统可接受的最 大时延。 2010年7月18日 TMS320C55xDSP原理及应用 4
Edited by Foxit PDF Editor Copyright (c)by Foxcit Software Company,2003-2009 For Evaluation Only. 第1章数字信号处理和DSP系统 典型实时数字信号处理系统的基本部件包括：抗混叠滤波器 (Anti-aliasing filter)、模/数转换器(Analog-to-Digital Converter,ADC)、数字信号处理、数/模转换器(Digital-to Analog Converter,DAC)和抗镜像滤波器(Anti-image filter ),如图1-1所示。其中，抗混叠滤波器将输入的模拟信号中高 于奈奎斯特频率的频率成分滤掉；ADC将模拟信号转换成DSP 可以处理的并行或串行的数字比特流；数字信号处理部分完成 数字号信处理算法；经过处理的数字信号经DAC转换成为模拟 样值之后，再由抗镜像滤波器完成模拟波形的重建。 2010年7月18日 TMS320C55xDSP原理及应用 5
Edited by Foxit PDF Editor Copyright (c)by Foxcit Software Company,2003-2009 For Evaluation Only. 第1章数字信号处理和DSP系统 x(n) x(t) 抗混叠 A/D 数字信号y(n)D/A 低通 转换器 处理器 转换器 滤波器 y(0) 滤波器 典型实时数字信号处理系统框图 2010年7月18日 TMS320C55xDSP原理及应用 6
Edited by Foxit PDF Editor Copyright (c)by Foxcit Software Company,2003-2009 For Evaluation Only. 第1章数字信号处理和DSP系统 1,利用X86处理器完成实时数字信号处理 随着CPU技术的不断进步，X86处理器的处理能力不断 发展，基于X86处理器的处理系统已经不仅局限于以往的模 拟和仿真，也能满足部分数字信号的实时处理要求，而各种 便携式或工业标准的推出，如PC104、PC104Plus结构，以 及CPCI总线标准的应用，这些都改善了X86系统的抗恶劣环 境的性能，扩展了X86系统的应用范围。 2010年7月18日 TMS320C55xDSP原理及应用 7
Edited by Foxit PDF Editor Copyright (c)by Foxcit Software Company,2003-2009 For Evaluation Only. 第1章数字信号处理和DSP系统 利用X86系统进行实时数字信号处理有下列优点： (1)处理器选择范围较宽：X86处理器涵盖了从386到奔腾系 列，处理速度从100MHz到几GHz,而为了满足工控等各种应 用，X86厂商也推出了多款低功耗处理器，其功耗远远小于商 用处理器。 (2)主板及外设资源丰富：无论是普通结构，还是基于PC104 和PC104PIs结构，以及CPCI总线标准，都有多种主板及扩展 子板可供选择，节省了用户的大量硬件开发时间。 (3)有多种操作系统可供选择：这些操作系统包括Windows 、 Linux、Win CE等，而针对特殊应用，还可根据需要对操作 系统进行剪裁，以适应实时数字信号处理要求。 (4)开发、调试较为方便：X86的开发、调试工具十分成熟 使用者不需要很深的硬件基础，只要能够熟练使用VC、C BuId等开发工具即可进行开发 2010年7月18日 TMS320C55xDSP原理及应用 8
Edited by Foxit PDF Editor Copyright (c)by Foxcit Software Company,2003-2009 For Evaluation Only. 第1章数字信号处理和DSP系统 X86进行实时信号处理的缺点 (1)数字信号处理能力不强：X86系列处理器没有为数字信号处理 提供专用乘法器等资源，寻址方式也没有为数字信号处理进行优化 ,实时信号处理对中断的响应延迟时间要求十分严格，通用操作系 统并不能满足这一要求； 2)硬件组成较为复杂：即使是采用最小系统，X86数字信号处理 系统也要包括主板（包括CPU、总线控制、内存等）、非易失存储 器（硬盘或电子硬盘、SD卡或CF卡）和信号输入/输出部分（这部 分通常为AD扩展卡和DA扩展卡)，如果再包括显示、键盘等设备 系统将更为复杂 (3)系统体积、重量较大，功耗较高：即使采用紧凑的PC104结构 其尺寸也达到96mm×90mm,而采用各种降低功耗的措施，X86 主板的峰值功耗仍不小于5W,高功耗则对供电提出较高要求，则 需要便携系统提供容量较大的电池，进一步增大了系统的重量； (4)抗环境影响能力较弱：便携系统往往要工作于自然环境当中 温度、湿度、振动、电磁干扰等都会给系统正常工作带来影响， 而为了克服这些影响，X86系统所需付出的代价将是十分巨大的 2010年7月18日 TMS320C55xDSP原理及应用 9
Edited by Foxit PDF Editor Copyright (c)by Foxcit Software Company,2003-2009 For Evaluation Only. 第1章数字信号处理和DSP系统 2.利用通用微处理器完成实时数字信号处理 通用微处理器的种类多，包括51系列及其扩展系列，德 州仪器公司的MSP430系列，ARM公司的ARM7、ARM9、 ARM10系列，等等，利用通用微处理器进行信号处理的优 点如下。 ()可选范围广：通用微处理器种类多，使用者可从速度、 片内存储器容量、片内外设资源等各种角度进行选择，许多 处理器还为执行数字信号处理专门提供了乘法器等资源。 (2)硬件组成简单：只需要非易失存储器，AD、D/A即可 组成最小系统，这类处理器一般都包括各种串行、并行接口 ,可以方便地与各种A/D、D/A转换器进行连接。 (3)系统功耗低，适应环境能力强。 2010年7月18日 TMS320C55xDSP原理及应用 10