第1章 绪论
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 DSP芯片概述
1.3 运算基础
1.1 引 言
1.数字信号处理概述
数字信号处理,或者说对信号的数字处理,是利用计算机或专用的数字设备对数字信号进行采集,变换,滤波,估值,增强,压缩和识别等加工处理,以得到符合人们需要的信号形式并进行有效的传输与应用,它是20世纪60年代发展起来的并广泛应用于许多领域的新兴学科.数字信号处理系统是以数字信号处理为基础的.图1-1所示为一个典型的DSP系统.
图1-1 数字信号处理系统简化框图
DSP系统的输入信号可以有各种各样的形式,例如:声音,图像,温度,压力等.假设我们输入的是语音信号,DSP系统首先对语音信号进行带限滤波和抽样,根据奈奎斯特定理,抽样频率至少必须是输入带限信号最高频率的2倍,以防止信号频谱混叠,保证语音信息不丢失.
2.单片机与数字信号处理器
单片机是从Z80发展而来的,它将微处理器和部分外围功能(如ROM,RAM及外部串口等)集成在一个芯片上,组成微型计算机.数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)是功能更强大的单片机,是现代电子技术,大规模集成电路,计算机技术和数字信号处理技术相结合的产物,特别适合于数字信号处理运算,主要应用于实时快速实现各种数字信号处理算法(如卷积运算,FFT,DFT,矩阵乘法等).
DSP芯片与单片机的主要区别在于数值处理和高速控制.
DSP有硬件乘法器,存储容量大得多.DSP采用的是改进的哈佛结构并广泛采用流水线技术,多个控制和运算部件并行工作,从而大大提高了运算速度.
DSP芯片内有多条数据,地址和控制总线,另外,它还有特殊指令:MAC(连乘加指令,单周期同时完成乘法和加法运算),RPTS和RPTB(硬件判断循环边界条件,避免破坏流水线);特殊寻址方式:位倒序寻址(实现FFT快速倒序)和循环寻址.
1.2 DSP芯片概述
1.DSP芯片的发展
美国德州仪器公司(TI,Texas Instruments)成功地推出了DSP芯片的一系列产品.TMS320是包括定点,浮点和多处理器在内的数字信号处理器(DSP)系列,其结构非常适合于做实时信号处理.
图1-2 TMS320系列DSP发展示意图
2.TMS320系列的典型应用
自从20世纪70年代末第一个DSP芯片诞生以来,DSP芯片取得了飞速的发展.在20年里,DSP芯片已经在信号处理,音/视频,通信,消费,军事等诸多领域得到了广泛的应用.随着DSP芯片性价比的不断提高,单位运算量功耗的显著降低,DSP芯片的应用领域将会不断扩大.表1-1列出了TMS320系列DSP的典型应用.
表1-1 TMS320系列DSP的典型应用
TI作为全球DSP的领导者,目前主推三个DSP平台:TMS320C2000,TMS320C5000和TMS320C6000.其中包括多个子系列,数十种DSP器件,为用户提供广泛的选择,以满足各种不同应用的需求.
TMS320C2000系列DSP主要用于代替MCU,应用于各种工业控制领域,尤其是电机控制领域.
TMS320C5000系列DSP是为实现低功耗,高性能而专门设计的16位定点DSP芯片,它主要应用于通信和消费类电子产品,如手机,数码相机,无线通信基础设备,VoIP网关,IP电话,MP3等.
_ TMS320C6000系列的DSP主要应用于高速宽带和图像处理等高端应用,如宽带通信,3G基站和医疗图像处理等.
1.3 运 算 基 础
1.3.1 数据格式
DSP有定点DSP和浮点DSP两种.本书介绍的TMS320C54x是16位定点DSP.在定点DSP中,数据有两种基本的表示方法:整数表示方法和小数表示方法.
1.整数
DSP芯片和所有微处理器一样,以2的补码形式表示有符号数.16位定点DSP整型数格式为:Sxxxxxxxxxxxxxxx,其中最高位S为符号位,0代表正数,l代表负数,其余位为数据位.数的范围为-32 768～32 767.整数的最大取值范围取决于DSP的字长,字长越长,所能表示的数据范围越大,精度越高.假定一个整数字长为n,则其取值范围为-2n～2n -1.整数的最小分辨率为1.
【例1】 若字长n=8,求以下带符号整数的二进制,十六进制和十进制之间的转换.

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