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《dsp芯片的原理與設計1》由會員上傳分享,免費在線閱讀,更多相關內容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、第1章概述1.1引言數(shù)字信號處理(DigitalSignalProcessing,簡稱DSP)是一門涉及許多學科而又廣泛應用于許多領域的新興學科。20世紀60年代以來,隨著計算機和信息技術的飛速發(fā)展,數(shù)字信號處理技術應運而生并得到迅速的發(fā)展。在過去的二十多年時間里,數(shù)字信號處理已經在通信等領域得到極為廣泛的應用。數(shù)字信號處理是利用計算機或專用處理設備,以數(shù)字形式對信號進行采集、變換、濾波、估值、增強、壓縮、識別等處理,以得到符合人們需要的信號形式。數(shù)字信號處理是圍繞著數(shù)字信號處理的理論、實現(xiàn)和應用等幾個方面發(fā)展起來的。數(shù)字信號處理在理論上的發(fā)展推動了數(shù)字信號處理
2、應用的發(fā)展。反過來,數(shù)字信號處理的應用又促進了數(shù)字信號處理理論的提高。而數(shù)字信號處理的實現(xiàn)則是理論和應用之間的橋梁。數(shù)字信號處理是以眾多學科為理論基礎的,它所涉及的范圍極其廣泛。例如,在數(shù)學領域,微積分、概率統(tǒng)計、隨機過程、數(shù)值分析等都是數(shù)字信號處理的基本工具,與網絡理論、信號與系統(tǒng)、控制論、通信理論、故障診斷等也密切相關。近來新興的一些學科,如人工智能、模式識別、神經網絡等,都與數(shù)字信號處理密不可分??梢哉f,數(shù)字信號處理是把許多經典的理論體系作為自己的理論基礎,同時又使自己成為一系列新興學科的理論基礎。數(shù)字信號處理的實現(xiàn)方法一般有以下幾種:(1)在通用的計算機
3、(如PC機)上用軟件(如Fortran、C語言)實現(xiàn);(2)在通用計算機系統(tǒng)中加上專用的加速處理機實現(xiàn);(3)用通用的單片機(如MCS-51、96系列等)實現(xiàn),這種方法可用于一些不太復雜的數(shù)字信號處理,如數(shù)字控制等;(4)用通用的可編程DSP芯片實現(xiàn)。與單片機相比,DSP芯片具有更加適合于數(shù)字信號處理的軟件和硬件資源,可用于復雜的數(shù)字信號處理算法;(5)用專用的DSP芯片實現(xiàn)。在一些特殊的場合,要求的信號處理速度極高,用通用DSP芯片很難實現(xiàn),例如專用于FFT、數(shù)字濾波、卷積、相關等算法的DSP芯片,這種芯片將相應的信號處理算法在芯片內部用硬件實現(xiàn),無需進行編程
4、。在上述幾種方法中,第1種方法的缺點是速度較慢,一般可用于DSP算法的模擬;第2種和第5種方法專用性強,應用受到很大的限制,第2種方法也不便于系統(tǒng)的獨立運行;第3種方法只適用于實現(xiàn)簡單的DSP算法;只有第4種方法才使數(shù)字信號處理的應用打開了新的局面。雖然數(shù)字信號處理的理論發(fā)展迅速,但在20世紀80年代以前,由于實現(xiàn)方法的限制,數(shù)字信號處理的理論還得不到廣泛的應用。直到20世紀70年代末80年代初世界上第一片單片可編程DSP芯片的誕生,才將理論研究結果廣泛應用到低成本的實際系統(tǒng)中,并且推動了新的理論和應用領域的發(fā)展??梢院敛豢鋸埖卣f,DSP芯片的誕生及發(fā)展對近20
5、年來通信、計算機、控制等領域的技術發(fā)展起到十分重要的作用。1.2DSP系統(tǒng)1.2.1DSP系統(tǒng)構成圖1.1所示為一個典型的DSP系統(tǒng)。圖中的輸入信號可以有各種各樣的形式。例如,它可以是麥克風輸出的語音信號或是電話線來的已調數(shù)據信號,可以是編碼后在數(shù)字鏈路上傳輸或存儲在計算機里的攝像機圖像信號等。圖1.1典型的DSP系統(tǒng)輸入信號首先進行帶限濾波和抽樣,然后進行A/D(AnalogtoDigital)變換將信號變換成數(shù)字比特流。根據奈奎斯特抽樣定理,為保證信息不丟失,抽樣頻率至少必須是輸入帶限信號最高頻率的2倍。DSP芯片的輸入是A/D變換后得到的以抽樣形式表示的數(shù)
6、字信號,DSP芯片對輸入的數(shù)字信號進行某種形式的處理,如進行一系列的乘累加操作(MAC)。數(shù)字處理是DSP的關鍵,這與其他系統(tǒng)(如電話交換系統(tǒng))有很大的不同,在交換系統(tǒng)中,處理器的作用是進行路由選擇,它并不對輸入數(shù)據進行修改。因此雖然兩者都是實時系統(tǒng),但兩者的實時約束條件卻有很大的不同。最后,經過處理后的數(shù)字樣值再經D/A(DigitaltoAnalog)變換轉換為模擬樣值,之后再進行內插和平滑濾波就可得到連續(xù)的模擬波形。必須指出的是,上面給出的DSP系統(tǒng)模型是一個典型模型,但并不是所有的DSP系統(tǒng)都必須具有模型中的所有部件。如語音識別系統(tǒng)在輸出端并不是連續(xù)的波
7、形,而是識別結果,如數(shù)字、文字等;有些輸入信號本身就是數(shù)字信號(如CD:CompactDisk),因此就不必進行模數(shù)變換了。1.2.2DSP系統(tǒng)的特點數(shù)字信號處理系統(tǒng)是以數(shù)字信號處理為基礎,因此具有數(shù)字處理的全部優(yōu)點:(1)接口方便。DSP系統(tǒng)與其他以現(xiàn)代數(shù)字技術為基礎的系統(tǒng)或設備都是相互兼容的,與這樣的系統(tǒng)接口以實現(xiàn)某種功能要比模擬系統(tǒng)與這些系統(tǒng)接口要容易得多;(2)編程方便。DSP系統(tǒng)中的可編程DSP芯片可使設計人員在開發(fā)過程中靈活方便地對軟件進行修改和升級;(3)穩(wěn)定性好。DSP系統(tǒng)以數(shù)字處理為基礎,受環(huán)境溫度以及噪聲的影響較小,可靠性高;(4)精度高。1
8、6位數(shù)字系統(tǒng)可以達到的精