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数字信号处理器原理及应用 第一章 数字信号处理器（ DSP ）简介 一. 为什么用DSP 二. DSP特点 三. DSP的种类 四. TI的DSP 五. DSP应用领域 六. DSP系统开发步骤 七. DSP知识平台 八. DSP课程内容 九. 教学模式 十.参考书 主要内容 一、为什么用DSP Digital Signals Processing 数字信号处理（方法、技术） Digital Signals Processor 数字信号处理器 1、DSP含义 作为一个案例研究，我们来考虑数字领域里最通常的功能：滤波。简单地说，滤波就是对信号进行处理，以改善其特性。例如，滤波可以从信号里清除噪声或静电干扰，从而改善其信噪比。为什么要用微处理器，而不是模拟器件对信号做滤波呢？我们来看看其优越性： 模拟滤波器（或者更一般地说，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响。 数字滤波易于在非常小的宽容度内进行复制，因为其性能并不取决于性能已偏离正常值的器件的组合。 一个模拟滤波器一旦制造出来，其特性（例如通带频率范围）是不容易改变的。使用微处理器来实现数字滤波器，就可以通过对其重新编程来改变滤波的特性。 2、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A/D的位数和计算机字长算法 精度 元器件精度 可靠性和可重复性 受环境温度、湿度、噪声、电磁场等的干扰和影响大 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 3、一个硬件系统适用于不同的软件 4、数字信号处理的实现 (1) 在通用的微机上用软件实现。 (2)用单片机来实现。 (3)利用专门用于信号处理的可编程DSP来实现。 (4)利用特殊用途的DSP芯片来实现。 (5)用FPGA开发ASIC芯片实现数字信号处理算法。 (6) 在通用的计算机系统中使用加速卡来实现。 ▲ 二、DSP的特点 1、DSP与MCU的比较 2、DSP特点 (1)几种微处理器Microprocessor a. 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 8086/286/386/486/Pentium/Pentium II/ Pentium III Pentium Ⅳ PowerPc 64-bit CPU（SUN Sparc，DEC Alpha, 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 采用冯.诺依曼结构的处理器 冯.诺依曼结构的处理器取指令过程 b.Single Chip Computer/ Micro Controller Unit（MCU） 除通用CPU所具有的ALU和CU，还有存储器（RAM/ROM）寄存器，时钟，计数器，定时器，串/并口，有的还有A/D，D/A INTEL MCS/48/51/96（98） MOTOROLA HCS05/011 c. 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 采用哈佛结构的DSP处理器 哈佛结构的指令流的定时关系 改进的哈佛结构 (2) DSP典型系统 2 、 DSP芯片的主要特点 哈佛(Harvard)结构和改进的哈佛结构 专用的硬件乘法器 指令系统的流水线操作 片内外两级存储结构 特殊的DSP指令 快速指令周期 DSP的特点 考虑一个数字信号处理的实例，比如有限冲击响应滤波器（FIR）。用数学语言来说，FIR滤波器是做一系列的点积。取一个输入量和一个序数向量，在系数和输入样本的滑动窗口间作乘法，然后将所有的乘积加起来，形成一个输出样本。 类似的运算在数字信号处理过程中大量地重复发生，使得为此设计的器件必须提供专门的支持，促成了了DSP器件与通用处理器（GPP）的分流。 (1) 对密集的乘法运算的支持 GPP不是设计来做密集乘法任务的，即使是一些现代的GPP，也要求多个指令周期来做一次乘法。而DSP处理器使用专门的硬件来实现单周期乘法。DSP处理器还增加了累加器寄存器来处理多个乘积的和。累加器寄存器通常比其他寄存器宽，增加称为结果bits的额外bits来避免溢出。 同时，为了