DSP课程设计报告终结版要点.docx

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DSP课程设计报告终结版要点

DSP原理与应用

课程设计（学年论文）说明书

课题名称：

DSP原理与应用课程设计

学生学号：

专业班级：

学生姓名：

指导教师：

第一章绪论

数字信号处理是20世纪60年代，随着信息学科和计算机学科的高速发展而

迅速发展起来的一门新兴学科。

它的重要性日益在各个领域的应用中表现出来。

其主要标志是两项重大进展，即快速傅里叶变换（FFT）算法的提出和数字滤波器设计方法的完善。

数字信号处理是把信号用数字或符号表示成序列，通过计算机或通用（专用）信号处理设备，用数值计算方法进行各种处理，达到提取有用信息便于应用的目的。

例如：

滤波、检测、变换、增强、估计、识别、参数提取、频谱分析等。

数字信号处理的目的是对真实世界的连续模拟信号进行测量或滤波。

因此在进行数字信号处理之前需要将信号从模拟域转换到数字域，这通常通过模数转换器实现。

而数字信号处理的输出经常也要变换到模拟域，这是通过数模转换器实现的。

数字信号处理的算法需要利用计算机或专用处理设备如数字信号处理器（DSP）和专用集成电路（ASIC）等。

数字信号处理的研究方向应该更加广泛、更加深入．特别是对于谱分析的本质研究，对于非平稳和非高斯随机信号的研究，对于多维信号处理的研究等，都具有广阔前景。

数字信号处理技术发展很快、应用很广、成果很多。

多数科学和工程中遇到的是模拟信号。

以前都是研究模拟信号处理的理论和实现。

模拟信号处理缺点：

难以做到高精度，受环境影响较大，可靠性差，且不灵活等。

数字系统的优点：

体积小、功耗低、精度高、可靠性高、灵活性大、易于大规模集成、可进行二维与多维处理。

随着大规模集成电路以及数字计算机的飞速发展，加之从60年代末以来数字信号处理理论和技术的成熟和完善，用数字方法来处理信号，即数字信号处理，已逐渐取代模拟信号处理。

数字信号处理是利用计算机或专用处理设备，以数字形式对信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等处理，以得到符合人们所需要的信号形式。

数字信号处理是将信号以数字方式表示并处理的理论和技术。

数字信号处理与模拟信号处理是信号处理的子集。

数字信号处理技术及设备具有灵活、精确、抗干扰强、设备尺寸小、造价低、速度快等突出优点，这些都是模拟信号处理技术与设备所无法比拟的。

数字信号处理（DigitalSignalProcessing，简称DSP）是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。

数字信号处理是围绕着数字信号处理的理论、实现和应用等几个方面发展起来的。

数字信号处理在理论上的发展推动了数字信号处理应用的发展。

反过来，数字信号处理的应用又促进了数字信号处理理论的提高。

而数字信号处理的实现则是理论和应用之间的桥梁。

数字信号处理是以众多的学科为理论基础的，它所涉及的范围及其广泛。

例如，在数学领域，微积分、概率统计、随机过程、数值分析等都是数字信号处理的基本工具，与网络理论、信号与系统、控制论、通信理论、故障诊断等也密切相关。

一些新兴的学科，如人工智能、模式识别、神经网络等，都与数字信号处理密不可分。

可以说，数字信号处理是把许多经典的理论体系作为自己的理论基础，同时又使自己成为一系列新兴学科的理论基础。

长期以来，信号处理技术—直用于转换或产生模拟或数字信号。

其中应用得最频繁的领域就是信号的滤波。

此外，从数字通信、语音、音频和生物医学信号处理到检测仪器仪表和机器人技术等许多领域中，都广泛地应用了数字信号处理（digitalsignalprocessing，DSP）技术。

数字信号处理己经发展成为一项成熟的技术，并且在许多应用领域逐步代替了传统的模拟信号处理系统。

世界上三大DSP芯片生产商:

1.德克萨斯仪器公司（TI）2.模拟器件公司（ADI）3.摩托罗拉公司（Motorola）.这三家公司几乎垄断了通用DSP芯片市场。

数字信号处理的书籍很多，其中以麻省理工学院奥本海姆编著的《DiscreteTimeSignalProcessing》最为经典，有中译本《离散时间信号处理》由西安交通大学出版。

现在是第二版。

第二章DSP芯片的介绍

2.1DSP芯片的特点

DSP芯片，也称数字信号处理器，是一种具有特殊结构的微处理器。

DSP芯片的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，可以用来快速的实现各种数字信号处理算法。

2.1.1DSP芯片主要特点

根据数字信号处理的要求，DSP芯片一般具有如下的一些主要特点：

在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法。

程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据。

片内具有快速RAM，通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问。

具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持。

快速的中断处理和硬件I/O支持。

具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器。

可以并行执行多个操作。

支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。

与通用微处理器相比，DSP芯片的其他通用功能相对较弱些。

2.1.2DSP芯片的优缺点

DSP芯片主要应用在信号处理、图像处理、仪器、声音语言、控制军事、通讯、医疗、家用电器等诸多领域。

其优点主要有：

大规模集成性、稳定性好、精度高、可编程性、高速性能、可嵌入性、接口和集成方便；缺点主要有：

成本较高、高频时钟的高频干扰、功率消耗较大等。

2.2DSP芯片的分类

DSP芯片可以按照下列三种方式进行分类。

1．按基础特性分

这是根据DSP芯片的工作时钟和指令类型来分类的。

如果在某时钟频率范围内的任何时钟频率上，DSP芯片都能正常工作，除计算速度有变化外，没有性能的下降，这类DSP芯片一般称为静态DSP芯片。

例如，日本OKI电气公司的DSP芯片、TI公司的TMS320C2XX系列芯片属于这一类

如果有两种或两种以上的DSP芯片，它们的指令集和相应的机器代码机管脚结构相互兼容，则这类DSP芯片称为一致性DSP芯片。

例如，美国TI公司的TMS320C54X就属于这一类。

2．按数据格式分

这是根据DSP芯片工作的数据格式来分类的。

数据以定点格式工作的DSP芯片称为定点DSP芯片，如TI公司的TMS320C1X/C2X、TMS320C2XX/C5X、TMS320C54X/C62XX系列，AD公司的ADSP21XX系列，AT&T公司的DSP16/16A，Motolora公司的MC56000等。

以浮点格式工作的称为浮点DSP芯片，如TI公司的TMS320C3X/C4X/C8X，AD公司的ADSP21XXX系列，AT&T公司的DSP32/32C，Motolora公司的MC96002等。

不同浮点DSP芯片所采用的浮点格式不完全一样，有的DSP芯片采用自定义的浮点格式，如TMS320C3X，而有的DSP芯片则采用IEEE的标准浮点格式，如Motorola公司的MC96002、FUJITSU公司的MB86232和ZORAN公司的ZR35325等。

3．按用途分

按照DSP的用途来分，可分为通用型DSP芯片和专用型DSP芯片。

通用型DSP芯片适合普通的DSP应用，如TI公司的一系列DSP芯片属于通用型DSP芯片。

专用DSP芯片是为特定的DSP运算而设计的，更适合特殊的运算，如数字滤波、卷积和FFT，如Motorola公司的DSP56200，Zoran公司的ZR34881，Inmos公司的IMSA100等就属于专用型DSP芯片。

2.3DSP芯片的应用

数字信号处理（DSP）芯片是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器可实时快速地实现各种数字信号处理算法。

自20世纪80年代初诞生以来已广泛应用于通信、电子、航空航天、军事及家电产品成为一种十分重要的电子产品的核心部件。

DSP芯片得到了飞速的发展。

DSP芯片的高速发展，一方面得益于集成电路技术的发展，另一方面也得益于巨大的市场。

在近20年时间里，DSP芯片已经在信号处理、通信、雷达等许多领域得到广泛的应用。

目前，DSP芯片的价格越来越低，性能价格比日益提高，具有巨大的应用潜力。

DSP芯片的应用主要有：

（1）信号处理——如数字滤波、自适应滤波、快速傅立叶变换、相关运算、谱分析、卷积、模式匹配、加窗、波形产生等；

（2）通信——如调制解调器、自适应均衡、数据加密、数据压缩、回波抵消、多路复用、传真、扩频通信、纠错编码、可视电话等；

（3）语音——如语音编码、语音合成、语音识别、语音增强、说话人辨认、说话人确认、语音邮件、语音存储等；

（4）图形/图像——如二维和三维图形处理、图像压缩与传输、图像增强、动画、机器人视觉等；

（5）军事——如保密通信、雷达处理、声纳处理、导航、导弹制导等；

（6）仪器仪表——如频谱分析、函数发生、锁相环、地震处理等；

（7）自动控制——如引擎控制、声控、自动驾驶、机器人控制、磁盘控制等；

（8）医疗——如助听、超声设备、诊断工具、病人监护等；

（9）家用电器——如高保真音响、音乐合成、音调控制、玩具与游戏、数字电话/电视等。

随着DSP芯片性能价格比的不断提高，可以预见DSP芯片将会在更多的领域内得到更为广泛的应用。

2.4TMS320VC5509芯片的介绍

    TMS320C54x系列DSP芯片是使用静态CMOS技术制造的。

其方框图见图2-1，从图中可以看出C54x系列DSP芯片具有以下功能单元：

      总线

      C54x共有八条总线分别是：

      PB：

程序读取总线CB：

数据读取总线1

      DB：

数据读取总线2EB：

数据写入总线

      PAB：

程序读取地址总线CAB：

数据读取地址总线1

      DAB：

数据读取地址总线2EAB：

数据写入地址总线

      中央处理器（CPU）

      CPU由以下几个部件组成：

      先进的多总线结构：

包括三个独立的数据总线和一个程序总线

      40位的算术逻辑单元：

包括一个40位移位器和两个独立的40位累加器

      17bit17bit的并行乘法器同一个专用的加法器相配合：

用来执行不经流水线的单周期乘加（MAC）运算

     指数译码器：

可以在一个周期里计算出一个40位累加器的指数值

     两个地址生成器：

包括8个辅助寄存器和两个辅助寄存器算术单元

      程序控制器：

对指令进行解码、管理流水线和程序流程

      片上存储器

  C54x共有192K字的寻址能力（64K字的程序区，64K字的数据区，和64K字的I/O区）如图2-2所示。

芯片内部采用改进的哈佛结构,允许同时取指令和取数据,而且还允许在程序空间和数据空间之间相互传送数据。

所谓哈佛结构,是将程序和数据的存贮空间分开,各有各的地址总线和数据总线。

这样同一条指令可以同时对不同的存贮空间进行读操作或写操作,从而提高了处理速度。

C54xDSP芯片还提供了块指令循环功能，此功能可以大大地提高执行循环的速度，但是此功能只能在一重循环中使用，因为它只提供了一个循环记数寄存器BRC，所以在遇到多重循环时就要尽量把这个功能用在最里层的循环中，最里层循环是执行次数最多的循环。

第三章总体设计

基于TMS320VC5509的语音信号采集系统的结构如图2–1所示，该系统的中央处理单元采用美国TI（德州仪器）公司的高性能定点数字信号处理芯片TMS320VC5509，TMS320VC5509是TI公司推出的定点数字信号处理器，它采用修正的哈佛结构，包括12组独立总线，即1组程序读总线，1组程序地址总线，3组数据读总线，2组数据写总线，5组数据地址总