第一章 数字信号处理和DSP系统
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数字信号处理与DSP技术第1章 绪论
4
2017/9/15
在连续时间范围内有定义且幅值也连续的
信号称为连续时间信号，连续时间信号也 称为模拟信号。 离散时间信号—序列 量化信号 若时间和幅度都离散，即信号的时间取离 散的值，幅度也取离散的取值，则称为数 字信号
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四种信号对比
x(t) (a)
t x(n)
2017/9/15
9
系统分类
按照所处理信号是否连续，系统可以分为：模拟 系统、数字系统。模拟系统输入模拟信号，输出 也是模拟信号，例如晶体管放大电路就是一个模 拟系统。数字系统是对输入的数字信号进行处理， 输出数字信号的系统。例如，计算机数字图像处 理。 根据处理前后的信号是否满足比例、叠加性，系 统还可以分为线性系统、非线性系统。 根据处理前后的信号是否满足移位特性，系统可 以分为：时（移）不变、时（移）变系统。 根据处理后信号是否与历史处理信号相关，系统 可以分为因果系统和非因果系统。
①采用数字信号处理器结合嵌入式软件进行数 字信号的处理。 ②采用单片机的方法。
4、硬件方法
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15
1.2 数字信号处理的内容与特点
1.2.1 数字信号处理的内容
数字信号处理涉及的内容非常广泛，数字信号处理主要内容包括： ①离散线性时不变系统理论。包括时域、频域、各种变换域。 ②频谱分析。FFT谱分析方法及统计分析方法，也包括有限字长效应谱分 析。 ③数字滤波器设计及滤波过程的实现（包括有限字长效应）。 ④时频-信号分析（短时付氏变换）〔Short Fourier Transform〕，小波变 换(Wavelet Analysis), 时-频能量分布（Wigner Distribution）。 ⑤多维信号处理（压缩与编码及其在多煤体中的应用）。 ⑥非线性信号处理。 ⑦随机信号处理。 ⑧模式识别人工神经网络。 ⑨信号处理单片机(DSP)及各种专用芯片(ASIC)，信号处理系统实现。
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在连续时间范围内有定义且幅值也连续的
信号称为连续时间信号，连续时间信号也 称为模拟信号。 离散时间信号—序列 量化信号 若时间和幅度都离散，即信号的时间取离 散的值，幅度也取离散的取值，则称为数 字信号
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四种信号对比
x(t) (a)
t x(n)
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系统分类
按照所处理信号是否连续，系统可以分为：模拟 系统、数字系统。模拟系统输入模拟信号，输出 也是模拟信号，例如晶体管放大电路就是一个模 拟系统。数字系统是对输入的数字信号进行处理， 输出数字信号的系统。例如，计算机数字图像处 理。 根据处理前后的信号是否满足比例、叠加性，系 统还可以分为线性系统、非线性系统。 根据处理前后的信号是否满足移位特性，系统可 以分为：时（移）不变、时（移）变系统。 根据处理后信号是否与历史处理信号相关，系统 可以分为因果系统和非因果系统。
①采用数字信号处理器结合嵌入式软件进行数 字信号的处理。 ②采用单片机的方法。
4、硬件方法
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1.2 数字信号处理的内容与特点
1.2.1 数字信号处理的内容
数字信号处理涉及的内容非常广泛，数字信号处理主要内容包括： ①离散线性时不变系统理论。包括时域、频域、各种变换域。 ②频谱分析。FFT谱分析方法及统计分析方法，也包括有限字长效应谱分 析。 ③数字滤波器设计及滤波过程的实现（包括有限字长效应）。 ④时频-信号分析（短时付氏变换）〔Short Fourier Transform〕，小波变 换(Wavelet Analysis), 时-频能量分布（Wigner Distribution）。 ⑤多维信号处理（压缩与编码及其在多煤体中的应用）。 ⑥非线性信号处理。 ⑦随机信号处理。 ⑧模式识别人工神经网络。 ⑨信号处理单片机(DSP)及各种专用芯片(ASIC)，信号处理系统实现。
DSP 第一章概述
第一章 绪 论
§1-1 概述
一 、 数字信号处理概述
数字信号处理（ rocessing） 数字信号处理（Digital Signal Processing）
以数字形式对信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、 以数字形式对信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、 压缩、 压缩、识别等处理
数字信号处理器（ rocessor） 数字信号处理器（Digital Signal Processor） DSP芯片 DSP芯片
DSP技术 及其在电机控制中的应用
主要参考教材： 何苏勤等编著： 《TMS320C2000系列DSP原理及实用技术》 电子工业出版社
主要内容: 主要内容:
DSP型号：
TMS320C2000 系列中TMS320F2407
DSP概述 DSP概述 内部结构 程序控制与中断 存储器与I/O I/O空间 存储器与I/O空间 寻址方式与指令系统 汇编语言与程序设计 片内外设 DSP的应用 DSP的应用——感应电动机的矢量控制 感应电动机的矢量控制 的应用
雷达处理 雷达处理 声纳处理 声纳处理 图像处理 图像处理 导航 导航 导弹制导 导弹制导 高频调制解调器 高频调制解调器 保密通讯 保密通讯
（6）军事应用
（7）电信 （8）无线电
DSP芯片的主要应用领域 DSP芯片的主要应用领域
（1）信号处理 （2）图像处理 （3）仪器 （4）声音/语言 声音/ （5）控制 （6）军事应用
三． DSP芯片的发展与应用
自1979年Intel公司开发的2920诞生以来，数字信号处理 器(DSP)的发展历程概括地划分为4代: 第—代: 1979年Intel公司的2920, AMI公司的S28H; 1980年NEC公司的upd7720、 Bell研究所的DSP20， 1982年日立公司的61810、TI公司TMS32010等。 这一代产品的特点是采用了哈佛结构，设置了硬件乘法器。
第一章 数字信号处理(DSP)基础知识
生输出信号的能力，通常采用方框来表示，方框中列写的 就是系统的功能。
I(t)
50
电压放大器
O (t )
O（t）=50I(t)
大连理工大学出版社
1.3 系统
1.3.1 系统框架与分类
2 系统的分类 ❖ （1）静态系统与动态系统 ❖ （2）线性系统与非线性系统 ❖ （3）连续时间系统与离散时间系统 ❖ （4）时不变系统与时变系统
❖ 设信号用f(t)表示，如果自变量有t改为at， 则信号函数用f(at)表示。
大连理工大学出版社
1.2 信号的检测与处理
1.2.2 信号的处理
2 压缩与扩展
❖ 如果a>1,则将f(t)以原 点为基点，水平方向 上线性缩小a倍，可 得f(at)，压缩的图形 如图所示，图中取 a=2。
f(t)
f(2t)
否则就被称为非周期信号。
周期信号有三个明显特征：
(1)时间上无始无终；
(2)随时间变化有固定的周期；
(3)各个周期内的信号波形完全一致。
大连理工大学出版社
1.1 信号
1.1.2 信号的种类
4 周期信号和非周期信号 设周期信号的周期为T或N，连续周期信号f (t)与周期T之
间的关系为：
f(t)=f(t+kT)
随机信号是一种不能用数学表达式表述的信号，其特征是：任一 时刻，信号是随机的，事先不可预测，因此它只能用统计方法描述。 例如电视机中的干扰与噪音、电网电压的随机波动。
大连理工大学出版社
1.1 信号
1.1.2 信号的种类
3
实信号和虚信号
按照能否物理实现，信号被分成实信号和虚信号。
虚实信号是一种不能能用用物物理理手手段段实实现现的的信信号号。，无是论为是了确分定析的问，题还方是
I(t)
50
电压放大器
O (t )
O（t）=50I(t)
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1.3 系统
1.3.1 系统框架与分类
2 系统的分类 ❖ （1）静态系统与动态系统 ❖ （2）线性系统与非线性系统 ❖ （3）连续时间系统与离散时间系统 ❖ （4）时不变系统与时变系统
❖ 设信号用f(t)表示，如果自变量有t改为at， 则信号函数用f(at)表示。
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1.2 信号的检测与处理
1.2.2 信号的处理
2 压缩与扩展
❖ 如果a>1,则将f(t)以原 点为基点，水平方向 上线性缩小a倍，可 得f(at)，压缩的图形 如图所示，图中取 a=2。
f(t)
f(2t)
否则就被称为非周期信号。
周期信号有三个明显特征：
(1)时间上无始无终；
(2)随时间变化有固定的周期；
(3)各个周期内的信号波形完全一致。
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1.1 信号
1.1.2 信号的种类
4 周期信号和非周期信号 设周期信号的周期为T或N，连续周期信号f (t)与周期T之
间的关系为：
f(t)=f(t+kT)
随机信号是一种不能用数学表达式表述的信号，其特征是：任一 时刻，信号是随机的，事先不可预测，因此它只能用统计方法描述。 例如电视机中的干扰与噪音、电网电压的随机波动。
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1.1 信号
1.1.2 信号的种类
3
实信号和虚信号
按照能否物理实现，信号被分成实信号和虚信号。
虚实信号是一种不能能用用物物理理手手段段实实现现的的信信号号。，无是论为是了确分定析的问，题还方是
《DSP原理及应用》电子教案全套课件
第1章 绪论
1.1 数字信号处理概述 1.2 数字信号处理器概述
1.1 数字信号处理概述
1.1.1 数字信号处理系统的构成 1.1.2 数字信号处理的实现 1.1.3 数字信号处理的特点
返回首页
1.1.1 数字信号处理系统的构成
图1-1 典型的数字信号处理系统
返回本节
1.1.2 数字信号处理的实现
返回本节
图2-1 TMS320C54x DSP的内部硬件组成框图2
2.2 TMS320C54x的总线结构
TMS320C54x DSP采用先进的哈佛结构并具有八 组总线，其独立的程序总线和数据总线允许同时 读取指令和操作数，实现高度的并行操作。 采用各自分开的数据总线分别用于读数据和写数 据，允许CPU在同一个机器周期内进行两次读操 作数和一次写操作数。独立的程序总线和数据总 线允许CPU同时访问程序指令和数据。
返回首页
存储器 64 K字程序存储器、64 K字数据存储器以及64 K 字 I/O 空间。在 C548、C549、C5402、C5410 和 C5420中程序存储器可以扩展。
指令系统 单指令重复和块指令重复操作。 块存储器传送指令。 32位长操作数指令。 同时读入两个或3个操作数的指令。 并行存储和并行加载的算术指令。 条件存储指DSP芯片的主要特点
1．哈佛结构 2．多总线结构 3．指令系统的流水线操作 4．专用的硬件乘法器 5．特殊的DSP指令 6．快速的指令周期 7．硬件配置强
时钟 取指 译码 取操作数 执行 N N-1 N-2 N-3 N+1 N N-1 N-2 N+2 N+1 N N-1 N+3 N+2 N+1 N
1.1 数字信号处理概述 1.2 数字信号处理器概述
1.1 数字信号处理概述
1.1.1 数字信号处理系统的构成 1.1.2 数字信号处理的实现 1.1.3 数字信号处理的特点
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1.1.1 数字信号处理系统的构成
图1-1 典型的数字信号处理系统
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1.1.2 数字信号处理的实现
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图2-1 TMS320C54x DSP的内部硬件组成框图2
2.2 TMS320C54x的总线结构
TMS320C54x DSP采用先进的哈佛结构并具有八 组总线，其独立的程序总线和数据总线允许同时 读取指令和操作数，实现高度的并行操作。 采用各自分开的数据总线分别用于读数据和写数 据，允许CPU在同一个机器周期内进行两次读操 作数和一次写操作数。独立的程序总线和数据总 线允许CPU同时访问程序指令和数据。
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存储器 64 K字程序存储器、64 K字数据存储器以及64 K 字 I/O 空间。在 C548、C549、C5402、C5410 和 C5420中程序存储器可以扩展。
指令系统 单指令重复和块指令重复操作。 块存储器传送指令。 32位长操作数指令。 同时读入两个或3个操作数的指令。 并行存储和并行加载的算术指令。 条件存储指DSP芯片的主要特点
1．哈佛结构 2．多总线结构 3．指令系统的流水线操作 4．专用的硬件乘法器 5．特殊的DSP指令 6．快速的指令周期 7．硬件配置强
时钟 取指 译码 取操作数 执行 N N-1 N-2 N-3 N+1 N N-1 N-2 N+2 N+1 N N-1 N+3 N+2 N+1 N
数字信号处理_第一章_概述
第 26 页
1.序列
�离散时间信号又称作序列。 �离散时间信号的间隔为T，且均匀采样，可用x(nT） 表示在时刻nT的值。当T隐含时，可表示为x(n)。 �为了方便，通常用直接用x(n)表示序列{x(n)}。
x(0) x(-1) x(1) x(-2) x(2) -2 -1 0 1 2 n
：x ( n)
第 6 页
数字信号－镭射唱片
�数字信号是通过0和1的数字串所构成的数字流来 传输的，幅度变化是跳变的。 �离散＋量化
镭射唱片，又名雷射唱片、压缩盘，简称CD。是一种用以储 存数码资料的光学盘片，在1982年面世，是商业录音的标准 储存格式。 声音镭射唱片包括一条或以上的立体声轨（在CD母盘感光材 料上照出了很多凹凸的位置，这样凸表示1，凹表示0，按照 2进读法读出来之后解码即可读到数据了），以16比特PCM编 码技术，采样率为44.1 kHz。标准镭射唱片的直径为120 毫 米或80 毫米，120 毫米镭射唱片可储存约80分钟的声音。 80 毫米的镭射唱片，可储存约20分钟的声音资料。 镭射唱片技术被用作储存资料，称为CD-ROM。可录式光盘随 后面世，包括只可录写一次的CD-R及可重复录写的CDRW，，成为个人电脑业界最为广泛采用的储存媒体之一。镭 射唱片及其衍生格式取得极大的成功，2004年，全球声音镭 射唱片、CD-ROM、CD-R等的合计总销量达到300亿只。
�关系
RN ( n )
0
1
n N-1
N −1
RN ( n ) = u ( n) − u ( n − N ) = ∑ δ ( n − m)
m =0
第 32 页
实指数序列
�定义为：
x(n) = a u (n)
n
第1章 数字信号处理和DSP系统
（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。
TMS320C55x DSP原理及应用
10
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。
TMS320C55x DSP原理及应用
9
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；
(1)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，A/D、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。
（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；
TMS320C55x DSP原理及应用
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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。
TMS320C55x DSP原理及应用
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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；
(1)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，A/D、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。
（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；
数字信号处理基础pptDSP第01章
例1-10 h(n)= anu(n) 该系统是因果系统，当0< |a| < 1时系统稳定
§1.4 N阶线性常系数差分方程
无限脉冲响应系统（IIR, Infinite Impulse Response）
M
N
y(n) bm x(n m) ak y(n k)，ak、bm是常数
m0
k 1
ak有非零值
n的有效
有效
n的有效
区间范围 数据长度 区间范围
有效 数据长度
x(n) [0, M1]
M
h(n) [0, N1]
N
y(n) [0, MN2] MN1
[nxl, nxu]
[nhl, nhu]
[nxl nhl, nxu nhu]
nxunxl1
nhunhl1
nxu nhu nxlnhl1
x(n)={1, 2, 3}，0 n 2， M = 3 h(n)={1, 2, 2, 1}，0 n 3， N = 4 y(n)={1, 4, 9, 11, 8, 3}，0 n 5，M N 1 = ulse Response）
M
y(n) bm x(n m)
m0
差分方程的求解方法 ➢时域方法
例1-8 T[ x1(n)] nx1(n) x1(n 1) 3 T[ x2 (n)] nx2 (n) x2 (n 1) 3 T[ax1(n) bx2 (n)] n[ax1(n) bx2 (n)] ax1(n 1) bx2 (n 1) 3
≠ aT[ x1(n)] bT[ x2 (n)] n[ax1(n) bx2(n)] ax1(n 1) bx2(n 1) 3(a b)
T[ax1(n) bx2 (n)] aT[ x1(n)] bT[ x2(n)]
第1章 DSP绪论1
2011年 2011年4月1日 DSP原理及应用 DSP原理及应用 8
第1章 DSP绪论 DSP绪论
1.2.1 DSP芯片的发展概况 DSP芯片的发展概况
第三阶段，DSP的完善阶段（2000年以后）。 的完善阶段（ 年以后）。 第三阶段，DSP的完善阶段 2000年以后 这一时期各DSP制造商不仅使信号处理能力更加完善 制造商不仅使信号处理能力更加完善, 这一时期各DSP制造商不仅使信号处理能力更加完善,而 且使系统开发更加方便、程序编辑调试更加灵活、 且使系统开发更加方便、程序编辑调试更加灵活、功耗进一步 降低、成本不断下降。尤其是各种通用外设集成到片上, 降低、成本不断下降。尤其是各种通用外设集成到片上,大大地 提高了数字信号处理能力。这一时期的DSP运算速度可达到单 提高了数字信号处理能力。这一时期的DSP运算速度可达到单 指令周期10ns左右，可在Windows环境下直接用 语言编程, 指令周期10ns左右，可在Windows环境下直接用C语言编程,使 左右 环境下直接用C 用方便灵活， DSP芯片不仅在通信 芯片不仅在通信、 用方便灵活，使DSP芯片不仅在通信、计算机领域得到了广泛 的应用，而且逐渐渗透到人们日常消费领域。 的应用，而且逐渐渗透到人们日常消费领域。 目前,DSP芯片的发展非常迅速 芯片的发展非常迅速。 目前,DSP芯片的发展非常迅速。硬件方面主要是向多处理 器的并行处理结构、便于外部数据交换的串行总线传输、 器的并行处理结构、便于外部数据交换的串行总线传输、大容 量片上RAM和ROM、程序加密、增加I/O驱动能力、 量片上RAM和ROM、程序加密、增加I/O驱动能力、外围电路 驱动能力 内装化、低功耗等方面发展。 内装化、低功耗等方面发展。软件方面主要是综合开发平台的 完善， DSP的应用开发更加灵活方便 的应用开发更加灵活方便。 完善，使DSP的应用开发更加灵活方便。
第1章 DSP绪论 DSP绪论
1.2.1 DSP芯片的发展概况 DSP芯片的发展概况
第三阶段，DSP的完善阶段（2000年以后）。 的完善阶段（ 年以后）。 第三阶段，DSP的完善阶段 2000年以后 这一时期各DSP制造商不仅使信号处理能力更加完善 制造商不仅使信号处理能力更加完善, 这一时期各DSP制造商不仅使信号处理能力更加完善,而 且使系统开发更加方便、程序编辑调试更加灵活、 且使系统开发更加方便、程序编辑调试更加灵活、功耗进一步 降低、成本不断下降。尤其是各种通用外设集成到片上, 降低、成本不断下降。尤其是各种通用外设集成到片上,大大地 提高了数字信号处理能力。这一时期的DSP运算速度可达到单 提高了数字信号处理能力。这一时期的DSP运算速度可达到单 指令周期10ns左右，可在Windows环境下直接用 语言编程, 指令周期10ns左右，可在Windows环境下直接用C语言编程,使 左右 环境下直接用C 用方便灵活， DSP芯片不仅在通信 芯片不仅在通信、 用方便灵活，使DSP芯片不仅在通信、计算机领域得到了广泛 的应用，而且逐渐渗透到人们日常消费领域。 的应用，而且逐渐渗透到人们日常消费领域。 目前,DSP芯片的发展非常迅速 芯片的发展非常迅速。 目前,DSP芯片的发展非常迅速。硬件方面主要是向多处理 器的并行处理结构、便于外部数据交换的串行总线传输、 器的并行处理结构、便于外部数据交换的串行总线传输、大容 量片上RAM和ROM、程序加密、增加I/O驱动能力、 量片上RAM和ROM、程序加密、增加I/O驱动能力、外围电路 驱动能力 内装化、低功耗等方面发展。 内装化、低功耗等方面发展。软件方面主要是综合开发平台的 完善， DSP的应用开发更加灵活方便 的应用开发更加灵活方便。 完善，使DSP的应用开发更加灵活方便。
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第一章 数字信号处理和DSP系统
(4) 硬件和软件的调试： 软件的调试：一般借助于DSP开发工具，如软件模拟 器、DSP开发系统或仿真器等。调试DSP算法时一般采 用实时结果与模拟结果相比较的方法，如果实时程序 和模拟程序的输入相同，则两者的输出应该一致。 硬件调试：一般采用硬件仿真器进行调试，如果没 有相应的硬件仿真器，且硬件系统不是十分复杂，也 可以借助于一般的工具进行调试。
耗有特殊的要求。目前，3.3V供电的低功耗高速DSP芯片已大量
使用。 其他因素：封装的形式、质量标准、供货情况、生命周期等。
第一章 数字信号处理和DSP系统
(3)设计实时DSP系统：包括硬件设计和软件设计两个 方面。 硬件设计：设计DSP芯片的外围电路及其他电路，如 转换、控制、存储、输出电路等。 软件设计：根据系统要求和所选的DSP芯片编写相应 的DSP程序。在实际应用系统中常常采用高级语言和汇 编语言的混合编程方法。采用这种方法，可缩短软件开 发的周期，提高程序的可读性和可移植性，又能满足系 统实时运算的要求。
Operations per Second)：每秒执行百万条指令和每秒百万条浮点操作。
如 TMS320LC549-80的处理能力为 80MIPS，即每秒可执行八千万
条指令；
第一章 数字信号处理和DSP系统
MOPS：每秒执行百万次操作。 BOPS：每秒执行十亿次操作。
DSP芯片的价格
DSP芯片的价格也是选择DSP芯片所需考虑的一个重要因素。
(3) 精度高、稳定性好：DSP系统以数字处理为基础，受环境温
度以及噪声的影响较小，可靠性高。
第一章 数字信号处理和DSP系统
(4)可重复性好：模拟系统的性能受元器件参数性能变化比较大，
而数字系统基本不受影响，因此数字系统便于测试、调试和大规
模生产； (5)集成方便：DSP系统中的数字部件有高度的规范性，便于大规 模集成。 缺点：
具有乘法器的商用DSP芯片。
第一章 数字信号处理和DSP系统
(4)美国德州仪器公司(Texas Instruments 简称TI)： 第一代DSP芯片(1982年成功推出)TMS320C10及其系列产品 TMS320C11、TMS320C10/C14/C15/C16/C17 . 第二代DSP芯片TMS32020、TMS320C25/C26/C28。 第三代DSP芯片TMS320C30/C31/C32； 第四代DSP芯片TMS320C40/C44; 第五代DSP芯片TMS320C5X/C54X，第二代DSP芯片的改进
第一章 数字信号处理和DSP系统
(4) 用通用的可编程DSP芯片实现。与单片机相比， DSP芯片具有更加适合于数字信号处理的软件和硬件 资源，可用于复杂的数字信号处理算法；为DSP的应 用打开了新的局面。 (5) 用专用的DSP芯片实现。特殊的应用，要求信号处 理速度极高，用通用DSP芯片很难实现，如FFT、数字 滤波、卷积、相关等算法的DSP芯片，这种芯片将相 应的信号处理算法在芯片内部用硬件实现。
1.DSP在通信领域的应用
一个典型移动终端结构框图
2.DSP在图像处理方面的应用
第一章 数字信号处理和DSP系统
一、引言
1、数字信号处理(Digital Signal Processing，简称DSP)是 一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域新兴学科。 20世纪60年代以来，随着计算机和信息技术的飞 2、数字信号处理是利用计算机或专用处理设备，以数
型TMS320C2XX，集多片DSP芯片于一体的高性能DSP芯片
TMS320C8X。 第六代DSP芯片(目前速度最快)TMS320C62X/C67X等。
第一章 数字信号处理和DSP系统
TI将常用的DSP芯片归纳为三大系列: TMS320C2000系列:包括TMS320C2X/C2XX; TMS320C5000系列:包括TMS320C5X/C54X/C55X TMS320C6000系列:包括TMS320C62X/C67X。 如今，TI公司的一系列DSP产品已经成为当今世界上最有 影响的DSP芯片。公司也成为世界上最大的DSP芯片供应商，
MAC(Multiply-Accumulate Unit )时间：一次乘加运算的时间。大
部分DSP芯片可在一个指令周期内完成一次乘法和加法操作。 FFT执行时间：运行一个N点FFT程序所需的时间。FFT是典型的 DSP算法运算，因此FFT运算时间常作为衡量 DSP芯片运算能力的 一个指标。
MIPS/MFLOPS( Million Instructions Per Second/Million Floating-point
第一章 数字信号处理和DSP系统
5、20世纪70年代末80年代初世界上第一片单片可编 程DSP芯片的诞生，将DSP理论研究结果广泛应用到低 成本的实际系统中，推动了新的理论和应用领域的发 展。 可以毫不夸张地说，DSP芯片的诞生及发展对近20年 来通信、计算机、控制等领域的技术发展起到十分重 要的作用。
第一章 数字信号处理和DSP系统
2、DSP系统的特点 DSP系统以数字信号处理为基础，具有数字处理的全部优点：
(1)接口简单、方便：数字信号的电气特性简单，不同DSP系统
互联时，在硬件接口上容易实现； (2)编程方便：可编程DSP芯片可使设计人员在开发过程中灵活 方便地对软件进行修改和升级；容易实现复杂的算法和复杂的 信号处理功能；
第一章 数字信号处理和DSP系统
(2) 程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据； (3) 片内具有快速RAM； (4) 具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持； (5) 快速的中断处理和硬件I/O支持； (6) 具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器； (7) 可以并行执行多个操作； (8) 支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以重 叠执行。
采用价格昂贵的DSP芯片，即使性能再高，其应用范围受到限制，
尤其是民用产品。因此根据实际系统的应用情况，需确定一个价
格适中的DSP芯片。
第一章 数字信号处理和DSP系统
DSP芯片的硬件资源 不同的DSP芯片提供的硬件资源是不相同的，如片内RAM、
ROM的数量，外部可扩展的程序和数据空间，总线接口，I/O
第一章 数字信号处理和DSP系统
4、DSP系统的设计流程(DSP系统设计的一般过程)
DSP应用(确定设计目标) 定义系统性能指标 选择DSP芯片 硬件设计 硬件调试 软件编程 软件调试
系统集成
系统测试和调试
第一章 数字信号处理和DSP系统
（1）算法模拟：根据应用系统的目标确定系统的性 能指标。根据系统要求进行算法仿真和高级语言模拟 实现。确定最佳处理方法。如用MATLAB等数学开发 工具对DSP算法进行优化设计和仿真测试， （2）选择DSP芯片：根据算法要求，如运算速度、运 算精度、存储器大小、系统成本、体积、功耗等选择 合适的DSP芯片。
第一章 数字信号处理和DSP系统
(5) 系统集成和系统测试阶段：调试完成后，实时系 统固化在DSP系统中，将软件脱离开发系统而直接在 应用系统上运行。 DSP系统的开发，特别是软件开发是一个需要反 复进行的过程，虽然通过算法模拟基本上可以知道实 时系统的性能，但实际上模拟环境不可能做到与实时 系统环境完全一致，将模拟算法移植到实时系统时必 须考虑算法是否能够实时运行的问题。如果算法运算 量太大不能在硬件上实时运行，则必须重新修改或简 化算法。
速发展，数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。 字形式对信号进行采集、变换、滤波、估计、增强、压
缩、识别等处理，以得到符合人们需要的信号形式。
第一章 数字信号处理和DSP系统
DSP是以众多学科为理论基础，如微积分、概率统 计、随机过程、数值分析、网络理论、信号与系统、人 工智能、模式识别、神经网络等。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。
3、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。
推动 DSP理论的发展 促进 DSP的实现 桥梁 DSP应用的发展
第一章 数字信号处理和DSP系统
4、数字信号处理的实现方法 (1) 通用的计算机上用软件(如 C语言)实现速度较慢。 可用于DSP算法的模拟； (2) 在通用计算机系统中加上专用的加速处理机实现； 专用性强，应用受限； (3) 用通用的单片机(如: MCS-51、96系列等)实现。只 适用实现简单的DSP算法，用于一些不太复杂的数 字信号处理，如数字控制等；
课程的主要讲述内容
本课程的主要内容： 1、数字信号处理和DSP系统 2、 DSP芯片结构和CPU外围电路 3、存储结构和寻址方式 4、程序流程控制 5、TMS320C55X DSP的汇编指令 6、 DSP集成开发环境 7、 TMS320C55X DSP应用实例 8、 OMAP5912双核处理器
DSP的典型应用实例
(1) 简单的信号处理任务，采用DSP使成本增加;
(2) DSP系统中的高速时钟可能带来高频干扰和电磁泄漏等问题； (3) DSP系统的功耗较大。
第一章 数字信号处理和DSP系统
3、可编程DSP芯片 DSP芯片，也称数字信号处理器，是一种特别适 合于进行数字信号处理运算的微处理器，其主要应用 是实时快速地实现各种数字信号处理算法。根据数字 信号处理的要求，DSP芯片具有如下主要特点： (1) 在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法；
第一章 数字信号处理和DSP系统
DSP 芯片的开发工具 快捷、方便的开发工具和完善的软件支持是开发大型、复杂 DSP系统的必备条件。TI公司的CCS集成开发环境、实时软件技 术等， C语言支持(开发的时间大大缩短)。 DSP芯片的功耗 在某些DSP应用场合，功耗也是一个需要特别注意的问题。 如便携式的DSP设备、手持设备、野外应用的DSP设备等都对功