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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。