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DSP原理与应用The Technology & Applications of DSPs授课老师及联系方式：郝瑞祥Office: 电气楼602，Email：haorx@ Phone: 51687064郭希铮Office: 电气楼602，Email: xzhguo@ Phone: 51687064序言●DSP:Digital Signal ProcessingDigital Signal Processors●DSPs:集微电子技术、数字信号处理技术、计算机技术等学科综合研究成果的新型微处理器。
高性能、低功耗，比较适合于通信、工业自动化控制、家电等领域。
●重点学习芯片：TMS320F28335●应具备的基础知识：单片机或微机原理，C语言编程，数字电路序言20406080100120140160180基础情况2006200720082009201020112012201360~7070~8080~9090~100平均成绩总人数近几年课程成绩分布情况统计图课程安排教学内容学时分配讲课实验习题第一章概述2-有第二章DSP系统开发22有第三章CPU结构和存储器配置22有第四章系统功能模块及中断22有第五章AD转换及SCI通信22有第六章通信22有第七章空间矢量控制22第八章硬件系统设计22综合试验2合计1616课程进度周次周3周4周61周第一章概述第二章DSP系统开发2周自主安排第三章CPU结构和存储器配置实验3周自主安排国庆实验4周自主安排第四章系统功能模块及中断实验5周自主安排第五章AD转换及SCI通信实验6周自主安排第六章串行通信CAN/SPI/I2C实验7周自主安排第七章空间矢量控制工程实验8周自主安排第八章硬件系统设计工程实验时间待定检查课程学习目标1.了解数字信号处理器DSP的主要工作原理、特点和分类，能够根据实际课题需要选择合适的DSP芯片。
2.通过课堂学习、网络、论坛等途径学习DSP知识。
DSP控制的原理及应用1. DSP控制的基本原理DSP（数字信号处理）是一种基于数字技术的信号处理方法，通过将连续信号转换为离散信号，以实现信号的处理和分析。
在控制系统中，DSP控制是一种使用数字信号处理技术进行控制的方法。
其基本原理包括以下几个方面：1.1 数字信号处理数字信号处理是将模拟信号转换为数字信号，并对数字信号进行处理的过程。
通过采样、量化和编码等步骤，将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。
在DSP 控制中，数字信号处理用于对系统信号进行采样和分析，并生成控制信号。
1.2 控制算法控制算法是DSP控制中的核心部分。
通过对输入信号进行分析和处理，可以根据系统的要求生成控制信号。
常用的控制算法包括PID控制算法、模糊控制算法和自适应控制算法等。
这些算法可以根据具体的系统需求来选择和应用。
1.3 数字滤波数字滤波是DSP控制中常用的方法之一。
通过滤波器对输入信号进行滤波处理，可以去除噪声和干扰，获得更加准确的控制信号。
常用的数字滤波器有低通滤波器、高通滤波器和带通滤波器等。
1.4 调制和解调调制和解调是在DSP控制中经常使用的技术。
通过调制技术，可以将信号转换为适合传输的形式。
解调技术则将传输的信号转换回原始的信号形式。
调制和解调技术可以应用于传感器信号的采集和控制信号的输出。
2. DSP控制的应用DSP控制在各个领域中有广泛的应用。
下面列举了几个常见的领域及其应用：2.1 电力系统•电力系统的数字化控制: DSP控制可以应用于电力系统的数字化控制，通过对电力系统信号的采集和处理，实现电力系统的稳定运行和故障检测。
2.2 通信系统•无线通信系统: DSP控制可以应用于无线通信系统中的信号处理和调制解调技术，提高通信质量和传输速率。
2.3 汽车电子控制系统•发动机控制: DSP控制可以应用于汽车发动机控制系统中，通过对传感器信号的采集和处理，进行发动机的调节和控制。
2.4 工业自动化•数字化控制系统: DSP控制可以应用于工业自动化系统中的数字化控制，提高生产效率和质量。
数字信号处理什么是数字信号处理？数字信号处理（Digital Signal Processing，简称DSP）是一种利用数字计算机进行信号处理的技术。
它将输入信号采样并转换成数字形式，在数字域上进行各种运算和处理，最后将处理后的数字信号转换回模拟信号输出。
数字信号处理在通信、音频、视频等领域都有广泛的应用。
数字信号处理的基本原理数字信号处理涉及许多基本原理和算法，其中包括信号采样、量化、离散化、频谱分析、滤波等。
信号采样信号采样是指将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。
采样定理指出，为了能够准确地还原原始信号，采样频率必须大于信号中最高频率的两倍。
常用的采样方法有均匀采样和非均匀采样。
量化量化是将连续的模拟信号离散化为一组有限的量化值。
量化过程中，需要将连续信号的振幅映射为离散级别。
常见的量化方法有均匀量化和非均匀量化，其中均匀量化是最为常用的一种方法。
离散化在数字信号处理中，信号通常被表示为离散序列。
离散化是将连续的模拟信号转换为离散的数字信号的过程。
频谱分析频谱分析是一种用于研究信号频域特性的方法。
通过对信号的频谱进行分析，可以提取出其中的频率成分，了解信号的频率分布情况。
滤波滤波是数字信号处理中常用的一种方法，用于去除信号中的噪声或不需要的频率成分。
常见的滤波器有低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。
数字信号处理的应用数字信号处理在许多领域都有广泛应用，下面列举了其中几个重要的应用领域：通信在通信领域，数字信号处理主要用于调制解调、信道编码、信号分析和滤波等方面。
数字信号处理的应用使得通信系统更加稳定和可靠，提高了通信质量和传输效率。
音频处理在音频处理领域，数字信号处理广泛应用于音频信号的录制、编码、解码、增强以及音频效果的处理等方面。
数字音乐、语音识别和语音合成等技术的发展离不开数字信号处理的支持。
视频处理数字信号处理在视频处理领域也发挥着重要作用。
视频压缩、图像增强、视频编码和解码等技术都离不开数字信号处理的支持。
dsp原理及应用技术 pdf
DSP（Digital Signal Processing）即数字信号处理，是利用数
字计算机来对连续或离散时间的信号进行采样、量化、编码和数字算法处理的技术。
它通过数字计算手段对信号进行采样、滤波、谱分析、编码压缩等处理，能够更加精确和灵活地分析和处理各种类型的信号。
DSP技术广泛应用于通信、音频、视频、雷达、医学图像处理、语音识别、控制系统等领域。
以下是几种常见的DSP应
用技术：
1. 数字滤波：通过数字滤波器实现对输入信号的滤波功能，包括低通滤波、高通滤波、带通滤波等，可用于信号去噪、频率选择等应用。
2. 数据压缩：通过数学算法对信号进行压缩编码，减少数据存储和传输的带宽需求，如音频压缩算法（MP3）、图像压缩算法（JPEG）等。
3. 语音处理：利用DSP技术对语音信号进行去噪、增强、压缩、识别等处理，可应用于语音通信、语音识别、语音合成等领域。
4. 图像处理：通过DSP算法对图像进行增强、分割、检测等
处理，广泛应用于医学图像处理、目标检测、图像识别等领域。
5. 音频处理：通过DSP技术对音频信号进行均衡、混响、降
噪、音效处理等，可应用于音频播放、音效合成、音乐处理等领域。
6. 通信信号处理：包括调制解调、信号解码、信道均衡等处理，用于移动通信、无线电频谱分析、信号检测等应用。
7. 实时控制系统：通过DSP算法对反馈信号进行采样和处理，实现控制系统的实时控制和调节，如机器人控制、自动驾驶等。
总之，DSP技术在各个领域都发挥着重要作用，通过数字计
算的精确性和灵活性，能够高效地处理和分析各种类型的信号，满足不同应用的需求。
DSP原理及应⽤（修订版）邹彦复习资料TMS320C54x⼀、填空题1.TI公司的定点DSP产品主要有TMS320C2000 系列、TMS320C5000系列和TMS320C6000 系列。
2.’C54x DSP中传送执⾏指令所需的地址需要⽤到PAB 、CAB、DAB和EAB 4条地址总线。
3.DSP的内部存储器类型可分为随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。
其中RAM⼜可以分为两种类型：单寻址RAM（SARAM）和双寻址RAM （DARAM）。
4.’C54x DSP的内部总存储空间为192K字，分成3个可选择的存储空间：64K字的程序存储空间、64K字的数据存储空间和64K字的I/O空间。
5.从功能结构上，’C54X DSP的CPU可以划分成运算部件和控制部件两⼤部分。
6.’C54x DSP的寻址⽅式有七种，分别为⽴即寻址、绝对寻址、累加器寻址、直接寻址、间接寻址、存储器映象寄存器寻址、堆栈寻址。
7.在’C54x DSP寻址和指令系统中，Xmem和Ymem表⽰16位双寻址操作数，Dmad为16位⽴即数，表⽰数据存储器地址，Pmad为16位⽴即数，表⽰程序存储器地址。
8.程序计数器的值可以通过复位操作、顺序执⾏指令、分⽀转移，累加器转移，块重复，⼦程序调⽤，从累加器调⽤⼦程序，中断等操作改变。
9.’C54x DSP芯⽚采⽤了6级流⽔线的⼯作⽅式，即⼀条指令分为预取指、取指、译码、寻址、读数和执⾏6个阶段。
10.解决MMR写操作的流⽔线冲突时，⼀般可⽤采⽤推荐指令和插⼊空操作指令的⽅法。
11.’C54x DSP定时器由3个16位存储器映射寄存器组成：定时器寄存器（TIM）、定时器周期寄存器（PRD）和定时器控制寄存器（TCR）。
12.主机接⼝（HPI，Host Port Interface）是TMS320C54x 系列定点芯⽚内部具有的⼀种接⼝部件，主要⽤于DSP与其他总线或CPU进⾏通信。
1、数字信号处理的实现方法一般有哪几种？答：数字信号处理的实现是用硬件软件或软硬结合的方法来实现各种算法。
(1) 在通用的计算机上用软件实现；(2) 在通用计算机系统中加上专用的加速处理机实现；(3) 用通用的单片机实现，这种方法可用于一些不太复杂的数字信号处理，如数字控制；(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；(5) 用专用的 DSP 芯片实现。
在一些特殊的场合，要求的信号处理速度极高，用通用 DSP 芯片很难实现（6）用基于通用 dsp 核的 asic 芯片实现。
2、简单的叙述一下 dsp 芯片的发展概况？答：第一阶段，DSP 的雏形阶段（1980 年前后）。
代表产品：S2811。
主要用途：军事或航空航天部门。
第二阶段，DSP 的成熟阶段（1990 年前后）。
代表产品：TI 公司的 TMS320C20 主要用途：通信、计算机领域。
第三阶段，DSP 的完善阶段（2000 年以后）。
代表产品： TI 公司的 TMS320C54 主要用途：各个行业领域。
3、可编程 dsp 芯片有哪些特点？答：1、采用哈佛结构（1）冯。
诺依曼结构，（2）哈佛结构（3）改进型哈佛结构 2、采用多总线结构 3.采用流水线技术4、配有专用的硬件乘法-累加器5、具有特殊的 dsp 指令6、快速的指令周期7、硬件配置强8、支持多处理器结构9、省电管理和低功耗4、4、什么是哈佛结构和冯。
诺依曼结构？它们有什么区别？答：哈佛结构：该结构采用双存储空间，程序存储器和数据存储器分开，有各自独立的程序总线和数据总线，可独立编址和独立访问，可对程序和数据进行独立传输，使取指令操作、指令执行操作、数据吞吐并行完成，大大地提高了数据处理能力和指令的执行速度，非常适合于实时的数字信号处理。
冯。
诺依曼结构：该结构采用单存储空间，即程序指令和数据共用一个存储空间，使用单一的地址和数据总线，取指令和取操作数都是通过一条总线分时进行。
当进行高速运算时，不但不能同时进行取指令和取操作数，而且还会造成数据传输通道的瓶颈现象，其工作速度较慢。
区别：哈佛：该结构采用双存储空间，程序存储器和数据存储器分开，有各自独立的程序总线和数据总线，可独立编址和独立访问，可对程序和数据进行独立传输，使取指令操作、指令执行操作、数据吞吐并行完成，大大地提高了数据处理能力和指令的执行速度，非常适合于实时的数字信号处理。
冯：当进行高速运算时，不但不能同时进行取指令和取操作数，而且还会造成数据传输通道的瓶颈现象，其工作速度较慢。
5、 5、什么是流水线技术？答：每条指令可通过片内多功能单元完成取指、译码、取操作数和执行等多个步骤，实现多条指令的并行执行，从而在不提高系统时钟频率的条件下减少每条指令的执行时间。
利用这种流水线结构，加上执行重复操作，就能保证在单指令周期内完成数字信号处理中用得最多的乘法 - 累加运算。
（图）6、什么是定点 dsp 芯片和浮点 dsp 芯片？它们各有什么优缺点？答：若数据以定点格式工作的称为定点 DSP 芯片。
若数据以浮点格式工作的称为浮点DSP 芯片。
定点 dsp 芯片优缺点：大多数定点 dsp 芯片称为定点 dsp 芯片，浮点 dsp 芯片优缺点：不同的浮点 DSP 芯片所采用的浮点格式有所不同，有的DSP 芯片采用自定义的浮点格式，有的 DSP 芯片则采用 IEEE 的标准浮点格式。
7、dsp 技术的发展趋势主要体现在什么方面？答：（1）DSP 的内核结构将进一步改善（2）DSP 和微处理器的融合（3）DSP 和高档CPU 的融合（4）DSP 和 SOC 的融合（5）DSP 和 FPGA 的融合（6）实时操作系统 RTOS与 DSP 的结合（7）DSP 的并行处理结构（8）功耗越来越低8、简述 dsp 系统的构成和工作过程？答：DSP 系统的构成：一个典型的 DSP 系统应包括抗混叠滤波器、数据采集 A/D 转换器、数字信号处理器 DSP、 D/A 转换器和低通滤波器等。
DSP 系统的工作过程：① 将输入信号 x(t)经过抗混叠滤波，滤掉高于折叠频率的分量，以防止信号频谱的混叠。
②经过采样和 A/D 转换器，将滤波后的信号转换为数字信号 x(n)。
③数字信号处理器对 x(n)进行处理，得数字信号 y(n)。
④经 D/A 转换器，将 y(n)转换成模拟信号；⑤经低通滤波器，滤除高频分量，得到平滑的模拟信号 y(t)。
（图）抗混叠滤波器 AD转换器- 数字信号处理器 DA转换器低通滤波器 9、简述 dsp 系统的设计步骤？答：：①明确设计任务，确定设计目标②算法模拟，确定性能指令③选择 DSP 芯片和外围芯片④设计实时的 DSP 芯片系统⑤硬件和软件调试⑥系统集成和测试。
（图）10、dsp 系统有哪些特点？答：（1）接口方便（2）编程方便（3）具有高速性（4）稳定性好（5）精度高（6）可重复性好（7）集成方便11、在进行 dsp 系统设计时，应如何选择合理的 dsp 芯片？答：1、dsp 的运算速度 2、dsp 芯片价格 3、dsp 芯片运算精度 4、dsp 芯片的硬件资源 5、 dsp 芯片的开发工具 6、dsp 芯片的功耗 7、其他因素。
1、TMS320C54x 芯片的基本结构都包括哪些部分？答：①中央处理器②内部总线结构③特殊功能寄存器④数据存储器 RAM⑤程序存储器ROM ⑥I/O 口⑦串行口⑧主机接口HPI ⑨定时器⑩中断系统2、TMS320C54x 芯片的 CPU 主要由哪几部分组成？答：①40 位的算术运算逻辑单元（ALU）。
②2 个 40 位的累加器（ACCA、ACCB）。
③1 个运行-16 至 31 位的桶形移位寄存器。
④17×17 位的乘法器和 40 位加法器构成的乘法器-加法器单元（MAC）。
⑤比较、选择、存储单元（CSSU）。
⑥指令编码器。
⑦ CPU 状态和控制寄存器。
3、处理器工作方式状态寄存器 PMST 中的 MP/MC、OVLY 和 DROM 三个状态位对 C54x 的存储空间结构各有何影响？当 OVLY= 0 时，程序存储空间不使用内部 RAM。
当 OVLY= 1 时，程序存储空间使用内部 RAM。
内部 RAM 同时被映射到程序存储空间和数据存储空间。
当MP/ MC=0 时， 4000H~EFFFH 程序存储空间定义为外部存储器；F000H~FEFFH 程序存储空间定义为内部ROM；当 MP/ MC=1 时，4000H~FFFFH 程序存储空间定义为外部存储。
DROM=0： 0000H~3FFFH——内部 RAM ； 4000H~FFFFH——外部存储器；DROM=1 ： 0000H~3FFFH——内部 RAM；4000H~EFFFH——外部存储器；F000H~FEFFH——片内ROM；FF00H~FFFFH——保留。
4 、TMS320C54x 芯片的片内外设主要包括哪些电路？① 通用 I/O 引脚②定时器③时钟发生器④ 主机接口HPI⑤ 串行通信接口⑥ 软件可编程等待状态发生器⑦可编程分区转换逻辑5、TMS320C54x 芯片的流水线操作共有多少个操作阶段？每个阶段执行什么任务？完成一条指令都需要哪些操作周期？六个操作阶段:① 预取指 P;将 PC 中的内容加载PAB ② 取指 F; 将读取到的指令字加载PB ③ 译码 D; 若需要，数据 1 读地址加载 DAB；若需要，数据 2 读地址加载 CAB；修正辅助寄存器和堆栈指针④ 寻址 A; 数据 1 加载 DB；数据2 加载 CB；若需要，数据 3 写地址加载EAB⑤ 读数 R; 数据 1 加载 DB；数据2 加载 CB；若需要，数据 3 写地址加载 EAB；⑥执行 X。
执行指令，写数据加载 EB。
6、TMS320C54x 芯片的流水线冲突是怎样产生的？有哪些方法可以避免流水线冲突？答：’C54x 的流水线结构，允许多条指令同时利用 CPU 的内部资源。
由于 CPU 的资源有限，当多于一个流水线上的指令同时访问同一资源时，可能产生时序冲突。
解决办法① 由 CPU 通过延时自动解决；② 通过程序解决，如重新安排指令或插入空操作指令。
为了避免流水冲突，可以根据等待周期表来选择插入的 NOP 指令的数量。
7、TMS320C54x 芯片的串行口有哪几种类型？四种串行口：标准同步串行口 SP，缓冲同步串行口 BSP，时分多路串行口TDM，多路缓冲串行口 McBSP。
8 、TMS320VC5402 共有多少可屏蔽中断？它们分别是什么？NMI 和 RS 属于哪一类中断源？答：TMS320VC5402 有 13 个可屏蔽中断，RS 和 NMI 属于外部硬件中断。
9、试分析下列程序的流水线冲突，画出流水线操作图。
如何解决流水冲突？STLM A，AR0STM #10，AR1LD *AR1，B 解：流水线图如下图：解决流水线冲突：最后一条指令（LD *AR1，B）将会产生流水线冲突，在它前面加入一条 NOP 指令可以解决流水线冲突。
10、试根据等待周期表，确定下列程序段需要插入几个 NOP 指令。
① LD @GAIN, TSTM #input,AR1MPY *AR1+,A 解：本段程序不需要插入 NOP 指令② STLM B,AR2STM #input ,AR3MPY *AR2+,*AR3+,A 解：本段程序需要在 MPY *AR2+,*AR3+,A 语句前插入 1条 NOP 指令③MAC @x, BSTLM B,ST0ADD @table, A, B 解：本段程序需要在 ADD @table, A, B 语句前插入 2 条 NOP指令第三章已知(80H)=50H,AR2=84H,AR3=86H,AR4=88H。
1、MVKD 80H，*AR2MVDD *AR2，*AR3MVDM 86H, AR4运行以上程序后，(80H)、（84H）、*AR3 和 AR4 的值分别等于多少？解：(80H)=50H，(84H)=50H，*AR3=50H，AR4=50H 2、已知，(80H)=20H、（81H）=30H。
LD #0，DPLD 80H，16，B ADD 81H，B运行以上程序，B 等于多少？答：（B）=00 0000 0000H 3、阅读以下程序，分别写出运行结果。
