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DSP定标方法--good

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DSP定标方法

3.1

数 的 定 标

在定点DSP芯片中，采用定点数进行数值运算，其操作数一般采用整型数来表示。一个整型数的最大表示范围取决于DSP芯片所给定的字长，一般为16位或24位。显然，字长越长，所能表示的数的范围越大，精度也越高。如无特别说明，本书均以16位字长为例。

DSP芯片的数以2的补码形式表示。每个16位数用一个符号位来表示数的正负，0表示数值为正，1则表示数值为负。其余15位表示数值的大小。因此

二进制数0010000000000011b＝8195

二进制数1111111111111100b＝-4

对DSP芯片而言，参与数值运算的数就是16位的整型数。但在许多情况下，数学运算过程中的数不一定都是整数。那么，DSP芯片是如何处理小数的呢？应该说，DSP芯片本身无能为力。那么是不是说DSP芯片就不能处理各种小数呢？当然不是。这其中的关键就是由程序员来确定一个数的小数点处于16位中的哪一位。这就是数的定标。

通过设定小数点在16位数中的不同位置，就可以表示不同大小和不同精度的小数了。数的定标有Q表示法和S表示法两种。表3.1列出了一个16位数的16种Q表示、S表示及它们所能表示的十进制数值范围。

表3.1 Q表示、S表示及数值范围

Q表示 S表示 十进制数表示范围

Q31 S0.31 -1≤x≤0.9999_9999_9534

Q15 S0.15 -1≤x≤0.9999_695

Q14 S1.14 -2≤x≤1.9999_390

Q13 S2.13 -4≤x≤3.9998_779

Q12 S3.12 -8≤x≤7.9997_559

Q11 S4.11 -16≤x≤15.9995_117

Q10 S5.10 -32≤x≤31.9990_234

Q9 S6.9 -64≤x≤63.9980_469

Q8 S7.8 -128≤x≤127.9960_938

Q7 S8.7 -256≤x≤255.9921_875

Q6 S9.6 -512≤x≤511.9804_375

Q5 S10.5 -1024≤x≤1023.9687_5

Q4 S11.4 -2048≤x≤2047.9375

Q3 S12.3 -4096≤x≤4095.875

Q2 S13.2 -8192≤x≤8191.75

Q1 S14.1 -16384≤x≤16383.5

Q0 S15.0 -32768≤x≤32767

从表3.1可以看出，同样一个16位数，若小数点设定的位置不同，它所表示的数也就不同。例如： 16进制数2000H＝8192，用Q0表示

16进制数2000H＝0.25，用Q15表示

但对于DSP芯片来说，处理方法是完全相同的。

从表3.1还可以看出，不同的Q所表示的数不仅范围不同，而且精度也不相同。Q越大，数值范围越小，但精度越高；相反，Q越小，数值范围越大，但精度就越低。例如，Q0的数值范围是-32768到+32767，其精度为1，而Q15的数值范围为-1到0.9999695，精度为 1/32768 = 0.00003051。因此，对定点数而言，数值范围与精度是一对矛盾，一个变量要想能够表示比较大的数值范围，必须以牺牲精度为代价；而想提高精度，则数的表示范围就相应地减小。在实际的定点算法中，为了达到最佳的性能，必须充分考虑到这一点。

浮点数与定点数的转换关系可表示为：

浮点数(x)转换为定点数(xq)：=(int)*2Qxqx

定点数(xq)转换为浮点数(x)：=(float)2Qxqx

例如，浮点数x=0.5，定标Q=15，则定点数xq=L0.5*32768J=16384，式中LJ表示下取整。反之，一个用Q=15表示的定点数 16384，其浮点数为16384*2-15=16384/32768=0.5。浮点数转换为定点数时，为了降低截尾误差，在取整前可以先加上0.5。

3.2 高级语言：从浮点到定点

在编写DSP模拟算法时，为了方便，一般都是采用高级语言(如C语言)来编写模拟程序。程序中所用的变量一般既有整型数，又有浮点数。如例3.1程序中的变量i是整型数，而pi是浮点数，hamwindow则是浮点数组。

例3.1 256点汉明窗计算

int i;

float pi=3.14159;

float hamwindow[256];

for(i=0;i<256;i++) hamwindow[i]=0.54-0.46*cos(2.0*pi*i/255);

如果要将上述程序用某种定点DSP芯片来实现，则需将上述程序改写为DSP芯片的汇编语言程序。为了DSP程序调试的方便及模拟定点DSP实现时的算法性能，在编写DSP汇编程序之前一般需将高级语言浮点算法改写为高级语言定点算法。下面讨论基本算术运算的定点实现方法。

3.2.1 加法/减法运算的C语言定点模拟

设浮点加法运算的表达式为：

float x,y,z;

z=x+y;

将浮点加法/减法转化为定点加法/减法时最重要的一点就是必须保证两个操作数的定标值一样。若两者不一样，则在做加法/减法运算前先进行小数点的调整。为保证运算精度，需使Q值小的数调整为与另一个数的Q值一样大。此外，在做加法/减法运算时，必须注意结果可能会超过16位表示。如果加法/减法的结果超出16位的表示范围，则必须保留32位结果，以保证运算的精度。

1．结果不超过16位表示范围

设x的Q值为Qx，y的Q值为Qy，且Qx>Qy，加法/减法结果z的定标值为Qz，则

z＝x+y

所以定点加法可以描述为：

int x,y,z;

long temp; /*临时变量*/

temp＝y<<(Qx－Qy); ==》改变y的格式

temp＝x＋temp;

z＝(int)(temp>>(Qx－Qz)), 若Qx≥Qz

z＝(int)(temp<<(Qz－Qx)), 若Qx≤Qz

例3.2 定点加法

设x＝0.5，y＝3.1，则浮点运算结果为z＝x+y＝0.5+3.1＝3.6;

Qx＝15，Qy＝13，Qz＝13，则定点加法为：

x＝16384；y＝25395;

temp＝25395<<2＝101580; ==》Q值调整为和大的一样

temp＝x+temp＝16384+101580＝117964;

z＝(int)(117964L>>2)＝29491;

因为z的Q值为13，所以定点值z＝29491即为浮点值z＝29491/8192＝3.6。

例3.3 定点减法

设x＝3.0，y＝3.1，则浮点运算结果为z＝x-y＝3.0-3.1＝-0.1;

Qx＝13，Qy＝13，Qz＝15，则定点减法为： x＝24576；y＝25395；

temp＝25395;

temp＝x-temp＝24576-25395＝-819;

因为Qx

2．结果超过16位表示范围

设x的Q值为Qx，y的Q值为Qy，且Qx>Qy，加法结果z的定标值为Qz,则定点加法为：

int x，y；

long temp，z；

temp＝y<<(Qx-Qy)； ==》改变y的格式

temp＝x＋temp;

z＝temp>>(Qx-Qz)，若Qx≥Qz

z＝temp<<(Qz-Qx)，若Qx≤Qz

例3.4 结果超过16位的定点加法

设x＝15000，y＝20000，则浮点运算值为z＝x＋y＝35000，显然z>32767，因此

Qx＝1，Qy＝0，Qz＝0，则定点加法为：

x＝30000；y＝20000；

temp＝20000<<1＝40000;

temp＝temp+x＝40000+30000＝70000;

z＝70000L>>1＝35000;

因为z的Q值为0，所以定点值z=35000就是浮点值，这里z是一个长整型数。

当加法或加法的结果超过16位表示范围时，如果程序员事先能够了解到这种情况，并且需要保证运算精度时，则必须保持32位结果。如果程序中是按照16位数进行运算的，则超过16位实际上就是出现了溢出。如果不采取适当的措施，则数据溢出会导致运算精度的严重恶化。一般的定点DSP芯片都设有溢出保护功能，当溢出保护功能有效时，一旦出现溢出，则累加器ACC的结果为最大的饱和值(上溢为7FFFH，下溢为8001H)，从而达到防止溢出引起精度严重恶化的目的。

3.2.2 乘法运算的C语言定点模拟

设浮点乘法运算的表达式为：

float x,y,z; z = xy;

假设经过统计后x的定标值为Qx（比如Q10），y的定标值为Qy，乘积z的定标值为Qz，则定点表示的乘法为：

int x,y,z;

long temp;

temp = (long)x;

z = (temp×y) >> (Qx+Qy-Qz);

例3.5 定点乘法

设x = 18.4，y = 36.8，则浮点运算值为z =18.4×36.8 = 677.12;

根据上节，得Qx = 10，Qy = 9，Qz = 5，所以

x = 18841；y = 18841；

temp = 18841L;

z = (18841L*18841)>>(10+9-5) = 354983281L>>14 = 21666;

因为z的定标值为5，故定点 z = 21666即为浮点的 z = 21666/32 = 677.08。

3.2.3 除法运算的C语言定点模拟

设浮点除法运算的表达式为：

float x,y,z;

z = x/y;

假设经过统计后被除数x的定标值为Qx，除数y的定标值为Qy，商z的定标值为Qz，则定点表示的除法为：

int x,y,z;

long temp;

temp = (long)x;

z = (temp<<(Qz-Qx+Qy))/y;

例3.6 定点除法

设x = 18.4，y = 36.8，浮点运算值为z = x/y = 18.4/36.8 = 0.5;

根据上节，得Qx = 10，Qy = 9，Qz = 15；所以有

x = 18841, y = 18841;

temp = (long)18841;

z = (18841L<<(15-10+9))/18841 = 308690944L/18841 = 16384;

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基于DSP的无速度传感器直接转矩控制系统设计

基于DSP的无速度传感器直接转矩控制系统设计

擐．誉　鲞　…～一一一　一……一　一…　糍

Ｔｅｓｔ　ＴｅｃｈｎｏＩＯｇＹ　

Ｔｈｅ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｓｐｅｅｄ　Ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓ　Ｄｉｒｅｃｔ　Ｔｏｒｑｕｅ　

Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＤＳＰ　

刘青川．张福生　

（石家庄铁道学院电气工程　

分院．河北石家庄０５００４３）　Ｌｉｕ　ＱＪｎｇ－ｃｈｕａｎ，Ｚｈａｎｇ　Ｆｕ．ｓｈｅｎｇ　

（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｅｎｇｉｎｅｅｒ　Ｓｈｉｊｉａ—　

ｚｈｕａｎｇ　ｒａｉｌｗａｙ　ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　Ｈｅｂｅｉ　

Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ　０５００４３，Ｃｈｉｎａ）　

摘要：直接转矩控制是一种新颖的异步电机调速方案，它是在定子坐标系下，通过检测定子　

电流、电压等变量直接计算和控制电动机的磁链和转矩，获得转矩的高动态性能。ＤＳＰ具有　

运算速度快、处理能力强和实时性好等特点，这使得很多复杂的控制策略和算法得以实现。　

本文提出了一种基于ＴＨＳ３２０Ｆ２８１２的无速度传感器直接转矩控制系统，给出了硬件设计和软　

件设计方案。　

关键词：直接转矩控制：异步电机；无速度传感器；ＤＳＰ　

中图分类号：ＴＮ２１２　文献标识码：Ａ　文章编号：１００３－０１０７（２００７）１１—０００５－０４　

Ａｂｓｔｒａｃｔ＝Ｄｉｒｅｃｔ　ｔｏｒｑｕｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｉｓ　ａ　ｎｏｖｅｌ　ｒｅｇｕｌａｔｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　ｍｏｔｏｒ．Ｉｎ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ，　

ｖｏｌｔａｇｅ　ａｎｄ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｔａｔｏｒ　ａｒｅ　ｄｅｔｅｃｔｅｄ，ａｎｄ　ｆｌｕｘ　ｌｉｎｋａｇｅ　ａｎｄ　ｔｏｒｑｕｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｏｔｏｒ　ａｒｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ｄｅｒｅｃｔｌｙ，ＳＯ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｔｏｒｑｕｅ　ｃａｎ　ｂｅ　ｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｄｉｇｉｔａｌ　ｓｉｇｎａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ　

基于TMS320C64xx的多通道语音编码平台的设计

基于TMS320C64xx的多通道语音编码平台的设计

龙源期刊网

基于ＴＭＳ３２０Ｃ６４ｘｘ的多通道语音编码平台的设计

作者：吴宗魁 王晓耘

来源：《现代电子技术》2008年第22期

摘 要：设计一种基于TMS320C64xx DSP阵列实现多路语音编解码的软件平台，以满足不改变软件框架即可实现各种语音编码算法的应用需求。在此软件平台中，采用现代语音编码算法“逐帧处理”的思想设计，优化DSP的HPI接口、McBsp接口的数据处理流程。通过EDMA控制器控制外部数据的接收和发送，不占用DSP的内核开销。该平台具有极高的编码效率和良好的扩展性。

关键词：TMS320C64xx；DSP；语音编码；多通道

中图分类号：TP336.8文献标识码：B

文章编号：1004-373X(2008)22-062-05

Design of Multi-channel Speech Coding Platform Based on TMS320C64xx

WU Zongkui,WANG Xiaoyun

(Nanjing Ednns Digital Technology Co.Ltd.,Nanjing,211100,China)

Abstract：This article describes a TMS320C64xx based multi-channel speech coding software

platform design.The platform meets the application requirement that any kind of speech coding

algorithm could be performed without changing software structure.Based on progressive frame

基于DSP与FPGA的ARINC429总线收发系统设计

基于DSP与FPGA的ARINC429总线收发系统设计

基于DSP与FPGA的ARINC429总线收发系统设计

摘要：为了满足目前航空电子设备对429总线通信的广泛需求，设计了一种改进的ARINC429总线收发系统。首先简要介绍了ARINC429总线的特点，系统中数据信息的传输严格依据总线规范来实现，数据收发核心单元由HS-3282和HS-3182等ARINC429专用器件构成。其次，给出了基于DSP和FPGA的系统硬件设计和软件流程。整个系统以DSP为控制单元，通过对FPGA编程来实现系统的逻辑设计。实验结果表明该总线接口能够完成高速429数据通信的要求，具有可靠性好、传输准确、集成度高等优点，可广泛应用于航空电子设备通讯领域。

关键字：ARINC429总线 收发系统 DSP FPGA

The Design of ARINC429 Bus Transceiver System based on DSP

and FPGA

Abstract:In order to meet the wide demand of ARINC429 in avionics

field, an improved ARINC429 bus transceiver system was designed;

Firstly, it introduced the ARINC429 bus characteristics briefly, and the

digital information transmission strictly executes the ARINC429

specification and adopts universal ARINC429 special components

HS-3282 and HS-3182 as to a data transceiver core unit in the system.

Then, the hardware design and software process of this system based on DSP and FPGA were given. And the entire system is controlled by DSP

基于DSP与LabVIEW仿生运动机理模型在线切换_离散化系统

基于DSP与LabVIEW仿生运动机理模型在线切换_离散化系统

［自控·检测］DOI：10．3969/j．issn．1005-2895．2011．05．015

收稿日期：2010-11-23；修回日期：2011-01-10作者简介：刘志娟（1985），内蒙古多伦人，硕士研究生，主要研究方向为机电控制、机电一体化创新设计。E-mail：amelie0529@126．com基于DSP与LabVIEW仿生运动机理模型

在线切换、离散化系统

刘志娟1，2，刘晓萌1，2，李添益1，2

（1．浙江大学机械工程学系，浙江杭州310027；2．浙江大学机械设计研究所，浙江杭州310027）

摘要：仿生运动机理模型在实际的应用过程中，必须针对特定的应用场合和不同的硬件系统选择不同的控制模型和最优参数，使实际效果达到最佳。文章提出了一种基于DSP与LabVIEW，对仿生运动机理模型进行实时在线离散化的方法。该方法实现了控制模型的在线切换、参数的实时修正、模型的在线离散化、LabVIEW和DSP的实时通信。实验结果表明，该系统实时性好、运行可靠。图4参14关键词：机器人；仿生运动机理；离散化；虚拟仪器；数字信号处理中图分类号：TP242；TP273文献标志码：A文章编号：1005-2895（2011）05-0057-04OnlineSystemforSwitchingandDiscretizationofBionicMotionPrincipleModelBasedonDSPandLabVIEWLIUZhi-juan1，2，LIUXiao-meng1，2，LITian-yi1，2（1．CollegeofMechanicalEngineering，ZhejiangUniversity，Hangzhou310027，China；2．InstituteofMechanicalDesign，ZhejiangUniversity，Hangzhou310027，China）Abstract：Inpracticalapplicationprocessofbionicmotionprinciplemodel，inordertoachieveoptimumeffect，thedifferentcontrolmodelandoptimumparametersshouldbeselectedbasedonspecialapplicationsiteaswellasdifferenthardwaresystems．Thispaperputforwardareal-time，online，discretesystemforthemodelofbionicmotionprinciple，whichcanactualizethefollowingfunctionssuchasonlinechangingofthecontrolmodel，real-timeamendmentofmodelparameters，onlinediscretizationofthemodelandreal-timeserialcommunicationbetweenLabVIEWandDSPcontroller．Experimentalresultshowsthatthesystemhascharacteristicswithgoodreal-timeandhighrunningreliability．［Ch，4fig．14ref．］Keywords：robot；bionicmotionprinciple；discretization；virtualinstrument；DigitalSignalProcessing（DSP）1问题的提出仿生运动机理模型是仿照生物、特别是人类的器官的运动原理建立起来的运动模型，如仿生人眼运动模型，仿生腿运动模型等，用来控制仿生结构实现相似的功能［1］。在利用仿生运动机理模型对仿生结构进行控制的过程中，需要针对不同的功能需求选择不同的控制模型及最优的参数，来保证控制结果最佳。文章以仿生人眼为例，介绍基于DSP和LabVIEW的仿生运动机理模型实时在线切换、离散化系统的系统组成和工作原理。仿生人眼模型是模拟人眼系统的原理来构造的人工视觉控制模型，使人工视觉系统具有类似于人睛的特征和功能，如能补偿因头部运动引起的视线偏离、能快速切换注视目标、能平滑地跟踪目标、能看清运动背景中的物体等，这些功能是由眼球运动中不同的运动形式实现的［2-3］。第29卷第5期2011年10月轻工机械LightIndustryMachineryVol．29No．5Oct．2011仿生人眼模型要在人工视觉系统中得到应用，首先必须将模型的连续状态方程进行离散化处理，然后用编程语言（例如C语言）去表达这个模型。但仿生人眼模型均为多输入多输出的复杂控制模型，并且每个模型内部的参数很多（一般在10个以上），因此模型的离散化过程繁琐且极易出错；同时如果模型的实际效果不理想，就必须停止所有工作，对模型参数进行修正，重新离散化，程序重新编写、编译、烧写，再观察修正后的效果。以此往复，以达到最佳的效果。这样繁琐的计算和工作不仅耗费大量的精力和时间，并且不能保证最终能到达最理想的控制效果。为了解决上述问题，建立了一种基于DSP与LabVIEW的仿生运动机理模型实时在线离散化系统。系统只需要在LabVIEW前面板上选择所用模型，输入该模型的参数；通过LabVIEW的MATLABScript节点对模型进行在线的离散化；通过LabVIEW的VISA与串口通信，将离散化结果通过串口发送给DSP；DSP接收到指令后，按照修改后的指令去控制仿生结构的硬件系统。2系统总体结构整个仿生运动机理模型系统平台的结构如图1所示，主要包括TMS320F2812、仿生运动装置（本例中为仿生眼球运动装置）、传感器（本例中为三轴陀螺仪）、串口总线、图像处理模块、上位机软硬件部分。