【正文】 DSP原理與應用 ? 第一章 概述 ? 第二章 DSP運算基礎 ? 第三章 DSP的 CPU結構及存儲器配置 ? 第四章 尋址方式及指令系統(tǒng) ? 第五章 系統(tǒng)功能模塊及片內外設 ? 第六章 DSP設計開發(fā)平臺 ? 第七章 FFT的 Matlab仿真 第一章 概述 DSP數(shù)字信號處理系統(tǒng) 低通濾波：將連續(xù)信號 x（ t）中的一些次要成分濾出。 平滑濾波：濾出多余的高頻分量，對時間域模擬信號起平滑作用。 低通濾波 ADC DSP 平滑濾波 DAC x（ t） y（ t） DSP的發(fā)展和分類 ? 發(fā)展： 1978年， AMI第一片 DSP器件 1979年， Intel的 Intel 2920是第一塊脫離了通用型微處理器結構的 DSP芯片。 1980年， NEC的 μ PD7720是第一個具有硬件乘法器的商用 DSP芯片。 1982年， Hitachi推出浮點 DSP。 1982年， TI推出第一代 DSP芯片 TMS32022及其系列產品。 1986年， Motorola推出 MC56001定點 DSP芯片；1990年推出與 IEEE浮點格式兼容的浮點 DSP芯片 。 ? 分類 按 DSP芯片處理的數(shù)據(jù)格式：定點、浮點 按 DSP芯片的用途： 通用型： TI公司的系列 DSP 專用型：數(shù)字濾波、 FFT等 ? 主要生產廠家 TI： % Agere(Lucent)： % Motorola： % ADI： % DSP的性能及特點 ①哈佛結構 Ⅰ 、普通微處理器的馮 諾伊曼結構： 內部地址總線 內部數(shù)據(jù)總線 共享的 程序和 數(shù)據(jù)存 儲器 CPU 控制 ALU Ⅱ 、 DSP的哈佛結構： 地址 發(fā)生 單元 數(shù)據(jù)地址總線 程序地址總線 程序 存儲 器 數(shù)據(jù) 存儲 器 DSP 控制 ALU 數(shù)據(jù)總線 程序總線 ② 指令流水線 Ⅰ 、非流水線操作 時鐘周期 1 2 3 4 5 6 7 8 9 取指令 N N+1 N+2 譯碼 N N+1 N+2 執(zhí)行 N N+1 N+2 指令周期 1 指令周期 2 指令周期 3 Ⅱ 、流水線操作： 時鐘 周期 1 2 3 4 5 6 7 8 9 取指令 N N+1 N+2 N+3 N+4 N+5 … 譯碼 N N+1 N+2 N+3 N+4 N+5 … 執(zhí)行 N N+1 N+2 N+3 N+4 N+5 … 指令周期 1 指令周期 4開始 … 指令周期 2開始 指令周期 5開始 … 指令周期 3開始 指令周期 6開始 … ③ 硬件乘法器 在數(shù)字信號處理的算法中（如 FFT），需要做大 量的乘法和加法。顯然，乘法速度越快，數(shù)據(jù)處理能 力就越強。而在一般的微處理器中，根本就沒有乘法 指令，即使有乘法指令的處理器，其乘法指令的執(zhí)行 時間也較長。 DSP器件一般都有一個硬件乘法器，而且 一次乘累加最少可在一個時鐘周期內完成。 ④特殊 DSP指令 DSP芯片采用了特殊的尋址方式和指令。例如 TMS320系列的位反轉尋址方式及其他一些特殊的指令。 采用這些適合于數(shù)字信號處理的尋址方式和指令，能 進一步減小數(shù)字信號處理的時間。 DSP的應用 ● 數(shù)字信號處理 ，如濾波、 FFT、卷積等； ● 通信 ，如調制解調、糾錯編碼、傳真、可視電話等； ● 語音處理 ，如語音編碼、語音合成、識別、語音存儲等； ●圖形 /圖像處理 ，如模式識別、圖像壓縮與傳輸、動畫、機器人視覺等； ●儀器儀表 ，如數(shù)據(jù)采集、函數(shù) /波形產生等； ●軍事 ，如保密通信、全球定位、雷達與聲納信號處理、導航與制導等； ●醫(yī)療 ，如核磁共振、自動治療儀等。 第二章 DSP運算基礎 數(shù)的定標 ① TMS320C/F240的字長為 16。 ②數(shù)的定標：是設定小數(shù)點在不同位置，來表示不同大小和不同精度的小數(shù)。 ③ Q表示法： 將 16位二進制數(shù)由最低有效位（ LSB）到最高有效 位（ MSB）的位置依次排列為 0~15，則 Qi表示小數(shù)點 在數(shù)據(jù)第 i位之后。 例如： Q0：表示小數(shù)點在數(shù)據(jù)第 0位之后，即為一個整數(shù)。 Q15：表示小數(shù)點在數(shù)據(jù)第 15位之后。 ④ Q表示法及其十進制數(shù)值范圍： Q表示法 十進制數(shù)值范圍 Q15 1≤x ≤ Q14 2 ≤x ≤ Q13 4 ≤x ≤ Q12 8 ≤x ≤ Q7 256 ≤x ≤ Q3 4096 ≤x ≤ Q2 8192 ≤x ≤ Q1 16384 ≤x ≤ Q0 32768 ≤x ≤ 32767 例如 : 對 Q15而言 ,其能表示的最小負值為 : 1000 0000 0000 0000(補 ) 1111 1111 1111 1111(反 ) 1,0000 0000 0000 0000(原 ) = 1 其能表示的最大正值為 : 0111 1111 1111 1111 = 21 +22 +23 +24 +25 +26 +27 +28 +29+210 +211 +212 +213 +214 +215 = 1 215 = 6948 2421 875 對 Q0同樣如此 . IEEE 754浮點數(shù)表示法 例如： 1 0 1 0 0 1 0 0 1 = 24(20 +21 + 22 + 23 + 24 + 25 + 26 + 27 + ……+ 223 ) 其指數(shù) = 4 + 127 = 131 小數(shù) = 0100100……1 S = 0 216 小數(shù) 223 28 小數(shù) 215 20 21 小數(shù) 27 S 27 指數(shù) 21 定點數(shù)與浮點數(shù)的轉換關系 ①轉換公式 : 浮點數(shù)（ x）轉換為定點數(shù)（ xd）： xd = int [x 2Q] 定點數(shù)（ xd）轉換為浮點數(shù)（ x）： x = float [xd 2Q] 舉例：浮點數(shù) x = ，定標 Q=15，則對應的定點數(shù)為 : xd = int [x 2Q]= int [ 215]=13107 反之 ,一個 Q15表示的定點數(shù) 13107對應的浮點數(shù)為 : x = float [xd 2Q] = float [13107 215] = ② Q數(shù)值的確定 : 設系統(tǒng)中變量表示的數(shù)據(jù)最大絕對值為 |max|，而且|max|小于或等于 32767，由下式 : 2n1 ≤ |max| ≤ 2n 可得： Q=15n 舉例：某變量取值范圍為 7到 15，則變量的 |max| =15， n=4，則Q=154=11。 定點數(shù)的算術運算 ①加減法： 注意： Ⅰ 、必須保證兩個操作數(shù)的定標值一樣。 Ⅱ 、若兩個數(shù)據(jù)的 Q值不同，在保證數(shù)據(jù)準確性的前提下調整 Q值使數(shù)據(jù)精度最高，即盡量將 Q值小的數(shù)調整為與另一個數(shù)的 Q值一樣大。 Ⅲ 、注意對溢出的判斷和處理。 舉例： x = ， y = ，計算 x + y 根據(jù)分析，采用 Q15表示兩個數(shù)據(jù)可以得到最高精度的運算， x 、 y的 Q15定點表示分別為： xd = 13107， yd = 6553。 xd + yd = 13107+6553 = 19660 結果轉化為浮點數(shù)為： 19960 215 = ≈ ② 定點數(shù)的乘法 分三種情況： Ⅰ 、小數(shù)乘小數(shù)（數(shù)用 Q15表示） Q15 Q15=Q30， 32位的乘積結果有兩個符號位，利用移位操作得到乘積結果的 Q31表示。 舉例： = 操作數(shù)用 Q15表示為： 215 =16384=0100 0000 0000 0000B 0000 0000 0000 0000 0000 0000 = 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 將結果左移一位得到乘積結果的 Q31表示為： 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0 = 20220000H 表示的浮點數(shù)即為： Ⅱ 、整數(shù)乘整數(shù)（數(shù)用 Q0表示） Q0 Q0=Q0 舉例： 13 5 = 65 操作數(shù)用 Q0表示為： 13 = 0000 0000 0000 1101B 5 = 0000 0000 0000 0101B 0000 0000 0000 1101 0000 0000 0000 0101 = 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0100 0001 = 00000041H 表示的浮點數(shù)即為： 65 Ⅲ 、混合表示法 在對精度和數(shù)據(jù)范圍要求都比較高的情況下，兩個 數(shù)可以采用介于 Q15與 Q0之間的不同的 Q表示法。 舉例： 設參與運算的兩個數(shù) x和 y的數(shù)值范圍分別不超過 177。 1和 177。 4，兩個數(shù)的 Q值分別為 Q15和 Q13，為了保證數(shù)據(jù) 范圍，應該采用 Q13。例如： x = y = ，計算 x + y 因為 xd = 3276， yd = 26214，則 xd + yd = 3276 + 26214 = 29490 轉換為浮點數(shù)為： 29490 213 ≈ ③ 定點數(shù)的除法 注意： DSP沒有專門的除法指令，利用條件減法指令編寫 子程序實現(xiàn)。 Ⅰ 、十進制的除法 在計算之前要保證分子不能大于分母的十倍，否則必須進行如 下的處理：將分母乘上 10（ 100或 1000…… ）后再按下面的計算過 程進行除法運算，得到結果后再把該結果乘以 10 （ 100或 1000…… ） 即可得到最終的正確結果。 ● 計算過程（子程序）： i = 0 STEP1：重復的用分子減去分母（若分子小于分母，則余數(shù)即為 分子；否則，余數(shù) =分子 分母），直到結果為小于分母