1、数字信号处理新技术课程论文院系：计算机与通信工程学院专业: 电子信息科学与技术 07-1姓名：韦爱虎学号：200707020145浅谈 DSP技术的应用和发展引言自从数字信号处理器（Digital Signal Processor）问世以来，由于它具有高速、灵活、可编程、低功耗和便于接口等特点，已在图形、图像处理，语音、语言处理，通用信号处理，测量分析，通信等领域发挥越来越重要的作用。随着技术成本的降低，控制界已对此产生浓厚兴趣，已在不少场合得到成功应用。DSP技术的发展历程DSP 的发展大致分为三个阶段：在数字信号处理技术发展的初期（二十世纪 50-60 年代） ，人们只能在微处理器上完成数
2、字信号的处理。直到 70 年代，有人才提出了 DSP 的理论和算法基础。一般认为，世界上第一个单片 DSP 芯片应当是 1978 年 AMI 公司发布的S281l。1979 年美国 Intel 公司发布的商用可编程器件 2920 是 DSP 芯片的一个重要里程碑。这两种芯片内部都没有现代 DSP 芯片所必须有的单周期乘法器。1980 年，日本 NEC 公司推出的 mPD7720 是第一个具有硬件乘法器的商用 DSP芯片，从而被认为是第一块单片 DSP 器件。随着大规模集成电路技术的发展，1982 年美国德州仪器公司推出世界上第一代 DSP 芯片 TMS32010 及其系列产品，标志了实时数字信
3、号处理领域的重大突破。Ti 公司之后不久相继推出了第二代和第三代 DSP 芯片。90 年代 DSP 发展最快。Ti 公司相继推出第四代、第五代 DSP 芯片等。随着 CMOS 技术的进步与发展，日本的 Hitachi 公司在 1982 年推出第一个基于 CMOS 工艺的浮点 DSP 芯片，1983 年日本 Fujitsu 公司推出的 MB8764，其指令周期为 120ns，且具有双内部总线，从而使处理吞吐量发生了一个大的飞跃。而第一个高性能浮点 DSP 芯片应是 AT&T 公司于 1984 年推出的 DSP32.与其他公司相比，Motorola 公司在推出 DSP 芯片方面相对较晚。1986
4、年，该公司推出了定点处理器 MC56001.1990 年推出了与 IEEE 浮点格式兼容的浮点 DSP芯片 MC96002。美国模拟器件公司（ AD）在 DSP 芯片市场上也占有一定的份额，相继推出了一系列具有自己特点的 DSP 芯片。自 1980 年以来，DSP 芯片得到了突飞猛进的发展，DSP 芯片的应用越来越广泛，并逐渐成为电子产品更新换代的决定因素。从运算速度来看，MAC（一次乘法和一次加法）时间已经从 20 世纪 80 年代初的 400ns 降低到 10ns 以下，处理能力提高了几十倍。DSP芯片内部关键的乘法器部件从 1980 年占模片区的 40%左右下降到 5%以下，片内 RAM
5、 数量增加一个数量级以上。DSP 芯片的引脚数量从 1980 年的最多 64个增加到现在的 200 个以上，引脚数量的增加，意味着结构灵活性的增加，如外部存储器的扩展和处理器间的通信等。DSP技术在各领域的应用1、DSP 技术在电力系统模拟量采集和测量中的应用计算机进入电力系统调度后，引入了 EMS/DMS/SCADA 的概念，而电力系统数据采集和测量是 SCADA 的基础部分。传统的模拟量的采集和获得，通过变送器将一次 PT 和 CT 的电气量变为直流量，在进行 A/D 转换送给计算机。应用了交流采用技术以后，经过二次 PT、CT 的变换后，直接对每周波的多点采样值采用 DSP 处理算法进行
6、计算，得到电压和电流的有效值和相角，免去了变送器环节。这不仅使得分布布置的分布式 RTU 很快地发展起来，而且还为变电站自动化提供了功能综合优化的手段。2、DSP 在变电站自动化的应用变电站自动化元件较多，模拟量、开关量比较多而且比较分散，要求的实时性也较高，DSP 能快速采集、精确处理各种信息，尤其在并行处理上可实现多机多任务操作，实用十分灵活、方便，片内诸多的接口为通讯及人机接口提供了容易的扩展，由于接口的多样化，使励磁、调速器及继电保护的挂网监控更容易。由于 DSP 集成度高，硬件设计方便，使设计起来更容易，而且增加了产品的可靠性，DSP 在冗余设计上更容易，为水电站实现无人值班，少人值
7、守的发展方向，提供了可靠的新技术。3、DSP 在多媒体通信中的应用多媒体包括文字、语言、图像、图形和数据等媒体。多媒体信息中绝大部分是视频数据和音频数据，儿数字化的音、视频数据的数据量是非常庞大的，只有采用先进的压缩编码算法对其进行压缩，节省储存空间，提高通信线路的传输效率，才能使高速的多媒体通信系统成为可能。多媒体通信要求多媒体网络终端应能快速处理信息，并具有较强的交互性。因此，DSP 在语音编码、图像压缩与还原的语音通信中得到了成功的应用。如今的 DSP 基本能实时实现大部分已形成国际标准的语音编解码算法与协议。移动通信中的语音压缩和调制解调器也大量采用 DSP。现代 DSP 完全有能力实
8、现中、低速的移频键控、相移键控的调制与解调以及正交调幅调制与解调等。4、DSP 在软件无线电的应用软件无线电是一种新的无线通信技术，是基于同一硬件平台上、安装不同的软件来灵活实现多通信功能多频段的无线电台，他可进一步扩展至有线领域。随着 DSP 技术的发展和应用的成熟，特别是低功耗 DSP 芯片的出现，使软件无线电的应用研究成为热点。软件无线电具有系统结构通用、功能实现软件化和互操作性好等一系列优点。其体系结构有电源、天线、多带射频转换器和A/D/A 变换器与 DSP 组成。信号的数字化是实现软件无线电的先决条件。关键步骤是以可编程能力强的 DSP 来代替专用的数字电路，使系统硬件结构与功能相
9、对独立。这样就可基于一个相对通用的硬件平台，通过软件实现不同的通信功能，并可对工作频率、系统频宽、调制方式和新品编码等进行编程控制，系统的灵活性大大加强了。5、DSP 在机器人控制中的应用目前，由于人工智能、计算机科学、传感器技术及其它相关学科的长足进步，使得机器人的研究在高水平上进行，同时也对机器人控制系统的性能提出了更高的要求。随着机器人控制系统对实时性、数据量和计算要求的不断提高，采用高速、高性能的 DSP 将成为主要的控制方式。将 DSP 应用于机器人的控制系统，充分利用 DSP 实时运算速度快的特点，这是当前发展的趋势。尤其是随着数字信号芯片速度的不断提高，并易于构成并行处理网络，可
10、大大提高控系统的性能。DSP技术的发展趋势未来 DSP 技术将向以下几个方面继续发展：1、努力向系统级集成 DSP 迈进，将几个 DSP 芯核、MPU 芯核、专用处理单元、外围电路单元、存储单元统统集成在一个芯片上，成为 DSP 系统级集成电路。2、DSP 的内核结构进一步改善。多通道结构和单指令多重数据、超长指令字结构、超标量结构、超流水结构、多处理、多线程及可并行扩展的哈佛结构在新的高性能处理器中将占据主导地位。3、追求更高的运算速度和进一步降低功耗和几何尺寸。4、定点 DSP 是主流。虽然浮点 DSP 的运算精度更高，动态范围更大，但定点 DSP 器件的成本较低，对存储器的要求也较低，而且耗电较省。因此，定点运算的可编程 DSP 器件仍是市场上的主流产品。据统计，目前销售的 DSP器件中的 80%以上属于 16 位定点可编程 DSP 器件，预计今后的比重将逐渐增大。5、与可编程器件结合。与常规 DSP 器件相比，FPGA 器件配合传统的DSP 器件可以处理更多信道，可在基站中用来实现高速实时处理功能，满足无线通信、多媒体等领域多功能和高性能的要求。
