1、DSP 芯片原理及应用结课论文摘要DSP 技术已成为目前电子工业领域发展最迅速的技术，在各行各业的应用越来越广泛，在我国的市场全景也越来越广阔，了解和学习 DSP 技术知识也越来越重要。本文简要介绍了本学期我们进行学习的 DSP 芯片原理及应用这门课的教学内容、基于 DSP 数字广告大屏幕显示系统的具体设计、基于 DSP 的卷积算法的实现以及 DSP 的应用等几个方面。对于基于 DSP 数字广告大屏幕显示系统的具体设计，下文从 LED 显示屏屏体电路和 LED 显示屏主控系统两个方面对整个系统的硬件设计作了说明。在屏体电路设计方面，介绍了屏体模块化设计的方法，针对系统具体指标要求，采用了行扫描
2、列控制的动态扫描方案，给出了具体的行列驱动电路设计方法。在主控系统设计方面，对基于 TMS320LF2407 的主控系统各个模块，包括电源模块、串行通信模块、信息存储模块、汉字库模块、外部存储器模块作了详细的阐述，说明了设计原理、实现方法。对于基于 DSP 的卷积算法的实现，首先要对数字卷积的基本概念作深入了解，使大家从根本上掌握卷积的实现方法，文中将以模拟信号的卷积和数字信号的卷积为主，以及他们在 DSP 上的实现方法。关键词：DSP， LED 显示屏， 窗函数法设计卷积算法， 数据调制解调器，图形图象处理磁盘一、 课程总结这学期我们开设了 DSP 芯片原理及应用这门课，主要从以下几个方面了
3、解和掌握了 TMS320C55x DSP 系统应用设计的主要内容和具体方法：1.DSP 芯片的发展历史1.1 第一阶段，DSP 的雏形阶段（1980 年前后） 1978 年，AMI 公司生产出第一片 DSP 芯片 S2811；1979 年，美国 Intel 公司推出商用可编程器件 DSP 芯片 Intel2920 ；1980 年，日本 NEC 公司推出 PD7720，第一片具有乘法器的商用 DSP 芯片 ；1982 年，TI 公司成功推出其第一代 DSP 芯片 TMS32010 及其系列产品TMS32011、TMS320C10/C14 /C15/C16/C17,日本 Hitachi 公司第一个
4、采用 CMOS工艺生产浮点 DSP 芯片 ；1983 年，日本 Fujitsu 公司推出的 MB8764，指令周期为 120ns，具有双内部总线，使数据吞吐量发生了一个大的飞跃；1984 年，ATint inp2_bufferBUFSIZE; /* processing data buffers */int out1_bufferBUFSIZE;int out2_bufferBUFSIZE;int out3_bufferBUFSIZE;int out4_bufferBUFSIZE*2;int size = BUFSIZE;int ain = MINGAIN;int zhy=0;int sk=6
5、4; /*sk 代表所开的 bufsize 的大小,需修改它.输入文件 sine.dat 为 32点,sine11.dat,sin22.dat,sin33.dat,sin44.dat 为 64 点的输入波形.*/* volume control variable */unsigned int processingload = 1; /* processing routine /load value */* Functions */extern void load(unsigned int loadValue);static int processing1(int *output1, int *
6、output2);static int processing2(int *output2, int *output3); static int processing3(int *input1,int *output2,int *output4);static int processing4(int *input2, int *output1);static void dataIO1(void);static void dataIO2(void);/* = main =*/void main()int *input1 = int *input2 = int *output1 = int *out
7、put2 = int *output3 = int *output4 = puts(“volume example startedn“);/* loop forever */while(TRUE) /* * Read input data using a probe-point connected to a host file. * Write output data to a graph connected through a probe-point.*/dataIO1();dataIO2();/* apply gain */ processing4(input2,output1);proc
8、essing1(output1, output2); processing2(output2, output3);processing3(input1,output2,output4) ;/* = processing =* FUNCTION: apply signal processing transform to input signal.* PARAMETERS: address of input and output buffers.* RETURN VALUE: TRUE.*/static int processing4(int *input2,int *output1) int m
9、=sk;for(;m=0;m-)*output1+ = *input2+ * ain;for(;(size-m)0;m+)output1m=0;/load(processingload); return(TRUE);static int processing1(int *output1,int *output2) int m=sk-1; for(;m0;m-)*output2+ = *output1+ * ain;/* additional processing /load */load(processingload); return(TRUE);static int processing2(
10、int *output2, int *output3) int n=zhy;size=BUFSIZE; for(;(size-n)0;n+) *output3+ = output2n;/* for (;n0;n-) *output3+ = 0; */load(processingload);return(TRUE);static int processing3(int *input1,int *output2,int *output4) int m=sk;int y=zhy;int z,x,w,i,f,g;for(;(m-y)0;)i=y;x=0;z=0;f=y;for(;i=0;i-)g=i
11、nput1z*output2f;x=x+g;z+;f-;*output4+ = x;y+;m=sk;y=sk-1;w=m-zhy-1;for(;m0;m-)y-;i=y;z=sk-1;x=0;f=sk-y;for(;i0;i-,z-,f+)g=input1z*output2f;x=x+g;out4_bufferw=x;w+;/load(processingload);return(TRUE); /* = dataIO =* FUNCTION: read input signal and write processed output signal.* PARAMETERS: none.* RET
12、URN VALUE: none.*/static void dataIO1()/* do data I/O */return;static void dataIO2()/* do data I/O */return;2.运行结果将输入波形文件改成其他波形：选择“File” 、 “File I/O”，将 2 个文件删除，将第 1 个文件换成 SIN11.DAT，讲第 2 个文件换成 SIN22.DAT；输入“Length”改为 64，其他不变，后观察波形。将第 2 个输入波形改成 SIN33.DAT，观察卷积运算后的波形将第 2 个输入波形改成 SIN44.DAT，观察卷积运算后的波形。AT，观
13、察卷积运算后的波形3. 图表分析输入图形频域图形采用通过频域采样取值比较，卷积后的结果与标准值只有很小的误差。所以说卷积实验结果正确，卷积程序正确无误。四、DSP 的应用 DSP 是目前电子工业领域增长最迅速的产品之一，据世界半导体贸易统计组织 (WSTS)发布的统计和预测报告显示，19962005 年，全球 DSP 市场将一直保持稳步增长，其中，2000 年的增长率为 37%，2001 年为 8%，并且从 2001 年到 2005 年，增长率将逐年递增，2005 年的增长率达 34%。因此，全球 DSP 市场的前景非常广阔，DSP 产业将成为 21 世纪最具发展潜力的朝阳产业。近年来，随着
14、DSP 芯片产品价格的不断下滑，使 DSP 能够从以往的军用领域迅速拓展到民用领域，例如应用于计算机、网络、移动电话、调制解调器和磁盘驱动器以及众多的消费电子产品。其具体应用如下：1. 数字化移动电话数字化移动电话尽管花样繁杂，但基本上可划为两大类：高速移动电话和低速移动电话。虽然数字化高速移动通过标准很多，但当今普遍应用的是欧洲GSM 标准。俗称 GSM 标准的数字化蜂窝电话，它具备国际漫游功能，给用户带来使用很大的方便。现正在扩展数据通信服务能力以及它与 ISDN 系统兼容性。低速移动电话就其实质而论。它是数字化无绳电话，仍然保持模拟式无绳电话的子母式结构：子机亦称为手机，可以距母机为百米
15、左右半径内的空间里自由步行移动情况下实现通过话；母机也称为基地站，可作为家庭里的留守电话，也可悬挂在商店的墙壁上，街道的电线柱上，广为分布。由统一的交换设施进行管理，实现无缝交递（SeamlessHandOn）功能。这类低速移动电话式标准很多。数字化移动电话（包括高速和低速）的每个手机，都要用至少 1 个 DSP 器，因此，高速发展的数字化移动电话急需极为大量的 DSP 器件。2. 数据调制解调器数字信号处理器的传统应用领域之一，就是调制解调器。调制解调器作为联系通信与多媒体信息处理系统的纽带，日益受到重视。利用 PC 机通过调制解调器经由电话线路，实现拨号连接 Internet 已是最简便的
16、访问形式。由于Internet 用户急剧增加，一度致使 288Kbps 的调制解调器成为市场上的脱销产品。特别是由 PC 机上利用浏览程序调用活动图像信息时，期望使用数据传送速度更高的调制解调器。为适应这种新需求，国际上已制订出高速（336Kbps）调制解调器国际标准。这就意味，在高速调制解调器里需要更高性能的 DSP 器件。3. 磁盘光盘控制器需求随着多媒体信息化的发展，各种信息存储媒体产品都应运而生，诸如磁盘存储器、CDROM 和 DVD（DigitalVersatileDisk）ROM 新产品纷纷上市。今日的磁盘驱动器 HDD，存储容量已相当可观，大型 HDD 姑且不谈，就连普通 PC机
17、的 HDD 的存储容量已高在 1GB 以上，详见照片 4。小型 HDD 向高密度、高存储容量和高速存取方向发展，其控制器必须具备高精度和高速响应特性，它所用的 DSP 性能也是今非昔比，高速 DSP 是必不可少的关键性器件。4. 图形图像处理需求DVD 里应用的活动图像压缩解压缩用 MPEG2 编码译码器，同时也广泛地应用于视频点播 VOD、高品位有线电视和卫星广播等诸多领域。在这些领域里，应用的 DSP 应该具备更高的处理速度和功能。而且，活动图像压缩解压技术也日新月异，例如，DCT 变换域编码很难提高压缩比与重构图像质量，于是出现了对以视觉感知特性为指导的小波分析图像压缩方法。新的算法出现
18、，要求相应的高性能 DSP。最近，日本各大学和高技术企业对于开发虚拟现实 VR 系统，投入相当力量，利用现代计算机图像学 CG 生成 3 维图形，迫切需要多个 DSP 并行处理系统。其中，系统里的结点 DSP 单元，要求采用与并行处理相适应的体系结构。5. 汽车电子系统及其它应用领域汽车电子系统日益兴旺发达起来，诸如装设红外线和毫米波雷达，将需用DSP 进行分析。利用摄像机拍摄的图像数据需要经过 DSP 处理，才能在驾驶系统里显示出来，供驾驶人员参考。6.声音处理。声音数字压缩技术早已获得应用，其中以脉冲编码调制(PCM)的方法最普遍。但由于它只能压缩 50%数字，因此仍未足以应付未来计算机应
19、用。DSP 已经在音效应用中得到广泛采用，而且大部分应用于音效产品的技术，例如应用于多媒体音效卡。NEC 公司推出了控制声音区域的 DSP，可以应用于音效卡。新加坡音效卡供应商 Creative Technology 的技术销售专家 Ian Skelton 强调指出，DSP面市后，语音便成了工作重点。改进 DSP，就能改进语音的吞吐量，从而减轻PC 的负荷及改进语音。目前，Creative Technolgy 正从事语音和多媒体等方面的研究，让用户感到更方便。未来 10 年，全球 DSP 产品将向着高性能、低功耗、加强融合和拓展多种应用的趋势发展，DSP 芯片将越来越多地渗透到各种电子产品当中
20、，成为各种电子产品尤其是通信类电子产品的技术核心，将会越来越受到业界的青睐。据 TI预测，到 2010 年，DSP 芯片的集成度将会增加 11 倍，在单个芯片内将能集成5 亿只晶体管。目前 DSP 的生产工艺已开始从 0.35mm 转向0.25mm、0.18mm、0.10mm，预计到 2005 年，TI 生产 DSP 芯片的工艺将达到 0.075mm 的更高水平，届时，将能够在一块仅有拇指大小的单个芯片上集成 8个 TMS320DSP 内核。ADI 公司副总裁 Ben Naskar 指出:“面对新世纪的网络产品、消费类电子产品以有无线通信等领域不断涌现的新应用，DSP 产品在不断地提高性能和增
21、加功能的同时，正在不断地降低功耗和减小体积，以便适应市场的需求。 五、总结可以看出在各个时代，DSP 性能随集成度的增加而提高，而价格却一直在下降。DSP 突出的性能价格比趋势似乎也在很好地演绎着 Moore 定律。从不断扩大的目标应用来看，DSP 在数字信息产品的市场地位越来越重要。当今 DSP 之所以可以在嵌入式应用方面挑战微处理器 CPU，在数字控制方面可挑战单片机 MCU，还在于 DSP 结构体系已实现多样性。DSP 既有追求高性能并行结构，也有追求低功耗的省点核心；DSP 中不仅可以集成闪存、数据转换器和多种接口，还可以集成 CPU 核心、视频和音频接口。软件可编程性始终是 DSP
22、市场拓展的关键。目前 DSP 开发工作中的 80%以上已是软件工作。数字信息产品中需要应用到许许多多新的技术和标准，其中不少需要经过不断完善。DSP 首先可以构建一个强大灵活的硬件平台和软件基础，然后集成各种软件，其中可以包括标准算法、驱动、协议和应用等等。DSP软件还易于维护和升级，大量工作可以在线实现。DSP 的应用已经涵盖了工业、通信、娱乐、个人医疗、教育、环境控制、安全等领域，我们期待着更多更好的应用。将来的人们对具有 DSP 核心的数字信息产品大概会情有独衷，因为 DSP 会创造更多的价值。参考文献郭开轩.2007 数字信号处理器（DSP）及其芯片结构特点胡建凌 徐盛 2003 数字信号处理的应用和设计 上海 上海交通大学出版社王念旭 2001 DSP 基础与应用系统设计 北京 北京航空航天大学出版社张雄伟 陈亮 徐光辉 2003 DSP 芯片的原理及开发应用 电子出版社周霖 2004 信号处理技术应用 北京 国防工业出版社 DSP 在移动通信中的应用刊/张丽娟(北方交通大学现代能信研究所 100044)DSP 技术发展与应用综述刊/ 鲁争焱/
