波形模拟信号。当然,图中的有些环节并不是必需的。如A/D转换,如果输入的是数字信号,就可以直接交给DSP进行运算。
由于数字信号处理系统是以数字信号处理理论为基础,所以具有数字信号处理的全部优点:
(1)接口方便
DSP 系统与其它以数字技术为基础的系统或设备都是相互兼容的,比模拟系统与这些系统接口要容易的多。
(2)编程方便
DSP 系统中的可编程DSP芯片可以使设计人员在开发过程中灵活方便的进行修改和升级,可以将C语言与汇编语言结合使用。
(3)具有高速性
DSP系统的运行较高,最新的DSP芯片运行速度高达10GMIPS以上。
(4)稳定性好
DSP 系统以数字处理为基础, 受周围环境,如噪声、温度等的影响小、可靠性高;
(5)精度高
例如16位数字系统可以达到10-5的精度;
(6)可重复性好
模拟系统的性能受元件参数性能变化影响大,而数字系统基本不受影响,更便于测试、调试和大规模生产。
(7)集成方便
DSP系统中的数字部件有高度的规范性,便于大规模生产。 当然DSP也存在一定的缺点。例如,对于一些简单的信号处理任务,如与模拟交换线的电话接口,若采用DSP则使成本增加。另外,DSP 系统中的高速时钟通常在几十兆赫,可能带来高频干扰和电磁泄漏等问题, 而且DSP 的功率消耗在系统中也是较大的。此外,DSP技术发展得很快,数学知识要求多,开发和调试工具还很不完善。虽然DSP系统还存在一些缺点,但是随着近两年来 DSP 技术突飞猛进的发展,成本的下降,很多问题都得到了缓解。其突出的优点已经使其在通信、语音、图像、雷达、生物医学、工业控制、仪器仪表等
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许多领域得到越来越广泛的应用。 2.DMA技术:
直接存储器访问(Direct Memory Access,简称DMA)是C55x DSP非常重要的片上外设,DMA控制器可以在不影响CPU的情况下完成数据的传输,因此数据传输速度快,在要求信号实时采集和处理的系统中常采用DMA方式进行信号采集与传输。TMS320C5502有6个可独立编程的DMA通道,每个DMA通道受各自的5个16位寄存器控制:源地址寄存器DMSRC、目的地址寄存器DMDST、单元计数寄存器DMCTR、同步事件和帧计数寄存器DMSFC、发送模式控制寄存器DMMCR。此外,DMA的6个通道还受通道优先级和使能控制寄存器DMPREC控制。
DMA是指一种高速的数据传输操作,允许在外部设备和存储器之间直接读写数据,既不通过CPU,也不需要CPU干预。整个数据传输操作在一个称为“DMA控制器”的控制下进行。CPU除了在数据传输开始和结束时做一点处理外,在传输过程中还可以进行其他的工作。这样,在大部分时间里,CPU和输入输出都处于并行操作,因此使整个计算机系统的效率大大提高。DMA是所有现代电脑的重要特色,它允许不同速度的硬件装置来沟通,而不需要依于 CPU 的大量中断负载,否则,CPU 需要从来源把每一片段的资料复制到暂存器,然后把它们再次写回到新的地方,在这个时间中,CPU对于其他的工作来说就无法使用。DMA传输将数据从一个地址空间复制到另外一个地址空间,当CPU初始化这个传输动作,传输动作本身是由DMA控
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制器来实行和完成。典型的例子就是移动一个外部内存的区块到芯片内部更快的内存区。像是这样的操作并没有让处理器工作拖延,反而可以被重新排程去处理其他的工作。DMA 传输对于高效能嵌入式系统算法和网络是很重要的。
一个设备接口试图通过总线直接向另一个设备发送数据(一般是大批量的数据), 它会先向CPU发送DMA请求信号。外设通过DMA的一种专门接口电路――DMA控制器(DMAC),向CPU提出接管总线控制权的总线请求,CPU收到该信号后,在当前的总线周期结束后,会按DMA信号的优先级和提出DMA请求的先后顺序响应DMA信号。CPU对某个设备接口响应DMA请求时,会让出总线控制权。于是在DMA控制器的管理下,外设和存储器直接进行数据交换,而不需CPU干预。数据传送完毕后,设备接口会向CPU发送DMA结束信号,交还总线控制权。
实现DMA传送的基本操作如下:
1、外设可通过DMA控制器向CPU发出DMA请求; 2、CPU响应DMA请求,系统转变为DMA工作方式,并把总线控制权交给DMA控制器;
3、由DMA控制器发送存储器地址,并决定传送数据块的长度; 4、执行DMA传送;
5、DMA操作结束,并把总线控制权交还CPU。
DMA方式主要适用于一些高速的I/O设备。这些设备传输字节或字的速度非常快。对于这类高速I/O设备,如果用输入输出指令或
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采用中断的方法来传输字节信息,会大量占用CPU的时间,同时也容易造成数据的丢失。而DMA方式能使I/O设备直接和存储器进行成批数据的快速传送。 3.FIR低通滤波器:
假设数字滤波器的频率响应函数H用下式表示:
幅频特性表示信号通过该滤波器后各频率成分振幅衰减情况,而相频特性反映各频率成分通过滤波器后在时间上的延时情况。一般选频滤波器的技术要求由幅频特性给出,其相频特性是确定的,所以在设计过程中,对相频特性一般不作要求。在低通滤波器的幅频特性中,Wp和Ws分别称为通带边界频率和阻带截止频率。从Wp到Ws称为过渡带,过渡带上的频响一半是单调下降的。
当冲击响应满足下列条件时,FIR滤波器具有对称结构,为线性相位滤波器:
这种对称性,可使得乘法器数量减半:对n价滤波器,当n为偶数时,乘法器的个数为n/2个;当n为奇数时,乘法器的个数为(n+1)/2个。在电路实现中,乘法器占用的逻辑单元数较多。乘法器的增加,意味着电路成本增加,另外对电路的工作速度也有影响。
在DSP的应用中,可以应用Matlab的滤波器设计工具箱fdatool工具箱生成需要的FIR滤波器,在生成C文件,提取出相应的滤波数据,应用CCS来调用这些数据,从而应用DSP产生信号的滤波效
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果,这样就实现了FIR的低通滤波效果。
在信号处理中,滤波占有十分重要的地位。数字滤波是数字信号处理的基本方法。数字滤波与模拟滤波相比有很多优点,它除了可避免模拟滤波器固有的电压漂移、温度漂移和噪声等问题外,还能满足滤波器对幅度和相位的严格要求。低通有限冲激响应滤波器(低通FIR滤波器)有其独特的优点,因为FIR系统只有零点,因此,系统总是稳定的,而且容易实现线性相位和允许实现多通道滤波器。
DSP(数字信号处理器)与一般的微处理器相比有很大的区别,它所特有的系统结构、指令集合、数据流程方式为解决复杂的数字信号处理问题提供了便利,本文选用TMS320C54X作为DSP处理芯片,通过对其编程来实现FIR滤波器。
对数字滤波器而言,从实现方法上,有FIR滤波器和无限冲激响应(IIR)滤波器之分。由于FIR滤波器只有零点,因此这一类系统不像IIR系统那样易取得比较好的通带与阻带衰减特性。但是FIR系统有自己突出的优点:①系统总是稳定的;②易实现线性相位;③允许设计多通带(阻带)滤波器。其中后两项是IIR系统不易实现的。
设a i(i=0,1,2,…,N-1)为滤波器的冲激响应,输入信号为x(n),则FIR滤波器的输入输出关系为:
FIR滤波器的结构如下图所示:
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