第1章 DSP概述

1.1 DSP芯片的概念

在人们的生活环境中，存在着各种各样的信号。有些信号是人们需要的，如语音和美妙的音乐；有些信号则是不需要的，如建筑工地冲激钻和木锯的噪声。从工程意义上讲，不管有用、没用的信号，都携带着信息，信号处理就是提取、增强、存储和传输有用信息的过程。其最简单的功能就是从混乱的信息中提取有用的信息。信息是否有用是针对特定环境而言的，因此信号处理也是面向特定应用的。

现实生活中的信号多为模拟信号，这些信号在时间和幅度上连续变化。可以使用电阻、电容、晶体管和运算放大器组成模拟信号处理器（Analog Signal Processor，ASP）来处理这些信号，也可以使用包含加法器、乘法器和逻辑单元的数字电路对这些信号进行处理。这种数字电路即为数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）。由于DSP使用离散的二进制数处理信号，所以必须先使用模数转换器（ADC）对模拟信号x（t）采样量化后转换成数字信号x（n），再由DSP来处理，得到数字信号y（n），最后由数模转换器（DAC）转换成模拟信号y（t）输出，此过程如图1-1所示。图中抗混叠滤波器为低通滤波器，滤掉截止频率以上的信号，以免在采样过程中引起混叠。平滑滤波器滤除高频分量，使输出信号更加平滑。

图1-1 数字信号处理流程

ASP系统由于使用了大量的模拟器件，因此存在着系统设计复杂，灵活性不高，抗干扰能力差等缺点；而DSP系统是基于软件设计的，能够实时修改程序以便适应不同的应用，因此灵活性高，并且抗干扰能力强，成本低。可以使用以下4种方法来处理数字信号：

● 在通用计算机上使用软件来实现实时性要求不高的处理；

● 利用MCU（如89C51）来实现简单的数字信号处理（Digital Signal Processing）；

● 利用专用DSP芯片来实现某种特定的应用处理，定制的ASIC芯片也应该归于此类；

● 利用通用DSP芯片来实现快速的数字信号处理算法。

其中，通用DSP具有强大的处理能力和可编程性，因此应用很广泛。通用DSP芯片是一种具有特殊结构的微处理器，芯片内部采用程序和数据分开的哈佛总线结构，能同时读取指令和数据。CPU内核具有并行的多个功能单元，支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行，大大加快了程序的执行速度。CPU内核还具有专门的硬件乘法器，独特的循环寻址模式，可以用来快速地实现各种数字信号处理算法，如快速傅里叶变换（FFT）、有限冲激响应滤波器（FIR）和无限冲激响应滤波器（IIR）等。由于具有这些优点，使得通用DSP擅长处理语音、图像信号，在工业控制、仪器仪表、电信、汽车、医学和消费等领域得到了大量的应用，如表1-1所示。

表1-1 DSP的典型应用