武汉科技大学_信号与系统习题精解 第12章

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1、第12章数字信号处理的硬件实现1.1学习要点了解常见ADC的分类，理解ADC量化噪声产生的原因以及量化噪声的特点。了解通用信号处理器的基本特点，重点掌握TMS320C6X系列DSP的特性，并能够与ADSP系列进行相关参数的比较。1.信号的量化技术将模拟量转换成数字量，简称为AD转换，完成这种转换的电路称为模数转换器(AnalogtoDigitalConverter)，简称ADC；或将数字量转换成模拟量，简称DA转换，完成这种转换的电路称为数模转换器(DigitaltoAnalogConverter)，

2、简称DAC。(1)ADC的分类ADC具有各种速率，使用不同的接口电路，并可提供不同的精确度。最常用的ADC类型包括闪速ADC、逐次逼近ADC和Σ-ΔADC。①闪速ADC特点：转换速率最快，转换位数较低（分辨率）。②逐次逼近型（SAR）ADC特点：速度较高、功耗低,在低分辨率（<12位）时价格便宜，但高精度（>12位）时价格很高。③Σ-Δ型ADC特点：转换速率较低，但具有较高的转换位数（分辨率）。(2)ADC的量化噪声①定义：理想ADC的噪声由其固有的量化误差产生，也称为量化噪声。但实际使用的ADC是非

3、理想器件，它的实际转换曲线与理想转换曲线之间存在偏差，所以表现为多种误差。②信噪比公式：③结论：A/D变换器的位数越多，信噪比就愈高，每增加一位，输出信噪比增加约6dB。增加A/D变换器的位数可以提高信噪比，但A/D变换器的成本也会随位数的增加而迅速增加。2.数字信号处理的硬件实现(1)通用数字信号处理器通用数字信号处理器282，也称DSP芯片，是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器，其主要应用是实时快速地实现各种数字信号处理算法。其主要特点有：1)在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法；2

4、)程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据；3)片内具有快速RAM，通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问；4)具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持；5)快速的中断处理和硬件I/O支持；6)具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器；7)可以并行执行多个操作；8)支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。（2）TI公司TMS320C系列基本特点为：1)修正的哈佛结构；2)广泛采用流水操作；3)专用的硬件乘法器；4)特殊的DSP指令；5)指令周期短。（3）TMS320C6000系列DSP显

5、著特点为：1)体系结构采用VLIW，片内八个并行处理单元；2)32位外部存储器接口；3)TMS320C6X的指令集可进行字节寻址，获得8位／16位／32位数据，可提高存储器的利用率；4)具有灵活的锁相环路时钟产生器(×1，×2，×4)，可以对50MHz输入时钟进行不同的倍频处理；5)C6XDSP采用流水线结构，使得指令高效执行，有利于编程、调试、电路的应用开发；6)l6位宿主机接口，可以配置为宿主DSP的加速器，兼容IEEE1149．1JTAG。功耗低；7)C6XDSP采用并行处理流水线的LOAD／S

6、TORE结构，可以在一个时钟周期执行8条指令，同时系统结构为大量的并行处理服务。ADSP2106x系列同TMS320C6000系列的比较见表12-1。表12-1ADSP2106x系列同TMS320C6000系列的比较　型号最高浮点计算速度片内内存浮点精度最大数据吞吐率始型ADSP2106x120MFLOPS/40MHz4Mbit32/40250MByte/sTMS320C3x/4x150MFLOPS/75MHz1Mbit32/40N/A改进型ADSP2116x480MFLOPS/80MHz6Mbit3

7、2/40560MByte/s282TMS320C67x1GFLOPS/167MHz1Mbit32N/A多片集成型ADSP1406x/1416x480MFLOPS/40MHz16Mbit32/40480MByte/sTMS320C8x600MFLOPS/50MHz50KB64480MByte/s1.2精选例题例1请问流水线为什么能减少指令平均执行时间吗？解：流水线的引入并非减少了单个指令的执行时间。通常情况下，由于流水线将程序的执行过程划分为不同的阶段，各个阶段完成本阶段任务通常是不相同的，流水线只能按

8、照最长的阶段的时间作为流水节拍进行工作。但是，流水线的引入，带来的指令的并行执行，缩短了每条指令的平均执行时间。例2为什么DSP普遍采用哈佛结构体系？解：传统的通用处理器采用统一的程序和数据空间、共享的程序和数据总线结构，即所谓的冯•诺依曼结构。DSP普遍采用了数据总线和程序总线分离的哈佛结构或者改进的哈佛结构，极大的提高了指令执行速度。片内的多套总线可以同时进行取指令和多个数据存取操作，许多DSP片内嵌有DMA控制器，配合片内多总线结构，使数据块传送速