26. Цифровая обработка сигналов (цос). Примеры задач цос. Сигнальные микроконтроллеры фирмы Texas Instruments (tms320). Сигнальные процессоры

Используются для цифровой обработки сигналов:

1. фильтрация сигналов;

2. смесь (свертка);

3. вычисление корреляционной функции сигналов;

4. обработка сигнала (преобразование, усиление, ограничение);

5. компрессия/декомпрессия сигнала.

Пример.

1. Аналоговый фильтр.

Фильтр низких частот

Y(t) – полезный сигнал, убираются все помехи.

Для этих преобразований необходимо поставить фильтр.

Предпочтение отдаются цифровой техники, т. к. изменив параметры, можно обрабатывать различные сигналы.

В случае аналогового фильтра, если меняется форма сигнала, необходимо пересчитывать весь фильтр.

Фильтры с КИХ (конечная импульсная хар-ка)

С(k) – коэффициенты, Х(n-k) – дискретные значения функции.

A/D

F

D/A

t

Получили непрерывный сигнал без помех с помощью цифрового фильтра.

Если ∆t мало, то не успеем обработать сигнал.

МКр не годится из-за низкой скорости обработки.

Реализация цифрового фильтра КИХ.

2 памяти в выч. Устройстве: таблица коэффициентов, таблица значений.

1) Аппаратно реализуют команду МАС (умножение с накоплением).

S = AB+S (выполняется 1 такт).

Многопортовая память – за раз выбирается несколько операндов.

2) Все это в цикле делается (N).

Это особенности сигнальных процессоров. DSP – digital signal processor.

Анализатор спектра:

- преобразование Фурье

Быстрое преобразование Фурье (БПФ) – преобразование Фурье с конечным числом отсчетов.

Чтобы обрабатывать сигналы в реальном масштабе времени, часто исп. специализированные ПРЦ.

Регулятор скорости вращения вала двигателя: пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор. Это пример ЦОС.

Сигнальные процессоры выпускают фирмы:

Texas Instruments, FreeScale Semiconducters, Analog Devices…

Motorola 56002, 96002 – низкая стоимость;

TMS 320 – интенсивный обмен с внешними устройствами;

ADSP – большой объем вычислений.

TMS м. б. обозначено TI (Texas Instruments).

Рассмотрим tms 320

TMS 320 С2х – решают задачи управления двигателями и моторами; встроены ЦАП и АЦП; 20 MIPS.

TMS 320 С3х С4х – 32-разр.; м.б. использованы в решении задач, где треб. вычисления с плавающей точкой, производительность 40 MIPS.

TMS 320 С5х – 16-разр. целочисленные (плав. точки нет). Применяется, в основном, в мобильных устройствах;  режим энергосбережения; производительность 160 MIPS.

TMS 320 С6х – 32-раз.; самые быстрые. Применяются в видеокомпрессии, радио локации т.д.; производить 2000 MIPS.

Структурная схема TMS 320 С5х: (это называется процессор, т.к. ориентирован

на цифровую обработку сигналов)

ROM

RAM



Внутр.

магистраль

BI

SWG

EU

JTAGG

HPI

McBSP

DMA

Гарвардская архитектура,

EU – операционный узел

 – интерфейс с внешними устройствами (ША, ШD, ШУ)

JTAG – спец. порт, испол. для отладки микропроц. системы. К нему можно подключить ЭВМ, напр. РС

HPI – быстродейст. порт со своей внутренней памятью; предназначен для построения многопроцессорной ВС.

McBSP – мультиплексир. последовательный синхронный порт (их несколько); через него м. подключить некоторые послед. устройства: ЦАП, АЦП, UАRТ…

Timer – блок таймеров

SWG – генератор циклов ожидания

АLU – 40 разрядов (против 16-разр. слов) – на деление и умножение; 2 аккумулятора по 40 разр.

МАС – аппаратн. умн-е 17-разр. зн-й с накоплением за 2 такт

Сдвиг – аппаратный сдвигатель 32-разр.

CSSU – устройство сравнения

BIU – устройство формирования адреса.