Tài liệu tự học môn Điện tử - Chương 1: Bộ xử lý tín hiệu số
Tµi liªô tù häc
TrÇn V¨n Biªn
PhÇn 1: CÊu tróc
Ch-¬ng 1
bé xö lý tÝn hiÖu sè
1.1 C«ng dông cña Bé xö lý tÝn hiÖu sè
Bé xö lý tÝn hiÖu sè DSP (Digital Signal Processor) ra ®êi muén h¬n nhiÒu so víi bé
vi xö lý ®a n¨ng. ViÖc x©y dùng c¸c bé DSP xuÊt ph¸t tõ nhu cÇu thùc hiÖn c¸c bµi to¸n
xö lý tÝn hiÖu sè (XLTHS), trong ®ã phÐp to¸n chñ yÕu lµ nh©n råi lÊy tæng. PhÐp to¸n
nµy cã thÓ cßn ®-îc gäi b»ng nh÷ng thuËt ng÷ kh¸c nh- nh©n-tæng, nh©n cã tÝch luü hay
nh©n tÝch luü.
VÊn ®Ò quan träng nhÊt cña DSP lµ cÇn ®¶m b¶o hÖ thèng ho¹t ®éng theo thêi gian
thùc - nghÜa lµ ph¶i thùc hiÖn mäi phÐp tÝnh cña thuËt to¸n xö lý tÝn hiÖu trong thêi gian
nhá h¬n chu kú rêi r¹c ho¸ tÝn hiÖu.
Khi thùc hiÖn bµi to¸n XLTHS th× c¸c bé vi xö lý ®a n¨ng khã ®¹t ®-îc tèc ®é tÝnh
to¸n cÇn thiÕt trong thêi gian thùc, do phÐp to¸n chñ yÕu cña c¸c bµi to¸n d¹ng nµy lµ
nh©n tÝch luü. ChÝnh v× vËy, vµo ®Çu nh÷ng n¨m 80, c¸c bé vi xö lý kiÓu míi lµ DSP ®·
ra ®êi víi ý ®å thiÕt kÕ lµ thùc hiÖn thuËt to¸n XLTHS trong thêi gian thùc vµ cÊu t¹o
t-¬ng ®èi ®¬n gi¶n. Nh÷ng n¨m sau ®ã, c¸c h·ng nh- Texas Instrument, Motorola,
Analog Devices v.v... ®· nhanh chãng më réng s¶n xuÊt víi nhiÒu bæ sung quan träng,
nh- n©ng cao tèc ®é xö lý, t¨ng dung l-îng bé nhí, bæ sung tËp lÖnh, kh¶ n¨ng giao
diÖn, c¸c c«ng cô hç trî vµ gì rèi v.v... C¸c h·ng ®· cho ra ®êi hµng lo¹t bé DSP víi gi¸
thµnh tõ phæ th«ng cho c¸c øng dông th«ng th-êng cho ®Õn nh÷ng chñng lo¹i cao cÊp
cho c¸c øng dông ®Æc biÖt. Còng tõ ®ã, xuÊt hiÖn mét vÊn ®Ò lµ lµm thÕ nµo ®Ó chän lùa
®-îc bé DSP thÝch hîp cho tõng øng dông cô thÓ.
VËy, sù kh¸c nhau gi÷a bé DSP vµ bé vi xö lý ®a n¨ng lµ g×? §Ó ®¹t ®-îc tèc ®é
tÝnh to¸n nhanh cÇn thiÕt, bé DSP cÇn cã mét ®¬n vÞ thùc hiÖn c¸c phÐp tÝnh XLTHS cë
së ®ã lµ phÐp nh©n vµ nh©n tÝch luü trong mét chu kú lÖnh nhê sö dông kiÕn tróc havard
c¶i tiÕn. §iÓm ®Æc tr-ng cña cÊu tróc nµy lµ ph©n chia kh«ng gian bé nhí thµnh hai
vïng, bé nhí ch-¬ng tr×nh vµ bé nhí d÷ liÖu víi kh¶ n¨ng trao ®æi d÷ liÖu trùc tiÕp gi÷a
chóng. §iÒu ®ã cho phÐp tæ chøc xö lý lÖnh theo kiÓu "®-êng èng" (Pipeline) ba tÇng
song song lµ nhËn lÖnh, gi¶i m· lÖnh vµ thùc hiÖn lÖnh mét c¸ch hiÖu qu¶. Sù trao ®æi
gi÷a c¸c vïng bé nhí cho phÐp tÝnh to¸n khèi l-îng lín c¸c hÖ sè tõ bé nhí ch-¬ng
tr×nh vµo bé nhí d÷ liÖu.
Ph-¬ng ph¸p truyÒn thèng khi nghiªn cøu c¸c bé vi xö lý th-êng tõ c¸c bé xö lý c¬
së. Tuy nhiªn, tr-íc hÕt chóng ta cÇn hiÓu râ vÒ mét hÖ thèng DSP còng nh- c¸c bé DSP
c¬ së cña h·ng Motorola - h·ng tiªn phong trong lÜnh vùc nghiªn cøu, s¶n xuÊt vµ h×nh
thµnh c¸c chuÈn DSP hiÖn nay.
1.2 HÖ thèng Xö lý tÝn hiÖu sè
Ch-¬ng 1: Bé xö lý tÝn hiÖu sè
11
Tµi liªô tù häc
TrÇn V¨n Biªn
HÖ thèng DSP (H×nh 1.1) gåm cã c¸c thµnh phÇn c¬ b¶n sau:
* Bé läc tÇn thÊp
* Bé biÕn ®æi ADC
* Bé DSP
* Bé biÕn ®æi DAC
* Bé läc lµ ph¼ng
TÝn hiÖu cÇn xö lý ë ®Çu vµo lµ tÝn hiÖu liªn tôc (analog) cã d¹ng bÊt kú theo miÒn
tÇn sè hoÆc thêi gian nh- trªn h×nh vÏ. §©y lµ tÝn hiÖu cã ®é dµi h÷u h¹n theo thêi gian
vµ v« h¹n theo tÇn sè.
Tr-íc khi ®-a vµo xö lý ë bé DSP th× tÝn hiÖu t-¬ng tù cÇn ph¶i ®-îc biÓu diÔn d-íi
d¹ng sè. §Ó cã ®-îc d¹ng sè cña tÝn hiÖu (gåm chuçi c¸c sè 0 vµ 1) cÇn ph¶i qua bé
biÕn ®æi ADC. ViÖc biÕn ®æi nµy diÔn ra gåm hai giai ®o¹n rêi r¹c ho¸ vµ l-îng tö ho¸.
Rêi r¹c ho¸ thùc chÊt lµ lÊy c¸c gi¸ trÞ tøc thêi cña tÝn hiÖu t¹i tõng kho¶ng thêi
gian T. Gi¸ trÞ thêi gian T ®-îc gäi lµ chu kú rêi r¹c ho¸. Gi¸ trÞ ®¶o cña T lµ tÇn sè rêi
r¹c ho¸ fd. ViÖc lùa chän fd thÝch hîp dùa vµo ®Þnh lý Ka-che-nhi-kop (hay cßn ®-îc gäi
lµ ®Þnh lý Naiquist hoÆc Senon). §Þnh lý nµy x¸c ®Þnh tÇn sè rêi r¹c fd tèi thiÓu ph¶i gÊp
®«i tÇn sè cùc ®¹i cña phæ tÝn hiÖu t-¬ng tù ®Ó ®¶m b¶o sau khi rêi r¹c ho¸ cã thÓ phôc
håi l¹i ®-îc tÝn hiÖu liªn tôc. Tuy nhiªn, nh- tr×nh bµy trªn h×nh vÏ, ®èi víi tÝn hiÖu x(t)
cã ®é dµi h÷u h¹n, th× phæ biªn ®é cña nã lµ v« h¹n, do ®ã tÇn sè rêi r¹c ho¸ fd
.
Nh- vËy, vÊn ®Ò rêi r¹c ho¸ tÝn hiÖu liªn tôc d-êng nh- kh«ng thÓ t×m ra lêi gi¶i?. Song,
trong thùc tÕ, ®é lín phæ tÝn hiÖu th-êng nhá h¬n mét gi¸ trÞ h÷u h¹n nµo ®ã, do vËy cã
thÓ lÊy gi¸ trÞ fv lµm giíi h¹n. ViÖc t×m gi¸ trÞ giíi h¹n nµy ®-îc thùc hiÖn nhê bé läc
tÇn thÊp (BLTT) vµ th-êng ®-îc gäi lµ bé läc chèng hiÖn t-îng xÕp chång phæ. HiÖu
øng xÕp chång phæ ®-îc biÓu diÔn trªn H×nh 1.2.
Ch-¬ng 1: Bé xö lý tÝn hiÖu sè
12
Tµi liªô tù häc
TrÇn V¨n Biªn
Nh- ta ®· biÕt, phæ tÝn hiÖu rêi r¹c b»ng tæng cña c¸c phæ tÝn hiÖu liªn tôc (víi ®é
chÝnh x¸c b»ng h»ng sè nh©n) dÞch trªn trôc tÇn sè mfd (m = 0, 1, 2,...,). NÕu kh«ng
cã BLTT ®Ó h¹n chÕ phæ cña tÝn hiÖu t-¬ng tù th× khi rêi r¹c ho¸ víi tÇn sè fd < 2fv sÏ
x(t)
x(t)
Bé läc chè
ng chång p
hæ
f
f
0
tend
0
Phæ tÝn hiÖu
t-¬ng tù
A
A
x(t)
0
f
tend
fd
-fv
x(n7)
Phæ tÝn hiÖu
rêi r¹c
A
110
101
100
011
010
001
000
A
ADC
chång
phæ
f
0
T
(N-1)T
-fd/2
fd/2
f
fv=fd/2
0 0 1 . . .1
x(n)
=
1 0 0 . . . 0
n=0, 1, . . . .(N_1)
H×nh 1.2. HiÖu øng chång phæ
. . .
Bé DSP
0 0 1 . . . 1
m bit
1 0 1 . . .0
y(n)
=
ŷ(t)
DAC
(N-1)T
y(t)
Bé läc
lµ ph¼ng
H×nh 1.1. S¬ ®å hÖ
thèng DSP
t
x(t)
tend
xuÊt hiÖn hiÖu øng xÕp chång phæ. Trong miÒn thêi gian th× hiÖu øng xÕp chång phæ lµ
tæn thÊt kh«ng thÓ tr¸nh khái khi kh«i phôc l¹i tÝn hiÖu liªn tôc sau khi rêi r¹c ho¸.
L-îng tö ho¸ tÝn hiÖu rêi r¹c theo møc nghÜa lµ thay gi¸ trÞ chÝnh x¸c cña c¸c gi¸
trÞ rêi r¹c b»ng gi¸ trÞ cña c¸c møc l-îng tö ho¸ gÇn nhÊt. Mçi møc ®-îc m· ho¸ bëi sè
nhÞ ph©n cïng bËc phô thuéc vµo sè møc m cùc ®¹i cho tr-íc. Nh- vËy, ë ®Çu ra cña bé
Ch-¬ng 1: Bé xö lý tÝn hiÖu sè
13
Tµi liªô tù häc
TrÇn V¨n Biªn
biÕn ®æi ADC ta cã tÝn hiÖu sè x(nT)
x(n) víi n = 0, 1, ..., N-1) lµ mét chuçi sè nhÞ
ph©n bËc m (hay ®-îc gäi lµ ®é ph©n gi¶i cña bé biÕn ®æi ADC).
Chuçi c¸c gi¸ trÞ x(n) ®-îc biÓu diÔn d-íi d¹ng sè nhÞ ph©n m bit ®-îc ®-a tíi bé
DSP. Bé DSP ®¶m nhiÖm nhiÒu chøc n¨ng quan träng, trong ®ã cã hai chøc n¨ng ®Æc
tr-ng lµ:
- Läc sè
- Ph©n tÝch phæ.
C¸c qu¸ tr×nh nµy ®-îc thùc hiÖn mét c¸ch ®éc lËp. Chóng ta sÏ t×m hiÓu kü h¬n c¸c
néi dung nµy.
Läc sè:
HÖ thèng rêi r¹c tuyÕn tÝnh víi tham sè cè ®Þnh (HTRRTT) phæ biÕn nhÊt ®-îc m«
t¶ trong miÒn thêi gian bëi ph-¬ng tr×nh vi sai d¹ng
y(n) N1b x(n i) M1a y(n j)
(1.1)
j1
i
j
i0
trong ®ã: - aj, bj lµ hÖ sè x¸c ®Þnh thuéc tÝnh cña HTRRTT
x(n), y(n) lµ c¸c gi¸ trÞ rêi r¹c cña tÝn hiÖu ®Çu vµo vµ ®Çu ra.
N, M - lµ c¸c h»ng sè x¸c ®Þnh ®é phøc t¹p cña HTRRTT
x(n-i), y(n-i) lµ c¸c gi¸ trÞ rêi r¹c cña c¸c tÝn hiÖu ®Çu vµo vµ ®Çu ra ®-îc gi÷ chËm
t¹i c¸c chu kú rêi r¹c ho¸ i vµ j t-¬ng øng.
Ph-¬ng tr×nh (1.1) m« t¶ HTRRTT ®Ö quy nÕu mçi gi¸ trÞ ®äc thø n cña tÝn hiÖu ®Çu
ra y(n) lµ tæ hîp tuyÕn tÝnh cña gi¸ trÞ thø n hiÖn t¹i cña tÝn hiÖu ®Çu vµo x(n), (N-1) c¸c
gi¸ trÞ gi÷ chËm tr-íc ®ã cña tÝn hiÖu ®Çu vµo x(n-i) víi i = 1, 2,..., (N-1) vµ (M-1) gi¸
trÞ gi÷ chËm cña tÝn hiÖu ®Çu ra y (n-j) víi j = 1,2,... (M-1). Líp ph-¬ng tr×nh (1.1) cã
thÓ ®-îc sö dông ®Ó thùc hiÖn c¸c bé läc ®¸p øng xung v« h¹n IIRF (Infinite Impulse
Reoponse Filtr). Trong tr-êng hîp nµy, theo c¸c yªu cÇu ®Æt ra ®èi víi bé läc cÇn thiÕt
kÕ (tÇn sè giíi h¹n, ®é lÖch d¶i tÇn v…….) ng-êi ta cÇn ph¶i tÝnh c¸c gi¸ trÞ N, M, bi vµ
aj cho tõng bé läc riªng rÏ. ViÖc tÝnh to¸n ®-îc thùc hiÖn trªn m¸y tÝnh PC nhê c¸c gãi
ch-¬ng tr×nh phÇn mÒm chuÈn. Ngoµi ra, ng-êi ta cßn cÊp cho ng-êi dïng c¸c ®Æc tÝnh
cña bé läc (®Æc tÝnh xung, ®Æc tÝnh biªn ®é-tÇn sè, pha-tÇn sè, b¶n ®å ®iÓm cùc vµ ®iÓm
0 ……) vµ ®-a ra c¸c ®Ò xuÊt vÒ cÊu tróc bé läc. Sau ®ã trªn c¬ së ph-¬ng tr×nh (1.1)
ng-êi ta tiÕn hµnh läc sè ë bé DSP b»ng ch-¬ng tr×nh läc sè.
Trªn c¬ së cña HTRRTT kh«ng ®Ö quy, nghÜa lµ víi aj = 0, j = 1,2, ..., (M-1) theo
ph-¬ng tr×nh (1.1) ng-êi ta cã thÓ tiÕn hµnh thiÕt kÕ bé läc ®Æc tÝnh xung h÷u h¹n FIR
(Finite Impulse Response Filtr). Líp c¸c ph-¬ng tr×nh nh- vËy cã d¹ng:
N1
y( n ) b x( n i )
(1.2)
i
i0
vµ thñ tôc thùc hiÖn thuËt to¸n còng t-¬ng tù nh- ®èi víi c¸c IIRF.
Còng nh- ®èi víi hÖ thèng tuyÕn tÝnh bÊt kú, ®¸p øng y(n) ë ®Çu ra cña HTRRTT
liªn hÖ víi t¸c ®éng ®Çu vµo x(n) theo mèi quan hÖ kiÓu gi¶m bËc:
Ch-¬ng 1: Bé xö lý tÝn hiÖu sè
14
Tµi liªô tù häc
TrÇn V¨n Biªn
y( n )
h( k )x( n k )
x( k )h( n k )
(1.3)
K0
K0
víi h(k) lµ ®Æc tÝnh xung cña HTRRTT.
Ph-¬ng tr×nh (1.3) vµ ph-¬ng tr×nh vi sai (1.1) m« t¶ HTRRTT trong miÒn thêi
gian. Tõ ®ã cã thÓ thÊy r»ng, c¸c phÐp to¸n c¬ së ®èi víi bé DSP lµ phÐp nh©n, phÐp
céng vµ c¸c phÐp kÕt hîp gi÷a chóng (phÐp nh©n tÝch luü) cßn c¸c phÐp dÞch vµ phÐp
chuyÓn thùc hiÖn viÖc gi÷ chËm.
Ph©n tÝch phæ:
Mét trong nh÷ng bµi to¸n phøc t¹p nhÊt cña XLTHS lµ ph©n tÝch thuéc tÝnh c¸c tÝn
hiÖu ®Ó cã thÓ nghiªn cøu chóng kh«ng nh÷ng trong miÒn thêi gian mµ c¶ trong miÒn
tÇn sè. Trong xö lý tÝn hiÖu sè ®Ó biÓu diÔn trong miÒn tÇn sè c¸c tÝn hiÖu rêi r¹c tuÇn
hoµn víi chu kú N hoÆc cã ®é dµi h÷u h¹n N th× ph¶i sö dông biÕn ®æi Fourier rêi r¹c
DFT (Discrete Fourier Transformation). BiÓu thøc tÝnh to¸n DFT cã d¹ng:
N 1
X (k)
x(n)WNnk
khi k = 0, 1, 2, ...., (N-1)
(1.4)
N 0
Trong ®ã: x(n) víi n = 0, 1, 2, 3,.........(N - 1) lµ c¸c gi¸ trÞ cña tÝn hiÖu rêi r¹c (tuÇn
hoµn theo chu kú N hoÆc cã ®é dµi h÷u h¹n N).
X(k) víi k = 0, 1, 2, 3..........(N = 1) lµ DFT cña tÝn hiÖu x(n) - lµ chuçi tuÇn hoµn cã gi¸
trÞ phøc c¸ch ®Òu nhau trong miÒn tÇn sè (c¸c hÖ sè phøc chuçi Fourier) víi chu kú N vµ
kho¶ng c¸ch gi÷a chóng lµ:
2
NT
w
nk
W
lµ thõa sè lÆp vµ b»ng
N
2
N
-j
kn
nk
W
e
(1.5)
N
gi¸ trÞ tuyÖt ®èi vµ ®èi sè cña chuçi phøc X(k) víi k = 1, 2, 3....,(N = 1) chÝnh lµ
biªn ®é vµ pha cña thµnh phÇn DFT t-¬ng øng.
CÇn l-u ý r»ng, ý nghÜa cña DFT ®èi víi tÝn hiÖu rêi r¹c tuÇn hoµn vµ c¸c tÝn hiÖu
cã ®é dµi h÷u h¹n lµ kh¸c nhau.
§èi víi tÝn hiÖu rêi r¹c tuÇn hoµn víi chu kú N th× DFT (tËp hîp c¸c hÖ sè Fourier
phøc) øng víi phæ tuÇn hoµn rêi r¹c cña tÝn hiÖu ®ã. Gi¸ trÞ tuyÖt ®èi vµ ®èi sè c¸c hÖ sè
phøc X(k) ®-îc gäi lµ phæ biªn ®é vµ phæ pha.
§èi víi tÝn hiÖu rêi r¹c cã ®é dµi h÷u h¹n th× DFT (N hÖ sè Fourier phøc) øng víi N
c¸c gi¸ trÞ rêi r¹c c¸ch ®Òu nhau cña phæ trong chu kú. Phæ cña tÝn hiÖu ®· cho x¸c ®Þnh
r»ng biÕn ®æi DFT cña nã lµ hµm tÇn sè tuÇn hoµn liªn tôc, tuy nhiªn theo N gi¸ trÞ rêi
r¹c c¸ch ®Òu nhau cña phæ nghÜa lµ theo DFT sÏ ®¶m b¶o kh¶ n¨ng phôc håi chÝnh x¸c
phæ liªn tôc. Nh- vËy, thùc chÊt mèi quan t©m vÒ DFT ®-îc gi¶i thÝch bëi c¸c lý do sau:
thø nhÊt DFT hoµn toµn ®Æc tr-ng cho phæ tÝn hiÖu cã ®é dµi h÷u h¹n, vµ thø hai lµ ®Ó
tÝnh to¸n trªn m¸y tÝnh PC c¸c hµm liªn tôc (trong tr-êng hîp nµy lµ phæ tÝn hiÖu) cÇn
Ch-¬ng 1: Bé xö lý tÝn hiÖu sè
15
Tµi liªô tù häc
TrÇn V¨n Biªn
ph¶i rêi r¹c ho¸ chóng.
Trong c¶ hai tr-êng hîp th× muèn phôc håi chÝnh x¸c tÝn hiÖu liªn tôc tõ c¸c gi¸ trÞ
rêi r¹c x(n) cña nã cÇn ph¶i sö dông biÕn ®æi Fourier ng-îc IDFT (Inverse Discrete
Fourier Transformation).
N 1
1
-nk
(1.6)
X (k)WN
x(n1)
N
k 0
n0....( N 1)
Tõ (1.4) vµ (1.6) ta thÊy r»ng c¸c phÐp to¸n c¬ së khi thùc hiÖn DFT vµ IDFT lµ
phÐp nh©n vµ phÐp céng c¸c sè phøc.
Sè l-îng c¸c phÐp tÝnh DFT lµ N2 c¸c phÐp céng vµ nh©n c¸c sè phøc, do vËy khi N
lín sÏ rÊt h¹n chÕ tèc ®é tÝnh to¸n phæ vµ ®èi víi thêi gian thùc th× kh«ng thÓ chÊp nhËn
®-îc. §Ó gi¶m thiÓu thêi gian tÝnh to¸n ng-êi ra ®· nghiªn cøu ra c¸c thuËt to¸n tÝnh
to¸n nhanh DFT vµ gäi lµ thuËt to¸n biÕn ®æi Phurrier nhanh. FFT (Fast Fourier
Transformation). ThuËt to¸n ®Çu tiªn vµ còng lµ c¬ b¶n nhÊt lµ thuËt to¸n FFT cña Kum-
Chiuk. ThuËt to¸n nµy ®· gi¶m sè l-îng sè l-îng phÐp tÝnh xuèng N log N c¸c phÐp
2
nh©n vµ phÐp céng sè phøc. C¸c phÐp to¸n c¬ së trong FFT còng gièng nh- trong DFT.
ë ®Çu vµo DSP (H×nh 1.1) ta cã tÝn hiÖu ra y(n) lµ kÕt qu¶ cña xö lý sè tÝn hiÖu ®Çu
vµo x(n) vµ chÝnh lµ chuçi N c¸c sè nhÞ ph©n N bit (trong tr-êng hîp tæng qu¸t th× N vµ
M cã thÓ thay ®æi). TÝn hiÖu nµy ®-îc ®-a tíi bé biÕn ®æi DAC ®Ó t¹o ra tÝn hiÖu liªn
tôc bËc thang.
HiÖu øng bËc thang cã thÓ g©y ra mÐo tÝn hiÖu vµ ®-îc lo¹i trõ b»ng c¸ch sö dông
bé läc lµ ph¼ng tÇn thÊp.
1.3 øng dông cña DSP
Mét sè øng dông chÝnh cña c¸c bé DSP nh- sau:
Läc sè:
Bao gåm bé läc FIRF, bé läc IIRF, bé läc lµ tr¬n (bé t-¬ng quan), bé biÕn ®æi
Himbert, phÐp nh©n víi hµm cöa sæ h÷u h¹n, bé läc thÝch nghi, bé c©n b»ng.
C¸c hµm xö lý sè:
C¸c phÐp to¸n sè häc, ma trËn, vÐc t¬ vµ v« h-íng, c¸c phÐp tÝnh hµm l-îng gi¸c
nh- Sin, Cosin, ph¸t sè tùa ngÉu nhiªn.
C¸c hµm xö lý tÝn hiÖu:
NÐn tÝn hiÖu (nh- m· ho¸ tiÕng nãi theo ph-¬ng ph¸p dù ®o¸n tuyÕn tÝnh), lÊy trung
b×nh, tÝnh to¸n n¨ng l-îng, biÕn ®æi d÷ liÖu tuyÕn tÝnh theo luËt
vµ luËt A.
C¸c hµm ph©n tÝch phæ:
BiÕn ®æi DFT, FFT, biÕn ®æi Sin, Cosin, m« h×nh ho¸, ......
C¸c hµm xö lý d÷ liÖu:
M· ho¸/gi¶i m·.
C¸c hµm ®iÒu chÕ:
§iÒu biªn (AM), ®iÒu tÇn (FM), ®iÒu pha (PM) vµ sù kÕt hîp gi÷a chóng.
Ch-¬ng 1: Bé xö lý tÝn hiÖu sè
16
Tµi liªô tù häc
TrÇn V¨n Biªn
TÊt nhiªn, c¸c øng dông ngµy cµng ®a d¹ng vµ phong phó h¬n. Ngµy nay ng-êi ta
®· xö dông c¸c bé DSP sö dông trong nhiÒu lÜnh vùc kh¸c nhau.
- LÜnh vùc b-u chÝnh viÔn th«ng:
C¸c bé trén kªnh, tæng ®µi sè, ®iÖn tho¹i cã h×nh ¶nh, b¶o mËt th«ng tin, c¸c tr¹m
thu ph¸t vÖ tinh v.v...
- LÜnh vùc chuyÓn ph¸t d÷ liÖu:
M«®em, m¸y fax, m¹ng côc bé v.v...
- LÜnh vùc xö lý tÝn hiÖu ©m thanh:
Tæng hîp ©m thanh, c¸c bé trén vµ hoµ ©m.
- LÜnh vùc m¸y tÝnh:
§iÒu khiÓn servo ®Üa quang, m¹ng m¸y tÝnh, ®å ho¹ hai chiÒu vµ ba chiÒu, bé ®ång
xö lý to¸n häc, m¸y tÝnh laze, hÖ thèng ®a nhiÖm, ©m thanh sè v.v...
- LÜnh vùc ®o l-êng:
Läc sè, c¸c bé ph©n tÝch phæ, c¸c m¸y ph¸t tÝn hiÖu.
- LÜnh vùc xö lý ¶nh:
NhËn d¹ng ¶nh, nhËn d¹ng v©n tay, nÐn ¶nh v.v...
- LÜnh vùc ©m thanh sè:
Ph¸t thanh sè, thiÕt bÞ tù ®éng tr¶ lêi, m¸y nh¾n tin, nh¹c cô vµ c¸c bé tæng hîp ©m
thanh, thiÕt bÞ phßng thu ©m.
- C¸c øng dông ®Æc biÖt:
DÉn ®-êng, truyÒn tin mËt, c¸c ®µi ra ®a vµ ra ®a thuû ©m.
- Trong c«ng nghiÖp:
§iÒu khiÓn tèc ®é cao, ph©n tÝch rung ®éng, kü thuËt r«bèt, ®iÓu khiÓn thÝch nghi,
nÐn nhiÔu, nhËn d¹ng ¶nh.
- Trong y tÕ:
KhuyÕch ®¹i ©m thanh, ph©n tÝch ¶nh X – quang, chuÈn ®o¸n siªu ©m v.v...
- TruyÒn h×nh:
TruyÒn h×nh sè, mµn h×nh ®é ph©n gi¶i cao.
- Xö lý tiÕng nãi:
Tæng hîp tiÕng nãi, nhËn d¹ng tiÕng nãi.
1.4 ®Æc §iÓm c¸c bé DSP
Tr-íc khi ®i vµo nghiªn cøu c¸c bé DSP cña h·ng Motorola chóng ta t×m hiÓu mét
sè ®Æc ®iÓm quan träng cña c¸c bé DSP:
•
Kh¶ n¨ng thùc hiÖn c¸c phÐp tÝnh sè häc nhanh, linh ho¹t, kh¶ n¨ng thùc hiÖn phÐp
nh©n vµ nh©n tÝch luü trong mét chu kú lÖnh.
•
•
Cã chÕ ®é b¶o vÖ trµn khi tÝnh tæng.
Kh¶ n¨ng më réng d¶i ®éng ®èi víi phÐp tÝnh céng vµ phÐp nh©n cã tÝch luü víi ®é
chÝnh x¸c cao.
•
•
Cã kh¶ n¨ng nhËn vµ thùc hiÖn hai to¸n h¹ng trong mét chu kú, do vËy t¨ng tèc ®é
tÝnh to¸n.
HÖ thèng ®Þnh ®Þa chØ linh ho¹t. §Æc biÖt cã chÕ ®é ®Þnh ®Þa chØ theo modulo vµ ®¶o
Ch-¬ng 1: Bé xö lý tÝn hiÖu sè
17
Tµi liªô tù häc
TrÇn V¨n Biªn
bit ®Ó tæ chøc c¸c bé ®Öm vßng.
Tæ chøc thùc hiÖn vßng lÆp vµ rÏ nh¸nh cã hiÖu qu¶.
1.5 C¸c Hä DSP cña h·ng MOTOROLA
•
HiÖn nay, h·ng Motorola cho ra bèn hä DSP. Hä 24 bit DSP 56000 ®-îc gäi lµ hä
c¬ së, v× kiÕn tróc cña nã lµ cÊu tróc c¬ së ®èi víi tÊt c¶ c¸c hä DSP 56K. §Æc tÝnh chÝnh
cña c¸c bé DSP c¬ së lµ:
•
Xö lý song song: c¸c thiÕt bÞ trªn chip lµm viÖc ®ång thêi vµ ®éc lËp nhê tæ chøc
bus hÖ thèng c¶i tiÕn.
•
Cã hai vïng nhí d÷ liÖu vµ hai thanh ghi tÝch luü ®Ó xö lý ®èi xøng vÝ dô nh- d÷
liÖu phøc vµ tÝn hiÖu ©m thanh stereo v.v...
•
•
•
§é réng d÷ liÖu 24 bit ®¶m b¶o vïng ®éng 144 dB.
§é réng thanh ghi tÝch luü 56 bit ®¶m b¶o vïng ®éng 336 dB.
Thanh ghi më réng 8 bit cña thanh ghi tÝch luü 56 bit (thanh chøa) cho phÐp xö lý
d÷ liÖu kiÓu thùc cã phÇn nguyªn.
•
•
•
•
•
•
•
Kh«ng gian ®Þa chØ 16 bit.
C¸c chÕ ®é ®Þnh ®Þa chØ kh¸c nhau, kh¶ n¨ng ®Þnh ®Þa chØ ®¶o bit vµ modulo.
TËp lÖnh m¹nh.
Kh¶ n¨ng nhËn vµ thùc hiÖn 2 to¸n h¹ng trong mét chu kú lÖnh.
Thùc hiÖn vßng lÆp DO b»ng phÇn cøng.
HÖ thèng ng¾t linh ho¹t.
Tiªu thô n¨ng l-îng thÊp nh- c«ng nghÖ CMOS vµ kh¶ n¨ng ®iÒu khiÓn møc n¨ng
l-îng tiªu thô ë tr¹ng th¸i dõng vµ chê.
•
M«i tr-êng lËp tr×nh vµ gì rèi phï hîp vµ tin cËy.
§Ó hiÓu thªm vÒ kiÕn tróc cña c¸c bé DSP cña h·ng Motorola, tr-íc tiªn cÇn nghiªn
cøu ®Çy ®ñ vÒ kiÕn tróc cña hä DSP c¬ së. §ã còng chÝnh lµ néi dung cña phÇn I cña
quyÓn s¸ch nµy.
Tæng quan vÒ c¸c bé DSP cña h·ng Motorola ®-îc giíi thiÖu ë c¸c môc 1.5 ®Õn
1.10. Do tèc ®é ph¸t triÓn nh- vò b·o cña c«ng nghÖ nªn cã mét sè bé DSP ®-îc tr×nh
bµy ë ®©y song hoÆc kh«ng cßn ®-îc s¶n xuÊt n÷a hoÆc ®· ®-îc n©ng cÊp. C¸c b¶ng d÷
liÖu nªu d-íi ®©y lµ do h·ng cung cÊp.
B¶ng 1.1. C¸c hä DSP cña h·ng Motorola
§é ph©n gi¶i
Hä
C¸c thµnh viªn
Tãm t¾t c¸c ®Æc tÝnh
16 bit
DSP 56600 DSP 56651
DSP 56652
- TÝch hîp c¶ DSP vµ vi ®iÒu khiÓn M- CORE cã kiÕn tr
óc RISC , tiªu thô n¨ng l-îng thÊp.
- Dïng cho c¸c thiÕt bÞ di ®éng kh«ng d©y.
DSP 56654
DSP 56690
16 bit
DSP 56800 DSP 56824
- Lµ bé DSP ®Çu tiªn kÕt hîp nh÷ng -u ®iÓm cña c¸c b
é DSP víi c¸c bé vi ®iÒu khiÓn trªn chip.
Ch-¬ng 1: Bé xö lý tÝn hiÖu sè
18
Tµi liªô tù häc
TrÇn V¨n Biªn
16 bit
MSC8100 MSC8101
- Bé xö lý m¹nh nhÊt ®-îc s¶n xuÊt c«ng nghiÖp vµ tèi
-u cho c¸c thiÕt bÞ h¹ tÇng m¹ng.
- Lµ s¶n phÈm ®Çu tiªn cña h·ng sö dông lâi StarCore
24 bit
24 bit
DSP 56000 DSP 56002
DSP 56004
- Lµ hä c¬ së, chuÈn c«ng nghiÖp cho c¸c øng dùng liª
n quan ®Õn xö lý ©m thanh, cã bé nhí trong cã c¸c cæn
g truyÒn th«ng vµ giao diÖn cho phÐp nèi ghÐp víi c¸c
DSP 56007
bé xö lý kh¸c hoÆc c¸c kªnh DMA.
DSP 56009
DSP 56300 DSP 56301
DSP 56303
Lµ hä ®«ng thµnh viªn nhÊt trªn c¬ së DSP 56300.
- TÝch hîp nh÷ng -u ®iÓm tèt nhÊt cña h·ng cho phÐp n
©ng cao s¶n l-îng, h¹ gi¸ thµnh vµ ®¬n gi¶n hÖ thèng t
hiÕt kÕ.
DSP 56307
DSP 56309
- LËp tr×nh t-¬ng thÝch víi c¸c bé xö lý hä DSP56000.
DSP 56311
DSP 56362
DSP 56364
DSP 56366
Tr-íc khi t×m hiÓu ®Æc tÝnh cña c¸c bé DSP, chóng ta sÏ xem xÐt qua cÊu tróc
chung cña chóng. Chi tiÕt h¬n, b¹n cã thÓ tham kh¶o ë c¸c ch-¬ng tiÕp theo. DSP56K
cã thÓ chia thµnh hai phÇn chÝnh (H×nh 1.3).
Vïng më réng
Më réng
bé nhí ch-
¬ng tr×nh P
Module ngo
¹i vi
trªn chip
Më réng
bé nhí d÷ li
Öu X
Më réng
bé nhí d÷ li
Öu Y
Vïng trung t©m
Lâi
ALU
AGU
PCU
d÷ liÖu
OnCE
JTAG
TIG
PLL
H×nh 1.3. CÊu tróc chung bé DSP56K
- Module xö lý trung t©m.
- Vïng më réng (H×nh 1.3).
Ch-¬ng 1: Bé xö lý tÝn hiÖu sè
19
Tµi liªô tù häc
TrÇn V¨n Biªn
Module xö lý trung t©m lµ h¹t nh©n mäi bé vi xö lý DSP 56K. Thµnh phÇn cña nã
gåm:
- §¬n vÞ ALU d÷ liÖu.
- §¬n vÞ t¹o ®Þa chØ AGU.
- §¬n vÞ ®iÒu khiÓn lËp tr×nh PCU.
- Bus d÷ liÖu DB.
- Bus ®Þa chØ AB.
- C¸c cæng giao diÖn A, B vµ C (phô thuéc vµo chñng lo¹i DSP).
- Bé t¹o dao ®éng trªn chip OnCE
- Bé ph¸t xung nhÞp GTI tù ®éng chØnh pha tÇn sè PLL.
B¶ng 1.2 C¸c bé DSP ®· dõng s¶n xuÊt vµ kh¶ n¨ng thay thÕ
DSP
§ãng vá bit bé nhí/ TÇn sè MIPS §iÖn ¸p
RAM
ROM
Ngo¹i vi
HÕt h¹n-
thay b»ng
d÷ liÖu
MHz
(V)
DSP 88 PGA 13
24/24
33
16,5
5Core
5 I/O
512 X/Y 3,75KP
512X/Y
SSI, SCI
GPIO, HI
12.98
56303
2COFP
132PQFP
88PGA
56001
DSP
24/24
24/24
24/24
24/24
24/24
16/16
27
33
14,5
16,5
5Core
5 I/O
512P
512 X/Y
512X/Y
512X/Y
SSI, SCI
GPIO, HI
10.00
56303
56001A
DSP 132PQFP
56L002 144TQFF
40
50
95
95
20
25
3,3Core
3,3 I/O 512 X/Y
256P
PLL, SSI
SCI, GPIO
Timer, HI08
PLL, SSI
SCI, GPI
5PWM
10.99
56303
DSP 144TQFP
56005
5Core
5 I/O
4,5 K P 512X/Y
512 X/Y
12.98
56303
DSP 100TQFP
56011
47,5
47,5
5Core
512P
12,5KP
SHI, SAI
12.99
56302
8,5K X/Y 5,6K X/Y
PLL, DAX
GPIO, HI
SHI, SAI
PLL, DAX
GPIO, HI08
PPL, 2 SSI
GPIO, HI08
5 I/O
DSP 100TQFP
56012
5Core
256P
15K P
06.00
56362
8,25 KX/Y 5,5K X/Y
5 I/O
DSP 112CQFP
56156 112TQFP
40
60
20
30
5Core
2K P
2KX
03.00
56303
5 I/O
Timer/Event C 56824
ounter
Sigma-Delta Co
dec
DSP 112CQFP
56166
16/16
16/16
24/24
40
60
20
30
5Core
5 I/O
2K P
4K P
PLL, GPIO
2RSSI, HI08
Timer/Event C
Signa-Delta Co
dec
08.99
56303
56824
DSP 112TQFP
56167
60
66
30
66
5Core
5 I/O
2K P
4KX
64X
PLL, SSI
SCI, GPIO
5PWM
HI, WDOG
Timer/Event C
03.00
56303
56824
DSP 144TQFP
56302
3,3Core
3,3I/O
20K P
7K X/Y
PLL, GPIIO
SCI, 2ESSI
06.00
56309
HI08, Rriple
Timer, Module
Ch-¬ng 1: Bé xö lý tÝn hiÖu sè
20
Tµi liªô tù häc
TrÇn V¨n Biªn
DSP563
06
24/24
24/16
16/16
16/16
66
60
40
40
66
60
20
20
3,0-3,6
PLL, 1ESSI
1SCI, HI08
Rriple, Timer
Module
DSP 144TQFP
56603
3,0
Core
3,3I/O
16,5P
16K X/Y
PLL, GPIO
2SSI, HI08
Rriple, Timer
Module
02.00
56690
DSP 100TQFP
56L811
3,3Core
3,3I/O
1K P
2KX
PSI, PLL
GPIO, 2SSI
3Timers/
10.99
56824
Event Counter
DSP 100TQFP
56LF812
2,7-3,6
Core
2K X/Y
24K P
2K X/Y
PLL, 2SPI
1SSI, GPIO
3Timers COP/R
TI
10.99
56824
5 I/O
5Core
5 I/O
Module
DSP
223PGA
32/32
40
60
20
30
1K P
1K X/Y
1K X/Y
HI32
3Timers/Event
Counter
03.99
56300
96002 240CQFP
Bæ sung vµo thµnh phÇn cña module xö lý trung t©m hä DSP56300, DSP56600 vµ
DSP56800 cßn cã giao diÖn nhãm ho¹t ®éng kiÓm tra liªn kÕt JTAG (Joint Test Action
Group). JTAG cho phÐp thùc hiÖn kiÓm tra c¸c bé xö lý phï hîp theo chuÈn IEEE
1149.1 ®¶m b¶o sù ho¹t ®éng ®ång bé cña mäi bé DSP cña h·ng Motorola theo chuÈn
qui ®Þnh. S¬ ®å logic quÐt JTAG gåm: tiÕn hµnh hái ®¸p c¸c thiÕt bÞ ngo¹i vi, sau ®ã
kiÓm tra c¸c cæng ra vµ c¸c thiÕt bÞ ngo¹i vi cã trªn chip. Quy tr×nh kiÓm tra JTAG trong
thùc tÕ ®-îc nªu ®Çy ®ñ ë c¸c tµi liÖu h-íng dÉn sö dông.
Trong module xö lý trung t©m cã h¹t nh©n bao gåm c¸c ®¬n vÞ ho¹t ®éng song song
lµ ALU d÷ liÖu, AGU vµ CPU.
ë vïng nhí më réng cã bé nhí d÷ liÖu X, Y, bé nhí ch-¬ng tr×nh P vµ c¸c module
ngo¹i vi.
L-u ý ë B¶ng 1.2, nh÷ng « ®-îc ®¸nh dÊu g¹ch ngang lµ kh«ng cßn ®-îc s¶n xuÊt
n÷a.
Ghi chó:
• Gi¶i thÝch ký hiÖu ®ãng vá ®-îc cho ë B¶ng 1.3.
• §¬n vÞ ®o hiÖu n¨ng tÝnh to¸n lµ triÖu phÐp tÝnh trªn gi©y MIPS (Million Instructions
per Second). Mét phÐp tÝnh ë ®©y øng víi mét pha xö lý ®-êng èng lÖnh lµ nhËn
lÖnh/gi¶i m· lÖnh/thùc hiÖn lÖnh vµ gäi lµ chu kú m¸y. Chu kú m¸y lu«n b»ng hoÆc lµ
béi cña chu kú m¸y ph¸t xung nhÞp TIG. VÝ dô ®èi víi DSP 56004 cña hä c¬ së cã tÇn
sè TIG lµ 66MHz tøc chu kú lµ 15,15ns cã chu kú m¸y lµ 30,3ns vµ hiÖu n¨ng tÝnh to¸n
lµ 33MIPS (106/30,3).
• Ký hiÖu “ n core ” vµ “m I/O” lµ ®iÖn ¸p cÊp cho lâi vµ ngo¹i vi trªn chip.
B¶ng 1.3. C¸c kiÓu ®ãng vá cña hä DSP 56K
Ký hiÖu
ý nghÜa
QFP
Quad Flat Pakage – Vá ph¼ng cã 4 hµng ch©n xung quanh
Ch-¬ng 1: Bé xö lý tÝn hiÖu sè
21
Tµi liªô tù häc
TrÇn V¨n Biªn
CQFP
PQFP
TQFP
PGA
Ceramic QFP – Vá QFP b»ng sø.
Plastic QFP - Vá QFP b»ng nhùa.
Thin QFP –Vá QFP máng.
Plastic Grid Array pakage – Vá b»ng nhùa víi ma trËn l-íi.
PBGA
Plastic Ball Gall Grid Array pakage – Vá nhùa víi ma trËn l-íi cã c¸c ch©n c¾m d¹ng bi.
B¶ng 1.4. Ngo¹i vi trªn chip hä DSP 56K
Ký hiÖu ngo¹i vi
Tªn gäi
øng dông
DSP
(1)
(2)
(3)
(4)
AAM – AMPS Ac Module t¨ng tèc AM Dïng cho ®iÖn tho¹i t-¬ng tù trong hÖ thè 56690
celationtor modul PS
e
ng ®iÖn tho¹i di ®éng tiªn tiÕn AMPS (Adv
anced Mobile Phone System )
BBP– Baseband Cæng cña kªnh chuÈ Dïng chuyÓn m¹ch (vµo/ra tuÇn tù) víi kª 56651,~52,
port n tæng ®µi nh chuÈn tÇn sè 0,2 – 3,4 kHz. ~54, 56690
COP/RTI Module Bé ®Þnh thêi: COP vµ RTI ®-îc nèi víi nhau bëi tÝn hiÖu 56824
Computer Operti COP - gi¸m s¸t ho¹t ®ång bé chung, tÇn sè cã thÓ ®-îc thay ®
ng Property/Real
Time Interrupt Ti
mers
æi bëi bé chia tÇn lËp tr×nh ®-îc.
®éng cña bé xö lý.
RTI – Ng¾t cã chu k
ú theo thêi gian thùc
(TGT)
COP – lµ bé ®Þnh thêi gi¸m s¸t chøc n¨ng
tù ®éng khëi ®éng l¹i (kh«ng che) khi cã lç
i ch-¬ng tr×nh.
RTI – Ng¾t cã chu kú theo thêi gian thùc v
íi tÇn sè ®Þnh tr-íc, cã vÐc t¬ ng¾t riªng c
ho trong b¶ng vÐc t¬ ng¾t.
DAX – Digital Au M¸y ph¸t thanh sè
dio Trans mitter
B¶o ®¶m khu«n d¹ng ©m thanh sè: S/PDI 56362
F, IEC958, IEC1937 CP – 340, AES/EBU 56366
DMA – Module
Module DMA ®¬n kª Thùc hiÖn DMA
56690
nh
DPLL – Digital p HiÖu chØnh pha tù ®é Thuéc thµnh phÇn cña ngo¹i vi cña MCU
56690
hase – locked L« ng sè cña ITG
p
vµ DSP 56600
DSC – Data/Spe Giao diÖn bus ®iÒu k Dïng ®Ó thu/ph¸t tÝn hiÖu GSM
ech Controller bu hiÓn d÷ liÖu/tiÕng nãi
s interface
56690
DUART – Dual U Bé thu/ph¸t dÞ bé ®a UART víi chÕ ®é lµm viÖc hång ngo¹i nèi 56690
niversal Asyn chr n¨ng song c«ng (U tiÕp.
onous Receiver/ ART)
Transmiter
EFCOP – Enhan Bé ®ång xö lý läc ch Thùc hiÖn thuËt to¸n läc sè song song víi 56307
ced Filter Coproc -¬ng tr×nh
essor
ho¹t ®éng cña BXL
56011
EIM – External In Module giao diÖn bé §¶m b¶o giao tiÕp víi bé nhí ngoµi DRA
terface Module nhí ngoµi
56004, 56007
M (1-2 chip): 64kx4, 256kx4 vµ 4Mx4.SRA 56009
M (1-4 chip): 256kx8; bus d÷ liÖu 4 hoÆc 8
bit kÝch th-íc tõ gåm: 8, 12, 16, 20 hoÆc
24.
Ch-¬ng 1: Bé xö lý tÝn hiÖu sè
22
Tµi liªô tù häc
TrÇn V¨n Biªn
56301, 56303
ESAI – Enhance Giao diÖn ®ång bé n
d Serial Audio Int èi tiÕp (SSI) më réng
erface
GEM
Xem SSI
56307, 56309
56311
.
Module chuÈn b¶o
Phôc vô GSM (Global System for Mobile c 56690
mËt gãi phÇn mÒm tr ommunications - hÖ thèng truyÒn th«ng di
uyÒn th«ng.
®éng toµn cÇu) vµ GPRS (Global packet R
adio Service - dÞch vô v« tuyÕn kiÓu gãi ti
n toµn cÇu).
General Timers
GPIO
C¸c bé ®Þnh giê c«n Dïng cho c¸c MCU vµ DSP 56600
g dông chung
56651, 56652
56654
Cæng vµo/ra ®a n¨n Cæng vµo/ra ®a n¨ng
g
56k
Ho¹t ®éng 108
Giao diÖn chñ song Giao diÖn chñ song song 8 bit cã hç trî D 56362
song 8 bit cã hç trî
DMA
MA
56336
HI 32
Giao diÖn chñ song Giao diÖn chñ song song 32 bit trao ®æi d÷ 56301
song 32 bit liÖu gi÷a chñ vµ tí trong hÖ thèng ®a xö lý
.
Cã thÓ lµm viÖc trong c¸c chÕ ®é:
- Giao diÖn chñ ®a n¨ng
- Giao diÖn c¸c thiÕt bÞ ngo¹i vi PCI (Perip
heral Component Interface). Khi lµm viÖc
ë chÕ ®é PCI phiªn b¶n 2.1 kh«ng cÇn logi
c chÊp nhËn nh- ®èi víi c¸c thµnh viªn hä
DSP 56300
H108
Giao diÖn chñ song Giao diÖn chñ song song 8 bit trao ®æi d÷ 56003, 56007
song 8 bit
liÖu gi÷a c¸c bé xö lý chñ – tí trong c¸c h 56009, 56011
Ö thèng ®a xö lý.
Phèi hîp víi ®-êng bus ISA (Inter – Carrie
r Interface - giao diÖn chuÈn trong) ®Ó sö
dông hiÖu qu¶ ®èi víi thiÕt bÞ kh«ng cÇn gi
ao diÖn PCI
Keypad Port
Cæng bµn phÝm phô B¶o ®¶m quÐt ma trËn cì 8x8
56651, 56652
56654, 56690
MDI MCU/DSP I Giao diÖn MCU/DSP Giao diÖn trong ®èi víi logic më réng ®iÒu 56651, 56652
nterface
trong
khiÓn t-¬ng t¸c gi-· MCU vµ DSP 56600 ® 56654, 56690
Ó cÊp th«ng tin vÒ tr¹ng th¸i cña chóng, cã
2 bé nhí RAM dung l-îng 1Kx16 ph©n b
è trong bé nhí d÷ liÖu X RAM DSP 56600
vµ sö dông cïng víi MCU.
MQSPI
WIRE
Giao diÖn ngo¹i vi n Dïng ®Ó giao tiÕp víi c¸c thiÕt bÞ ngo¹i vi
èi tiÕp xÕp hµng (QS ngoµi ®Ó tæ chøc xÕp hµng chê ®îi (Xem
56690
PI)
QSPI).
Giao diÖn mét d©y
56690
Ch-¬ng 1: Bé xö lý tÝn hiÖu sè
23
Tµi liªô tù häc
TrÇn V¨n Biªn
PLL
Tù chØnh pha tÇn sè Cho phÐp sö dông m¸y ph¸t ngoµi tÇn thÊ 56K
m¸y ph¸t xung nhÞp p ®Ó t¹o tÇn sè nhÞp trong cao.
Protocol timer
PWM output
Bé ®Þnh thêi giao thø §iÒu khiÓn t-¬ng t¸c gi÷a MCU vµ DSP 5 56651
c
6600 víi ngo¹i vi ngoµi.
56652, 56654
56651
§Çu ra ®iÒu chÕ ®é
(Pulse Width Mo réng xung PWM
dulation Output)
56652
56654
56690
QSPI
Giao diÖn ngo¹i vi n Dïng ®Ó giao tiÕp víi c¸c thiÕt bÞ ngo¹i vi
56651
56652
56654
56690
(Queued Serial P èi tiÕp xÕp hµng
eripheral Interfac
e)
ngoµi cã kh¶ n¨ng tæ chøc xÕp hµng.
RSSI (reduced S Giao diÖn nèi tiÕp ®å Lo¹i trõ chÕ ®é kh«ng ®ång bé (xem SSI) Xem B¶ng 1.2
ynchronous Seri ng bé gi¶n l-îc
al Interface)
SAI (Serial Audio Giao diÖn ©m thanh Gåm: 2 m¸y thu vµ 3 m¸y ph¸t nèi theo q 56004
Interface)
nèi tiÕp
uan hÖ chñ/ tí, 2 bé vÐc t¬ ng¾t b¶o ®¶m t 56007
hu 2 kªnh stereo vµ 3 kªnh ph¸t; tu©n the 56009
o c¸c giao thøc ©m thanh: 12s (Philips), C
DP (song), MEC (Matsushita)
SAP (Serial Audi Cæng m·/gi¶i m· ©m Dïng ®Ó nèi c¸c bé m·/gi¶i m· ngoµi
56651
56652
56654
56690
o Codec Port)
thanh nèi tiÕp
SCI
Giao diÖn truyÒn th §¶m b¶o trao ®æi d÷ liÖu ®ång bé vµ di bé 56002, 56301
(Serial Communi «ng nèi tiÕp
cation Interface)
hai chiÒu víi thiÕt bÞ ngo¹i vi theo m· nèi ti 56303
56307
56309
56311
56651
56652
56654
Õp. ChÕ ®é chÝnh lµ khëi – dõng dÞ bé víi
®Þnh d¹ng tõ thu/ph¸t kh¸c nhau (xem ch-
¬ng 11)
SCP
Cæng Card th«ng mi Phèi hîp víi chuÈn ISO 7816
(SmartCard Port) nh
SHI
Giao diÖn chñ nèi ti Khu«n d¹ng tõ 8, 16, 24, bit ë chÕ ®é thu c 56004
(Serial Host Inter Õp
face)
ã bé ®Öm 10 tõ FIFO (First In First Out) ®Ó 56007
gi¶m x¸c suÊt mÊt gi÷ liÖu; lµm viÖc theo t 56009
hñ tôc SPI vµ I2S (Philips).
56362
56364
56366
Sigma – Delta C M·/gi¶i m· delta vµ S Bé m· ho¸/gi¶i m· 16 bit xö lý tiÕng nãi, cã Xem B¶ng 1.2
odec
igma
bé biÕn ®æi ADC, DAC, m¸y ph¸t ®iÖn ¸p
chuÈn, dßng chuÈn vµ m¹ch t¹o tÇn sè ch
uÈn.
SIM (SmartCard M« - ®un giao diÖn
Interface Module Card th«ng minh
)
Card th«ng minh cã BXL trong cÇn thiÕt ch 56690
o c¸c hÖ thèng Card th«ng minh.
SIR (Serial Infra- Giao diÖn hång ngo Sö dông trong DUART
56690
Ch-¬ng 1: Bé xö lý tÝn hiÖu sè
24
Tµi liªô tù häc
TrÇn V¨n Biªn
Red)
¹i nèi tiÕp
SPI (Serial Perip Giao diÖn nèi tiÕp c¸ Dïng ®Ó giao tiÕp víi c¸c thiÕt bÞ ngo¹i vi
heral Interface) c thiÕt bÞ ngo¹i vi ngoµi.
56824
SSI (Synchronou Giao diÖn ®ång bé
s Serial Interface nèi tiÕp
)
§¶m b¶o trao ®æi d÷ liÖu ®ång bé vµ dÞ bé 56002
song céng víi thiÕt bÞ ngo¹i vi ngoµi khi ®å 56824
ng bé theo nhÞp vµ theo khung. Cã kh¶ yª
u cÇu d÷ liÖu trong chÕ ®é ph¸t kh«ng tuÇ
n hoµn khi tæ chøc m¹ng.
Timer
Bé ®Þnh giê
Chøa 3 bé ®Þnh giê/ ®Õm sù kiÖn ®éc lËp
56824
Timer/Event Cou Bé ®Õm sù kiÖn/®Þnh Ng¾t bé xö lý theo sè nhÞp ®Æt tr-íc, cÊp tÝ 56002
nter
thêi
n hiÖu cho c¸c thiÕt bÞ ngoµi sau sè sù kiÖ
n bªn trong, sö dông ®ång bé trong vµ ®å
ng bé ngoµi.
Triple Timer Mod Module 3 bé ®Þnh th Gåm 3 bé ®Þnh thêi/®Õm sù kiÖn 24 bit giè 56301
ule
êi
ng nhau ®éc lËp.
56303
56307
56309
56311
56362
56366
VART
Bé thu/ph¸t dÞ bé tæ Cã bé ®Öm FIFO ®¶m b¶o liªn kÕt víi cæn 56651, 56652
ng hîp
g COM cña IBM PC c¸c thiÕt bÞ ®i kÌm
56654, 56690
56690
USB (Universal
Serial Bus)
Bus nèi tiÕp ®a n¨ng Dïng ®Ó ph¸t d÷ liÖu d-íi d¹ng nèi tiÕp
VIAC (Viterbi Acc Bé t¨ng tèc ®é Vit¬b T¨ng tèc ®é gi¶i m· d÷ liÖu cho c¸c thñ tôc 56690
elerator)
i
GSM
WDOG (Watchd
og Timer)
Bé ®Þnh giê canh g¸ CÊp tÝn hiÖu khëi ®éng l¹i (ng¾t kh«ng che 56654, 56690
c
)
1.6. Hä c¬ së DSP56000
Module xö lý trung t©m vµ vïng më réng chøa bé c¸c linh kiÖn chuÈn (H×nh 1.3)
kh«ng cã giao diÖn JTAG. §Æc tÝnh c¬ b¶n cña hä DSP56000 ®-îc giíi thiÖu ë B¶ng
1.5. H×nh 1.4 biÓu diÔn cÊu tróc ®Æc tr-ng cña mét trong c¸c hä thµnh viªn lµ
DSP56004. Ký hiÖu ®· ®-îc gi¶i thÝch ë B¶ng 1.4.
C¸c bé xö lý hä DSP56000 cã thÓ sö dông ®Ó thùc hiÖn c¸c thuËt to¸n XLTHS, song
chóng ®-îc dïng chñ yÕu cho c¸c øng dông chuyªn dông, vÝ dô trong lÜnh vùc xö lý ©m
thanh.
C¸c bé DSP 56004/07/09 ®-îc biÕt d-íi tªn gäi lµ dµn giao h-ëng “Symphony” - lµ
chuÈn c«ng nghiÖp cho c¸c hÖ thèng xö lý ©m thanh sè thÝnh phßng vµ gia ®×nh ...
- Dolby AC-3 Surround (DSP 56009).
Ch-¬ng 1: Bé xö lý tÝn hiÖu sè
25
Tµi liªô tù häc
TrÇn V¨n Biªn
- HÖ thèng hoµ nh¹c sè DTS (Digital Theater Systems) Coherent Acousties (DSP
56009).
- Dolby Pro Logic/Lucasfilm.Home THX (DSP56007).
- Dolby pro Logic Suround (DSP 56004).
- M¸y thu A/V (Audio/Video): vÝ dô DSP56009 trong c¸c hÖ thèng ©m thanh sö
Vïng më réng
EMI
SAL
Bé nhí P (RA
SHI
GPIO
Më réng
Më réng
M/ROM)
bé nhí d÷ liÖu bé nhí d÷ liÖu
Bé nhí dµnh c
ho bootstrap
X
Y
Vïng trung t©m
Lâi
ALU
d÷ liÖu
AGU
16 bit ®Þa chØ
PCU
24-24-56 MA
C
2 x 56 bit AR
OnCE
JTAG
TIG
PLL
H×nh 1.4. CÊu tróc chung bé DSP56004
dông ®Üa CD ©m thanh sè (CD) vµ c«ng nghÖ CDI (Compact Disk Interactive) ®-îc
dïng trong c¸c hÖ thèng ©m thanh gia ®×nh phæ biÕn réng r·i còng nh- trong c¸c hÖ
thèng tæng hîp nhËn d¹ng tiÕng nãi trong c¸c m¸y tÝnh thÕ hÖ míi víi trÝ tuÖ nh©n t¹o.
B¶ng 1.5. Hä c¬ së DSP56000
DSP §ãng vá bit bé nhí TÇn sè MIPS §iÖn ¸p RAM
ROM
Ngo¹i vi
Ghi chó
MHz
(V)
/d÷ liÖu
DSP
56002 TOFR
144
24/24
40
60
80
20
33
40
5Core
5 I/O
256P 512X/Y PLL, GPIO ROM d÷ liÖu cã b¶ng:
1 SSI, 1SCI Sin, m· ho¸ theo hÖ sè
132
PQFR
512X/Y
§Þnh Bé ®Õm
®Þnh thêi/
§Õm sù kiÖn
HI08
A vµ
DSP 80QFP
56004
24/24
24/24
24/24
50
66
81
24
33
40,5
Core
5 I/O
512P 512X/Y
512X/Y
ROM DL chøa log2x, 2
x, Sin vµ cã ch©n t-¬n
g thÝch víi 56007 vµ 5
6009
Ch©n ra t-¬ng thÝch 56
004, 56009, cã ROM c
ho Dolby AC3, DTS, M
PEG2...
DSP 80QFP
56007
50
66
88
25
33
44
Core 3200X/Y 6400P
5 I/O
1024X/Y
DSP 80QFP
56009
50
25
Core 4,5K P 512X/Y
5 I/O 512X/Y
Ch©n ra t-¬ng thÝch 56
004, 56007, cã ROM c
Ch-¬ng 1: Bé xö lý tÝn hiÖu sè
26
Tµi liªô tù häc
TrÇn V¨n Biªn
ho Dolby AC3, DTS, M
PEG2...
1.7 Hä DSP56300
Hä DSP56300 thuéc dßng 24 bit, nªn vÒ mÆt lËp tr×nh chóng t-¬ng thÝch víi
DSP56000, song so víi DSP56000 th× cã nhiÒu -u ®iÓm h¬n nh-:
- Tèc ®é xö lý cao.
- TiÕt kiÖm n¨ng l-îng vµ gi¸ thµnh thÊp.
- ThiÕt kÕ hÖ thèng ®¬n gi¶n v.v....
Tèc ®é xö lý cña hä DSP 56300 nhanh gÊp hai lÇn so víi hä DSP56000 (víi cïng
tÇn sè), nghÜa lµ, chu kú m¸y b»ng mét chu kú cña TIG. §¹t ®-îc tèc ®é cao lµ nhê ¸p
dông mét lo¹t c¸c c«ng nghÖ tiªn tiÕn nh-:
•
•
Xö lý lÖnh song song ë møc cao
Bæ sung vµo thµnh phÇn cña ALU c¸c thanh ghi d¹ng "®-êng èng" vµ thanh ghi
dÞch song song 56 bit thùc hiÖn dÞch tr¸i hoÆc dÞch ph¶i 1-55 bit trong mét chu kú m¸y.
Bæ sung cache lÖnh cho phÐp tù ®éng l-u ®Þa chØ c¸c lÖnh cuèi cïng ®Ó cã thÓ sö
dông khi cÇn quay l¹i sau.
Bæ sung bus DMA vµ bé ®iÒu khiÓn DMA cho phÐp chuyÓn víi tèc ®é cao d÷ liÖu
gi÷a bé nhí trong/ngoµi vµ c¸c thiÕt bÞ vµo/ra.
Cã bé ®ång xö lý ®¶m nhiÖm thuËt to¸n läc sè song song víi ho¹t ®éng cña lâi bé
xö lý (DSP 56307, DSP 56311).
Bæ sung ng¨n xÕp ch-¬ng tr×nh ë bé nhí X hoÆc bé nhí Y cho phÐp t¨ng nhiÒu
ch-¬ng tr×nh con lång nhau.
•
•
•
•
•
Cã kh¶ n¨ng ®iÒu khiÓn ®Ó gi¶m thiÓu chÕ ®é tiªu thô n¨ng l-îng.
Ch-¬ng 1: Bé xö lý tÝn hiÖu sè
27
Tµi liªô tù häc
TrÇn V¨n Biªn
C¸c ®Æc tÝnh c¬ b¶n cña hä DSP56300 ®-îc nªu ë B¶ng 1.6. Trªn H×nh 1.5 tr×nh
bµy cÊu tróc ®Æc tr-ng cña mét trong c¸c thµnh viªn cña hä DSP 56362 víi c¸c ký hiÖu
®-îc gi¶i thÝch trong B¶ng 1.4.
C¸c lÜnh vùc øng dông bé xö lý DSP 56300 ®Ó thùc hiÖn c¸c thuËt to¸n DSP lµ:
•
TruyÒn th«ng tèc ®é cao (DSP 5630, DSP 56907)
Vïng më réng
Triple Timer
Bé nhí P (RA
ESAI
Bé nhí
M/ROM)
SHI
DAX
Bé nhí
d÷ liÖu Y
(RAM/ROM)
d÷ liÖu X
(RAM/ROM)
Cache lÖnh
HD108
GPIO
Bé nhí dµnh
cho bootstrap
Vïng trung t©m
Lâi
ALU
d÷ liÖu
PCU
AGU
16 bit ®Þa chØ
24-24-56 MA
§iÒu khiÓn tiªu t
hô n¨ng l-îng
C
2 x 56 bit AR
OnCE
JTAG
TIG
PLL
H×nh 1.5. CÊu tróc chung bé DSP56362
§a truyÒn th«ng (DSP 56301, DSP 56307)
•
•
•
•
•
Héi nghÞ truyÒn h×nh Videoconference (DSP 56301)
§iÖn tho¹i m¹ng tæ ong (DSP 56301)
Liªn l¹c di ®éng qua vÖ tinh (DSP 56305 - ®Ó nÐn tiÕng nãi, m· ho¸ gi¶i m· v.v...)
C¸c øng dông trong lÜnh vùc ©m thanh:
Bé gi¶i m· ©m thanh nhiÒu kªnh ®a chÕ ®é DSP 56362 cho c¸c m¸y thu A/V (vÝ dô
nh- VSX – 29TX), cho c¸c bé gi¶i m· trong c¸c hÖ ©m thanh vßm, cho c¸c ®Çu ®Üa
VCD (Digital Versatile Disk), truyÒn h×nh sè. DSP 56362 xö lý tÊt c¶ mäi d¹ng d÷ liÖu
phæ biÕn cña kü thuËt xö lý ©m thanh nhiÒu kªnh nh- Dolby Digital Surround, MPEG2
(Moving Picture Experts Group Standard 2), DTS (Digital Theater Systems) v.v...........
Bé DSP 56366 cã gi¸ thµnh h¹ lµ kh¸ lý t-ëng cho c¸c hÖ thèng ©m thanh x¸ch tay.
Bé DSP 56366 víi tèc ®é xö lý cao míi ra ®êi cho c¸c øng dông xö lý ©m thanh
khu«n d¹ng chuÈn IEC 958 (International Electrotechnical Commision). AES/EBU
(Audio Enginering Society, EBU – European Broadcasting Union) v.v.....
Ch-¬ng 1: Bé xö lý tÝn hiÖu sè
28
Tµi liªô tù häc
TrÇn V¨n Biªn
•
•
CÊu tróc hång ngo¹i kh«ng d©y (DSP 56309 víi bé nhí lín trªn chip).
Liªn l¹c ®a kªnh, m¹ng côc bé, ®iÖn tho¹i – Internet (DSP 56311 víi bé xö lý thùc
hiÖn c¸c thuËt to¸n läc sè ®-îc sö dông ®Ó nÐn tiÕng väng, gi¶i m· tiÕng nãi v.v...).
B¶ng 1.6. Hä DSP56300
DSP
§ãng vá
bit bé
TÇn sè MIPS §iÖn ¸p RAM
ROM
Ngo¹i vi
Ghi chó
nhí/d÷ liÖu MHz
(V)
DPS 208TQFP
56301 252PBGA
24/24
24/24
24/24
66
80
66 3,3Core 4K P
-
PLL
GPIO
1SCI
2ESSI
HI32
M¾c ®éc lËp víi
bus PCI hoÆc IS
A; cã thÓ lµm vi
Öc trªn bus PCI
80
3,3I/O 4K X/Y
Triple Timer M
odule
DSP 144TQFP
56303 196PBGA
66
80
100
66 3,3Core 4K P
-
-
PLL
GPIO
1SCI
2ESSI
-
-
80
3,3I/O 4K X/Y
100
HI08
Triple Timer M
odule
DSP 196PBGA
56307
100 100Cor 3,3Core 16K P
PLL
GPIO
1SCI
e
70
3,3I/O 48K X/Y
EFCOP
2ESSI
HI08
EFCOP
Triple Timer M
odule
DPS 144TQFP
56309 196PBGA
24/24
24/24
80
80 3,3Core 20K P
3,3I/O 14K X/Y
-
-
PLL
GPIO
1SCI
2ESSI
HI08
-
-
Triple Timer M
odule
DPS 196PBGA
56311
150 150Cor 1,8Core 32K P
PLL
GPIO
e
3,3I/O 96K X/Y
105
1SCI
EFCOP
2ESSI
HI08
EFCOP
Triple Timer M
odule
DPS 144TQFP
56362
24/24
100
120
100 3,3Core 3K P
120
30K P
SHI
PLL
GPIO
ROM Dolby Digi
tal (AC-3), DTS,
MPEG2
3,3I/O 11K X/Y 12K X/Y
DAX
ESAI
HI08
Triple Timer M
odule
DPS 100TQFP
56364
24/8
100
100 3,3Core 512 P
3,3I/O 2,5K X/Y
8K P
SHI
PLL
ROM
Dolby Digital(AC
ESAI, GPIO -3), DTS, MPEG
2
DPS 144TQFP
56366
24/24
100
120
100 3,3Core 3K P
40K P
32K X
ESAI-0
ESAI-1
120
3,3I/O 32K X
Ch-¬ng 1: Bé xö lý tÝn hiÖu sè
29
Tµi liªô tù häc
TrÇn V¨n Biªn
8K Y
8K Y
SHI
HD108
Triple Timer M
odule
DAX
PLL
GPIO
B¶ng 1.7. Hä DSP56800
DSP
§ãng vá
bit bé
TÇn sè MIPS §iÖn ¸p RAM
ROM
Ngo¹i vi
Ghi chó
nhí/d÷ liÖu MHz
(V)
DPS 100TQFP
56824
16/16 70
35 2,7Core 128 P
32K P
PLL
2 SPI
§èi víi I/O cho
phÐp 5 V
3,3I/O 3,5K p/X 2K X
1 SSI
GPIO
3 Timer
COP/RTI
Module
1.8 Hä DSP 56800
Hä 16 bit DSP 56800 lµ phiªn b¶n rót gän cña hä 24 bit DSP 56000.
HiÖn t¹i hä DSP 56800 cã bé xö lý ®¹i diÖn lµ DSP 56824 víi tèc ®é xö lý cao vµ
gi¸ thµnh hîp lý nhê tÝch hîp nh÷ng -u ®iÓm vÒ kiÕn tróc cña c¸c bé DSP vµ kh¶ n¨ng
®iÒu khiÓn cña c¸c bé vi ®iÒu khiÓn MCU.
Hä 16 bit DSP 56800 so víi hä c¬ së DSP 56000 cã nh÷ng kh¸c biÖt ®Æc tr-ng sau:
- 16 bit d÷ liÖu (thay cho 24 bit).
- 3 thanh ghi ®Çu vµo d÷ liÖu ALU (thay cho 4 thanh ghi).
- C¸c thanh ghi tÝch luü 36 bit (hä c¬ së 56 bit).
- Thanh ghi 4 bit më réng (hä c¬ së 8 bit).
- Thanh ghi dÞch song song 16 bit (hä c¬ së 58 bit).
- C¸c chøc n¨ng ®-îc rót gän trong AGU vµ CPU.
- Cã kh¶ n¨ng tæ chøc ng¨n xÕp ch-¬ng tr×nh bæ xung vµo bé nhí X cho phÐp t¨ng
kh«ng h¹n chÕ c¸c ch-¬ng tr×nh con.
- Cã kh¶ n¨ng thùc hiÖn ch-¬ng tr×nh ë trong bé nhí d÷ liÖu X.
- HÖ lÖnh võa thùc hiÖn ®-îc c¸c chøc n¨ng ®iÒu khiÓn nh- MCU võa thùc hiÖn xö
lý tÝn hiÖu.
- Cã kh¶ n¨ng x©y dùng c¸c ch-¬ng tr×nh gän nhÑ h¬n nhê sö dông c¸c chÕ ®é ®Þnh
®Þa chØ vµ c¸c lÖnh cña MCU.
- HÖ lÖnh cho phÐp biªn dÞch hiÖu qu¶ c¸c ch-¬ng tr×nh viÕt trªn ng«n ng÷ C.
Ghi chó:
Nh»m t¨ng tèc ®é xö lý vµ gi¶m nhÑ qu¸ tr×nh viÕt c¸c ch-¬ng tr×nh phøc t¹p, ng«n ng÷
®-îc khuyªn dïng lµ C++ . Tuy nhiªn, thùc tÕ lµ c¸c ch-¬ng tr×nh viÕt trªn C vµ C++ dµi h¬n
ch-¬ng tr×nh viÕt trùc tiÕp trªn hîp ng÷. Thêi gian gÇn ®©y ®· cã c¸c tr×nh biªn dÞch C hiÖu
qu¶ cho phÐp x©y dùng c¸c ch-¬ng tr×nh gän nhÑ vµ c¸c h·ng s¶n xuÊt còng bæ sung thªm
c¶ m«i tr-êng gì rèi rÊt hiÖu qu¶.
C¸c ®Æc tÝnh c¬ b¶n cña DSP 56824 (thuéc hä DSP 56800) ®-îc cho trong B¶ng
Ch-¬ng 1: Bé xö lý tÝn hiÖu sè
30
Tải về để xem bản đầy đủ
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Tài liệu tự học môn Điện tử - Chương 1: Bộ xử lý tín hiệu số", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
tai_lieu_tu_hoc_mon_dien_tu_chuong_1_bo_xu_ly_tin_hieu_so.doc

