dsp原理及应用是什么

DSP的原理是：接收外部输入的模拟信号，然后将其转换为数字信号（为0或1），再对数字信号进行运算处理，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。DSP的应用：DSP广泛应用于通信、计算机、消费类电子产品等领域。

一、DSP的概念

DSP即数字信号处理技术，DSP芯片即指能够实现数字信号处理技术的芯片。DSP芯片是一种快速强大的微处理器，独特之处在于它能即时处理资料。

DSP芯片的内部采用程序和数据分开的哈佛结构，具有专门的硬件乘法器，可以用来快速的实现各种数字信号处理算法。在当今的数字化时代背景下，DSP己成为通信、计算机、消费类电子产品等领域的基础器件。

二、DSP的应用

应用DSP的领域较多，未来新应用领域有望层出不穷。

根据美国的权威资讯公司统计，目前DSP芯片在市场上应用最多的是通信领域，占561％；其次是计算机领域，占2116％；消费电子和自动控制占1069％；军事、航空占459％；仪器仪表占35％；工业控制占331％；办公自动化占065％。

音频信号采集

音频信号采集

TI公司DSP芯片TMS320V

C5402具有独特的6总线 哈佛结构，使其能够6条流水线同时工作，工作频率达到100MHz。利用VC5402的2个多通道缓冲串行口(McBSP0和McBSP1)来实现与 AIC23的无缝连接。VC5402的多通道带缓冲的串行口在标准串口的基础上加了一个2K的缓冲区。每次串口发送数据时，CPU自动将发送缓冲中的数据 送出；而当接收数据时，CPU自动将收到的数据写入接收缓存。在自动缓冲方式下，不需每传送一个字就发一次中断，而是每通过一次缓冲器的边界，才产生中断 至CPU，从而减少频繁中断对CPU的影响。

音频芯片采用TLV320 AIC23，它是TI公司的一款高性能立体声音频A／D，D／A放大电路。AIC23的模数转换和数模转换部件高度集成在芯片内部，采用了先进的过采样技 术。AIC23的外部硬件接口分为模拟口和数字口。模拟口是用来输入输出音频信号的，支持线路输入和麦克风输入；有两组数字接口，其一是由／CS、 SDIN、SCLK和MODE构成的数字控制接口。AIC23是一块可编程的音频芯片，通过数字控制口将芯片的控制字写入AIC23内部的寄存器，如采样 率设置，工作方式设置等，共有12个寄存器。音频控制口与DSP的通信主要由多通道缓冲串行口McBSP1来实现。

AIC23通过数字音频口与DSP的McBSP0完成数据的通信，DSP做主 机，AIC23做从机。主机提供发送时钟信号BCLKX0和发送帧同步信号BFSX0。在这种工作方式下，接收时种信号BCLKR0和接收帧同步信号 BFSR0实际上都是由主机提供的。图1是AIC23与VC5402的接口连接。

AIC23的数字音频接口支持S(通用音顿格式)模式，也支持DSP模式(专与TIDSP连接模式)，在此采用DSP模式。DSP模式工作时，它的帧宽度可以为一个bit长。

图2是音频信号采集的具体电路图。

电路的设计和布线是信号采集过程中一个很重要的环节，它的效果直接关系到后期信号处理的 质量。对于DSP达类高速器件，外部晶体经过内部的PLL倍频以后可达上百兆。这就要求信号线走等长线和绘制多层电路板来消除电磁干扰和信号的反射。在两 层板的前提下，可以采取顶层与底层走交叉线、尽量加宽电源线和地线的宽度、电源线成"树杈型"、模拟区和数字区分开等原则，可以达到比较好的效果。

音频AGC算法的实现

AGC算法

使放大电路的增益随信号强度的变化而自动调整的控制方法，就是AGC-自动增益控制。实现AGC可以是硬件电路，即AGC闭环电子电路，也可以是软件算法。本文主要讨论用软件算法来实现音频信号的AGC。

音频AGC是音频自动增益控制算法，更为准确的说是峰值自动增益控制算法，是一种根据输 入音频信号水平自动动态地调整增益的机制。当音量(无论是捕捉到的音量还是再现的音量)超过某一门限值，信号就会被限幅。限幅指的是音频设备的输出不再随 着输入而变化，输出实质上变成了最大音量位置上的一条水平线；当检测到音频增益达到了某一门限时，它会自动减小增益来避免限幅的发生。另一方面，如果捕捉 到的音量太低时，系统将自动提高增益。当然，增益的调整不会使音量超过用户在调节向导中设置的值。图3是音频AGC算法的结构框图。

AGC算法的实现过程

首先从串口获取音频数据，它是16位的整型数，一般来说，这些数都是比较小的，通过 AGC算法将输入的音频数据投影在一个固定区间内，从而使得不论输入的数据点数值大小都会等比例地向这个空间映射。一方面将获得的音频数据最大值与原来的 峰值进行比较，如果有新的峰值出现就计算新的增益系数；另一方面在一定的时间周期内获取一个新的峰值，这个峰值就具有检测性能，又与原峰值比较，然后就计 算新的增益系数。这个增益系数是相对稳定的。当音量加大时，信号峰值会自动增加，从而增益系数自动下降；当音量减小时，新的峰值会减小并且取代原来的峰 值，从而使峰值下降，使增益系数上升。最后输出的数据乘以新增益系数后映射到音频信号输入的投影区间内。

图4是音频信号AGC算法的程序流程图。

AGC_Coff是初始增益系数，初始值为1；maxAGC_in是增益峰值，初始值为0；time是采样点计数，门限值为4096；AGC_in是新的音频数据，MAXArrIn是新的音频增益峰值；映射区间-20000，20000。

整个系统的软件部分为5人模块。系统主函数main( )、CMD文件、中断向量表、DSP5402头文件和专为C语言开发的库函数rtdxlib。其中主函数部分是核心，主要包括：DSP器件初始化、 MCBSP1初始化、MCBSP0初始化、AIC23初始化(内部12个可编程寄存器设置)及算法程序等。

在CCS20集成开发环境下，采用c语言和asm语言

相结合的方式编写程序。将编写的程序c、asm和链接程序cmd文件编译链接后生成执行目标文件out，通过仿真器将执行目标文件out下载到系统板上，经过调试、编译并运行，以音乐作为音频信号源输入到系统板上。

DSP原理与特点

数字信号处理是将信号以数字方式表示并处理的理论和技术。数字信号处理与模拟信号处理是信号处理的子集。DPS原理就是利用计算机或专用处理设备，以数字形式对信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等处理，以得到符合人们需要的信号形式。

数字信号处理的目的是对真实世界的连续模拟信号进行测量或滤波。因此在进行数字信号处理之前需要将信号从模拟域转换到数字域，这通常通过模数转换器实现。而数字信号处理的输出经常也要变换到模拟域，这是通过数模转换器实现的。

数字信号处理的算法需要利用计算机或专用处理设备如数字信号处理器（DSP）和专用集成电路（ASIC）等。数字信号处理技术及设备具有灵活、精确、抗干扰强、设备尺寸小、造价低、速度快等突出优点，这些都是模拟信号处理技术与设备所无法比拟的。

数字信号处理的实现方法很多，比如 在通用计算机上用软件（如Fortran、C语言）实现；在通用计算机系统中加上专用的加速处理机实现；用通用的单片机实现，这种方法可用于一些不太复杂的数字信号处理，如数字控制等；

用通用的可编程DSP芯片实现。与单片机相比，DSP芯片具有更加适合于数字信号处理的软件和硬件资源，可用于复杂的数字信号处理算法；

用专用的DSP芯片实现，在一些特殊的场合，要求的信号处理速度极高，用通用DSP芯片很难实现，例如专用于FFT、数字滤波、卷积等算法的DSP芯片，这种芯片将相应的信号处理算法在芯片内部用硬件实现，无需软件编程。

DSP普遍采用数据总线和程序总线分离的哈佛结构，允许取指令和执行指令进行全部重叠进行；可直接在程序和数据空间之间进行信息传送，减少访问冲突，从而获得高速运算能力。

而且大多采用流水技术，即每条指令都由片内多个功能单元分别完成取指、译码、取数、执行等步骤，从而在不提高时钟频率的条件下减少了每条指令的执行时间。DSP通常有三级以上的流水线。

在每个时钟周期执行多个 *** 作。针对滤波、相关、矩阵运算等需要大量乘法累加运算的特点，DSP大都配有独立的乘法器和加法器，使得在同一周期内可以完成相乘、累加两个运算。有的DSP可以同时进行乘、加、减运算，大大加快了FFT的蝶形运算速度。

DSP系统的应用领域

（1）通用数字信号处理：数字滤波、卷积、相关、FFT、自适应滤波、波形发生等。

（2）通信领域：高速调制解调器、编/译码器、传真、程控交换机、卫星通信、IP电话等。

（3）语音处理：语音识别、合成、矢量编码、语音信箱等。

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