1、數(shù)字信號處理器原理及應用課程名稱：課程簡介課程簡介: 數(shù)字信號處理器原理及應用是電子信息工程專業(yè)的限選專業(yè)課程。數(shù)字信號處理器（Digital Signal Processor，簡寫：DSP）是專門用于實時實現(xiàn)數(shù)字信號處理算法的微處理器，廣泛應用于數(shù)字通信、雷達、遙感、聲納、語音合成、圖像處理、測量與控制、高清晰度電視、數(shù)字音響、多媒體技術、地球物理學、生物醫(yī)學工程、振動工程以及機器人等各個領域。與傳統(tǒng)的微處理器相比，數(shù)字信號處理器（DSP）在結(jié)構(gòu)和原理上有重大差別。本課程主要介紹有關DSP的基本結(jié)構(gòu)與原理，如：哈佛結(jié)構(gòu)、多總線結(jié)構(gòu)、流水線結(jié)構(gòu)、多處理單元、特殊DSP指令、數(shù)據(jù)尋址方式、程序地

2、址生成方式、雙尋址RAM、定時器、時鐘發(fā)生器、主機接口（HPI）、同步串口（SP）、外部總線接口、指令系統(tǒng)、自舉加載器等。同時，介紹DSP的開發(fā)工具、軟件和硬件設計、典型算法的設計與實現(xiàn)。DSP技術概述：DSP技術是現(xiàn)代科學技術的重要基礎技術，也是現(xiàn)代電工電子理論和技術的重要組成部分、研究對象及工具。1，信號處理功能的數(shù)字實現(xiàn)。2，復雜的數(shù)學處理。3，智能化系統(tǒng)的實現(xiàn)。4，靈活多樣處理方法的實現(xiàn)。數(shù)字信號處理的應用范圍已經(jīng)遠遠超過了工程設備的范圍。因此，DSP技術不僅是現(xiàn)代電子系統(tǒng)的基本技術，也是現(xiàn)代科學研究和工程實際中的基本工具和處理方法。一、信號處理是非功率系統(tǒng)的基本特征1，信號處理的基本

3、概念。 可對物理系統(tǒng)建立數(shù)學模型。這個物理系統(tǒng)的數(shù)學描述，就是物理系統(tǒng)對信號的處理方式描述和要求。 信號處理的工程定義： 對信號按一定規(guī)則進行變換，形成新的信號。 信號處理的數(shù)學定義： 對信號按一定規(guī)則進行數(shù)學變換。 2，電子系統(tǒng)就是一個信號處理系統(tǒng)。3，信號處理就是一種數(shù)學運算。DSP技術概述二、信號處理的基本內(nèi)容信號處理的基本內(nèi)容包括： 1，傳統(tǒng)意義的信號濾波。 2，波形變換。 3，信號轉(zhuǎn)換。 4，信號合成。 5，信號分離。 6，特征識別。 7，信號提取。 8，信息提取。嚴格地說，信號處理并不等于信息處理。信息是馱載在信號之上的，從信息處理的角度看，首先應處理信號，然后才是處理信息。因此，

4、信號處理屬于信息處理的一部分。DSP技術概述DSP技術概述三、工程信號處理 工程信號處理是指工程實際中所需要的工程信號處理技術，其中不包括信息處理技術。工程信號處理的基本內(nèi)容包括上述8項基本內(nèi)容。 工程信號處理的基本特點是信號對象比較明確，處理要求與應用領域有關。四、ASP和DSP技術比較1，ASP和DSP處理技術的區(qū)別。 實時性。ASP技術屬于并行處理技術，因此，具有天然的實時性好的特點。DSP屬于串行處理技術，因此具有實時性差的特點。 頻率特性。在處理同樣的信號時，ASP需要的頻帶寬度一般遠小于DSP系統(tǒng)。 靈活性。ASP是固定參數(shù)系統(tǒng)，系統(tǒng)的靈活性遠不及DSP系統(tǒng)。 智能性。目前的ASP

5、技術無法實現(xiàn)智能性。 實施性。ASP的實施技術比DSP要復雜的多，所以，DSP系統(tǒng)更易于工程實現(xiàn)。 集成性。集成性包括系統(tǒng)集成和電路集成兩方面。ASP難以實現(xiàn)系統(tǒng)集成，而從工程技術的角度看，ASP的電路集成成本和應用性也遠不及DSP系統(tǒng)。DSP技術概述2，工程應用特點比較。ASP和DSP技術在工程技術中都有應用。在一般情況下，不可能單獨使用ASP或DSP。 ASP和DSP技術比較：信號輸入。ASP技術在各種工程信號的輸入技術上，有著不可取代的位置。DSP技術往往都需要有ASP作為前置和后置技術。性能價格比。一般地說，DSP技術比ASP技術具有更高的性能價格比。復雜程度。ASP技術的復雜程度遠高

6、于DSP技術。知識性。DSP技術需要有新的知識和技術，而由于電子技術等工程技術的限制，ASP技術往往不需要有新知識。原因是ASP技術的應用范圍有限。軟件性。ASP技術幾乎不需要有軟件參與，而DSP技術則無法離開軟件。集成性。集成性包括系統(tǒng)集成和電路集成兩方面。ASP難以實現(xiàn)系統(tǒng)集成，而從工程技術的角度看，ASP的電路集成成本和應用性也遠不及DSP系統(tǒng)。DSP技術概述五、DSP基本技術概念1，數(shù)字信號處理的基本方法。 經(jīng)典處理方法。包括變換和狀態(tài)方程的實現(xiàn)、經(jīng)典數(shù)字濾波、確定性的特征識別、經(jīng)典的非線性系統(tǒng)等。 現(xiàn)代處理方法。包括變參數(shù)系統(tǒng)的實現(xiàn)、時-頻域處理技術、信號和信息提取技術等。 數(shù)學技術

7、。包括系統(tǒng)基本數(shù)學模型的建立和計算方法。傳統(tǒng)信號處理技術是建立在數(shù)學模型基礎之上的技術，但算法比較簡單。2，實現(xiàn)技術。 非實時處理的實現(xiàn) 實時處理的實現(xiàn)DSP技術概述4，算法概念。 算法代表了DSP系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 算法具有健壯性穩(wěn)定性、收斂性、收斂速度、突變性。 算法具有目標針對性5，仿真技術基本概念。 參數(shù)仿真研究系統(tǒng)參數(shù)的變化條件。 電路仿真器件特性和應用參數(shù)研究。 系統(tǒng)仿真系統(tǒng)行為特性研究。DSP技術概述3，基本硬件技術。 DSP器件系統(tǒng) 單片機系統(tǒng) PLD器件系統(tǒng) 單板機系統(tǒng) PC機系統(tǒng) 嵌入式系統(tǒng)DSP技術概述實踐環(huán)節(jié)與內(nèi)容或輔助學習活動：實踐環(huán)節(jié)與內(nèi)容或輔助學習活動： 對DSP的典

8、型算法進行編程并調(diào)試。主要內(nèi)容：波形產(chǎn)生、波形調(diào)制、頻率變換、濾波器設計、頻譜分析等。 以上內(nèi)容可選擇其中一個，在課后完成。成績考評方式：成績考評方式： 總成績=平時作業(yè)+課外實踐+考勤+期末考試平時作業(yè)：完成規(guī)定的作業(yè)。課外實踐：完成規(guī)定的設計報告。考勤：缺勤三次以上，無此項成績。期末考試：教材和參考書：教材：戴明幀、周建江編TMS320C54X DSP結(jié)構(gòu)、原理及應用北京航空航天大學，2001年參考書：Andrew Bateman、Iain Paterson-Stephens著DSP算法、應用與設計機械工業(yè)出版社2003年學習的目標與內(nèi)容：學習的目標與內(nèi)容： 一、目標1. 學會數(shù)字信號處理

9、理論與技術概念的應用：要求在經(jīng)過簡單系統(tǒng)和軟件的學習后，能用基本概念分析DSP系統(tǒng)特征。 2. 學會數(shù)字信號處理系統(tǒng)分析與設計技術應用：要求在硬件技術上掌握系統(tǒng)基本設計與調(diào)試、DSP器件操作與調(diào)試。要求在軟件技術上掌握，仿真程序的使用、應用軟件編程。 3. 結(jié)合專業(yè)學習基本應用方法：要求獨立設計并實現(xiàn)一個應用系統(tǒng)二、內(nèi)容1，TMS320C54XX數(shù)字信號處理器 結(jié)構(gòu)原理、軟硬件設計與調(diào)試2，ADSP-218X數(shù)字信號處理器 結(jié)構(gòu)原理TMS320C54X系列數(shù)字信號處理器結(jié)構(gòu)、原理及應用第一章綜述第一章綜述主要內(nèi)容主要內(nèi)容 1. 什么是DSP? 2. 為什么要數(shù)字化？ 3. DSP系統(tǒng)的特點 4

10、. 哪些是典型的DSP運算法則？ 5. 什么是實時系統(tǒng)？ 6. 為什么要用DSP處理器？ 7. DSP芯片的特點 8. DSP芯片的分類 9. DSP芯片的發(fā)展 10. DSP的應用領域 11. DSP的選擇 12. DSP系統(tǒng)的設計過程什么是DSP? Digital Signal Processing DSP (數(shù)字信號處理) 是對信號進行數(shù)字處理，包括對信號進行采集、變換、濾波、估值、增強、壓縮和識別等等。 Digital Signal Processor DSP (數(shù)字信號處理器)即DSP芯片，是一種特別適合于進行數(shù)字信號處理運算的微處理器，其主要應用是實時快速地實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法

11、。 數(shù)字信號處理系統(tǒng)簡化框圖 輸入 抗混疊 濾波A/DDSP芯片D/A 平滑 濾波輸出下圖是數(shù)字信號處理系統(tǒng)的簡化框圖。此系統(tǒng)先將模擬信號變換為數(shù)字信號，經(jīng)過DSP芯片做數(shù)字信號處理后，再變換成模擬信號輸出。為什么要數(shù)字化？數(shù)字信號處理技術非常的強大，而有時數(shù)字信號處理技術非常的強大，而有時候用模擬信號處理技術要達到相似的性候用模擬信號處理技術要達到相似的性能是很困難的（在模擬信號處理技術也能是很困難的（在模擬信號處理技術也能夠處理的情況下）。能夠處理的情況下）。v 例子：例子： 線性相位的有限長單位沖激響應濾波器線性相位的有限長單位沖激響應濾波器 自適應濾波器自適應濾波器為什么要數(shù)字化？模擬

12、信號處理過程是利用模擬元件來完模擬信號處理過程是利用模擬元件來完 成的，例如：成的，例如：電阻器電阻器電容器電容器電感器電感器v 由元件、溫度、電壓變化、機械振動等由元件、溫度、電壓變化、機械振動等引起的內(nèi)部容限的變化會顯著地影響模引起的內(nèi)部容限的變化會顯著地影響模擬電路的效果。擬電路的效果。為什么要數(shù)字化?用用DSPDSP便于：便于：改變應用程序改變應用程序更正應用程序更正應用程序更新應用程序更新應用程序另外另外DSPDSP可減少：可減少：噪音敏感度噪音敏感度芯片造價芯片造價程序調(diào)試時間程序調(diào)試時間功率損耗功率損耗為什么不數(shù)字化？高頻率信號因為以下兩個原因不能進行高頻率信號因為以下兩個原因不

13、能進行 數(shù)字化處理：數(shù)字化處理：模數(shù)轉(zhuǎn)換器（模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADCADC）不能在高頻下工作）不能在高頻下工作應用程序會因為太復雜而不能實時工作應用程序會因為太復雜而不能實時工作DSP系統(tǒng)的特點 DSP系統(tǒng)是以數(shù)字信號處理為基礎的，因系統(tǒng)是以數(shù)字信號處理為基礎的，因此具有數(shù)字系統(tǒng)的全部優(yōu)點：此具有數(shù)字系統(tǒng)的全部優(yōu)點： 接口方便。接口方便。DSP系統(tǒng)與其他以現(xiàn)代數(shù)字技術系統(tǒng)與其他以現(xiàn)代數(shù)字技術為基礎的系統(tǒng)或設備都是相互兼容的，因此，為基礎的系統(tǒng)或設備都是相互兼容的，因此，它與其他數(shù)字系統(tǒng)接口以實現(xiàn)某種功能是很它與其他數(shù)字系統(tǒng)接口以實現(xiàn)某種功能是很方便的；方便的； 編程方便。編程方便。DSP系統(tǒng)中的可編

14、程系統(tǒng)中的可編程DSP芯片可芯片可使設計人員在開發(fā)過程中靈活方便地對軟件使設計人員在開發(fā)過程中靈活方便地對軟件進行修改和升級；進行修改和升級；DSP系統(tǒng)的特點（續(xù)） 穩(wěn)定性好。穩(wěn)定性好。DSP系統(tǒng)以數(shù)字處理為基礎，受系統(tǒng)以數(shù)字處理為基礎，受環(huán)境溫度以及噪聲的影響較小，可靠性高；環(huán)境溫度以及噪聲的影響較小，可靠性高； 精度高。精度高。16位數(shù)字系統(tǒng)可達位數(shù)字系統(tǒng)可達105的精度；的精度； 可重復性好。可重復性好。模擬系統(tǒng)的性能受元器件參數(shù)模擬系統(tǒng)的性能受元器件參數(shù)變化的影響而變化比較大，而數(shù)字系統(tǒng)基本變化的影響而變化比較大，而數(shù)字系統(tǒng)基本不受影響，因此數(shù)字系統(tǒng)便于測試、調(diào)試和不受影響，因此數(shù)字系

15、統(tǒng)便于測試、調(diào)試和大規(guī)模生產(chǎn)；大規(guī)模生產(chǎn)； 集成方便。集成方便。DSP系統(tǒng)中的數(shù)字部件有高度的系統(tǒng)中的數(shù)字部件有高度的規(guī)范性，便于大規(guī)模集成。規(guī)范性，便于大規(guī)模集成。哪些是典型的DSP運算法則？在大部分的DSP運算法則中，積之和（SOP）是個關鍵要素DSPDSP處理器必須實時地處理任務，那么處理器必須實時地處理任務，那么我們?nèi)绾味x我們?nèi)绾味x“實時實時”呢？呢？ 實時的定義取決于應用程序。實時的定義取決于應用程序。例如：如果例如：如果DSPDSP芯片可在兩次抽樣間執(zhí)芯片可在兩次抽樣間執(zhí)行且完成如下操作，則一個行且完成如下操作，則一個100100點的點的FIRFIR濾波器就是實時的：濾波器就是

16、實時的：實時處理 990kknxkany)99()99() 1() 1 ()()0()(nxanxanxany 如果等待時間大于等于零（Waiting Time=0)，我們可以說我們的應用是實時的。實時處理為什么不用一個通用處理器（為什么不用一個通用處理器（General General Purpose Processor Purpose Processor ，GPPGPP）例如奔）例如奔騰處理器，來代替一個騰處理器，來代替一個DSPDSP處理器？處理器？ 一個奔騰和一個DSP處理器的功耗各是多少？ 一個奔騰和一個DSP處理器的造價各是多少？ 奔騰是如何計算SOP的？為什么要用DSP處理器？當

17、考慮以下方面時，需要使用當考慮以下方面時，需要使用DSPDSP處理器：處理器： 節(jié)省費用 尺寸更小 低功耗 需實時地處理許多“高”頻率的信號當考慮以下方面時，需要使用當考慮以下方面時，需要使用GPPGPP處理器：處理器： 大的存儲器 高級操作系統(tǒng)為什么要用DSP處理器？ DSP芯片的特點 在一個指令周期內(nèi)可完成一次乘法和一次加法在一個指令周期內(nèi)可完成一次乘法和一次加法； 哈佛結(jié)構(gòu)（程序和數(shù)據(jù)空間分開），可以同時訪哈佛結(jié)構(gòu)（程序和數(shù)據(jù)空間分開），可以同時訪問指令和數(shù)據(jù)；問指令和數(shù)據(jù)； 片內(nèi)具有快速片內(nèi)具有快速RAM，可通過獨立的數(shù)據(jù)總線在，可通過獨立的數(shù)據(jù)總線在兩塊中同時訪問；兩塊中同時訪問；

18、采用硬件支持低開銷或無開銷的循環(huán)及跳轉(zhuǎn)；采用硬件支持低開銷或無開銷的循環(huán)及跳轉(zhuǎn)； 快速的中斷處理和硬件快速的中斷處理和硬件IO； 具有在單個周期內(nèi)操作的多個硬件地址產(chǎn)生器；具有在單個周期內(nèi)操作的多個硬件地址產(chǎn)生器； 可并行執(zhí)行多個操作；可并行執(zhí)行多個操作； 流水線結(jié)構(gòu)，使取指、譯碼和執(zhí)行等操作可以重流水線結(jié)構(gòu)，使取指、譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊執(zhí)行；疊執(zhí)行；硬件 vs. 微碼 乘法DSP處理器對于處理乘法和加法操作是最優(yōu)化的：乘法和加法在硬件里是在一周期內(nèi)完成的例子: 無符號的 4位數(shù)乘法DSP芯片的分類 定點定點DSP芯片：芯片：精度、動態(tài)范圍中等、功耗低、造價低； 浮點浮點DSP芯片：芯片：

19、高精度、寬動態(tài)范圍、較高的功耗、較高的造價； 專用型專用型DSP芯片：用芯片：用ASIC技術設計的技術設計的DSPDSP芯片的發(fā)展 世界上第一個單片 DSP 芯片是1978年 AMI公司發(fā)布的 S2811，1979年美國Intel公司發(fā)布的商用可編程器件2920則是DSP芯片的一個主要里程碑。這兩種芯片內(nèi)部都沒有現(xiàn)代DSP芯片所必須有的單周期乘法器。1980 年，日本 NEC 公司推出的P D7720是第一個具有乘法器的商用 DSP 芯片。 在這之后，最成功的DSP 芯片當數(shù)美國德州儀器公司（Texas Instruments，簡稱TI）的一系列產(chǎn)品。TI 公司在1982年成功推出其第一代 D

20、SP 芯片之后，相繼推出了第二代、第三代、第四代、第五代 、第二代改進型以及目前速度最快的第六代DSP芯片TMS320C62X/C67X等。如今，TI公司的一系列DSP產(chǎn)品已經(jīng)成為當今世界上最有影響的DSP芯片。TI公司也成為世界上最大的 DSP 芯片供應商，其DSP市場份額占全世界份額近 50。DSP芯片的發(fā)展（續(xù)） 自1980年以來，DSP芯片得到了突飛猛進的發(fā)展，DSP芯片的應用越來越廣泛。 從運算速度來看，MAC（一次乘法和一次加法）時間已經(jīng)從20世紀80年代初的400ns降低到10ns以下，處理能力提高了幾十倍。DSP芯片內(nèi)部關鍵的乘法器部件占硅片的面積以大大下降，片內(nèi)RAM數(shù)量增加

21、一個數(shù)量級以上。從制造工藝來看，1980年采用4m 的 N溝道MOS（NMOS）工藝，而現(xiàn)在則普遍采用亞微米（Micron）CMOS工藝。DSP芯片的引腳數(shù)量從1980年的最多64個增加到現(xiàn)在的200個以上，引腳數(shù)量的增加，意味著結(jié)構(gòu)靈活性的增加，如外部存儲器的擴展和處理器間的通信等。此外，DSP芯片的發(fā)展使DSP系統(tǒng)的成本、體積、重量和功耗都有很大程度的下降。 TI的DSP芯片 TI的三大主力DSP產(chǎn)品 C2000系列：C20 x、F20 x、C24x、F24xx（控制器） C5000系列：C54x、C54xx、C55x（低功耗） C6000系列：C62x、C67x、C64x（高性能） TI

22、其他的DSP產(chǎn)品 C3x系列（浮點）：C30、C31、C32、VC33 C2x和C5x系列：C20、C25、C50等 C4x、C8x系列DSP的選擇lDSP芯片的運算速度：芯片的運算速度：指令周期：執(zhí)行一條指令所需要的時間。指令周期：執(zhí)行一條指令所需要的時間。MAC時間：執(zhí)行一次乘法和一次加法的時間。時間：執(zhí)行一次乘法和一次加法的時間。FFT執(zhí)行時間：運行一個執(zhí)行時間：運行一個N點點FFT程序的時間。程序的時間。MIPS:每秒執(zhí)行百萬條指令。每秒執(zhí)行百萬條指令。MOPS：每秒執(zhí)行百萬次操作。：每秒執(zhí)行百萬次操作。MFLOPS：每秒執(zhí)行百萬次浮點操作。：每秒執(zhí)行百萬次浮點操作。BOPS：每秒執(zhí)行

23、十億次操作。：每秒執(zhí)行十億次操作。DSP的選擇lDSP芯片的價格：芯片的價格：lDSP芯片的硬件資源：芯片的硬件資源：RAM、ROM、IO、串口、串口、DMA等。等。lDSP芯片的運算精度：定點（芯片的運算精度：定點（16、24位），浮點位），浮點（32位）位）lDSP芯片的開發(fā)工具：強大芯片的開發(fā)工具：強大lDSP芯片的功耗：芯片的功耗：l其它：芯片的封裝、等級等。其它：芯片的封裝、等級等。DSP系統(tǒng)的運算量 按樣點處理：DSP算法對每個樣點循環(huán)一次。 按幀處理：DSP算法每隔一定的時間間隔循環(huán)一次。DSP的應用領域l （1） 信號處理信號處理，如：數(shù)字濾波、自適應濾波、快速，如：數(shù)字濾波、

24、自適應濾波、快速傅里葉變換、相關運算、頻譜分析、卷積等。傅里葉變換、相關運算、頻譜分析、卷積等。l （2） 通信通信，如：調(diào)制解調(diào)器、自適應均衡、數(shù)據(jù)加，如：調(diào)制解調(diào)器、自適應均衡、數(shù)據(jù)加密、數(shù)據(jù)壓縮、回波抵消、多路復用、傳真、擴頻密、數(shù)據(jù)壓縮、回波抵消、多路復用、傳真、擴頻通信、糾錯編碼、波形產(chǎn)生等。通信、糾錯編碼、波形產(chǎn)生等。l （3） 語音語音，如：語音編碼、語音合成、語音識別、，如：語音編碼、語音合成、語音識別、語音增強、說話人辨識、語音郵件、語音儲存等。語音增強、說話人辨識、語音郵件、語音儲存等。l （4） 圖像圖像/圖形圖形，如：二維和三維圖形處理、圖像，如：二維和三維圖形處理、圖

25、像壓縮與傳輸、圖像增強、動畫、機器人視覺等。壓縮與傳輸、圖像增強、動畫、機器人視覺等。DSP的應用領域（續(xù)）l （5） 軍事軍事，如：保密通信、雷達處理、聲納處，如：保密通信、雷達處理、聲納處理、導航等。理、導航等。l （6） 儀器儀表儀器儀表，如：頻譜分析、函數(shù)發(fā)生、鎖，如：頻譜分析、函數(shù)發(fā)生、鎖相環(huán)、地震處理等。相環(huán)、地震處理等。l （7） 自動控制自動控制，如：引擎控制、聲控、自動駕，如：引擎控制、聲控、自動駕駛、機器人控制、磁盤控制。駛、機器人控制、磁盤控制。l （8） 醫(yī)療醫(yī)療，如：助聽、超聲設備、診斷工具、，如：助聽、超聲設備、診斷工具、病人監(jiān)護等。病人監(jiān)護等。l （9） 家用電器

26、家用電器，如：高保真音響、音樂合成、，如：高保真音響、音樂合成、音調(diào)控制、玩具與游戲、數(shù)字電話音調(diào)控制、玩具與游戲、數(shù)字電話/電視等電視等 。DSP系統(tǒng)的設計過程 軟件編程硬件設計軟件調(diào)試硬件調(diào)試選擇 DSP 芯片定義系統(tǒng)性能指標 系統(tǒng)集成系統(tǒng)測試和調(diào)試DSP 應用主要內(nèi)容著重介紹：著重介紹：數(shù)字信號處理器的結(jié)構(gòu)和原理數(shù)字信號處理器的結(jié)構(gòu)和原理（以（以TMS320C54x為例）為例）DSP的開發(fā)工具和技術的開發(fā)工具和技術DSP的軟件編程的軟件編程DSP的應用的應用第二章定點DSP中的基本算術運算本章簡介介紹定點DSP的數(shù)字運算基礎定點DSP中的數(shù)字表示Q表示法和S表示法DSP的定點算術運算DS

27、P中的數(shù)字運算進行定點數(shù)值運算時，操作數(shù)一般采用整型數(shù)進行定點數(shù)值運算時，操作數(shù)一般采用整型數(shù)來表示。一個整型數(shù)的最大取值范圍取決于來表示。一個整型數(shù)的最大取值范圍取決于DSP的的字長。顯然字長越長，所能表示的數(shù)據(jù)范圍越大，字長。顯然字長越長，所能表示的數(shù)據(jù)范圍越大，精度越高。下面以精度越高。下面以16位定點運算為例進行討論。位定點運算為例進行討論。DSP芯片和所有微處理器一樣，以芯片和所有微處理器一樣，以2的補碼形的補碼形式表示帶符號數(shù)。最高為符號位，式表示帶符號數(shù)。最高為符號位，0表示數(shù)值為正，表示數(shù)值為正，1表示負數(shù)，其余位為數(shù)據(jù)位。表示負數(shù)，其余位為數(shù)據(jù)位。例如，例如，帶符號數(shù)帶符號數(shù)

28、 1111,1111,1111,1001BFFF9H7 0110,1110,1111,0000B6EF0H28400數(shù)的定標 對于定點對于定點DSP處理器而言，參與數(shù)值運算的處理器而言，參與數(shù)值運算的數(shù)都看作數(shù)都看作16位的整型數(shù)。但在許多情況下，要處理位的整型數(shù)。但在許多情況下，要處理的數(shù)據(jù)不一定為整數(shù)。的數(shù)據(jù)不一定為整數(shù)。DSP是如何處理小數(shù)呢？應是如何處理小數(shù)呢？應該說定點該說定點DSP芯片本身是無能為力的。那么是不是芯片本身是無能為力的。那么是不是DSP芯片就不能處理各種小數(shù)呢？當然不是。這種芯片就不能處理各種小數(shù)呢？當然不是。這種情況下要由程序員來確定一個數(shù)的小數(shù)點位置處于情況下要由

29、程序員來確定一個數(shù)的小數(shù)點位置處于16位的哪一位。這就是數(shù)的定標。位的哪一位。這就是數(shù)的定標。Q表示法和S表示法及其十進制數(shù)值范圍Q表示法S表示法十進制數(shù)值范圍Q15S0.15-1 x 0.9999695Q14S1.14-2 x 1.9999390Q13S2.13-4 x 3.9998779Q12S3.12-8 x 7.9997559Q11S4.11-16 x 15.9995117Q10S5.10-32 x 31.9990234Q9S6.9-64 x 63.9980469Q8S7.8-128 x 127.9960938Q7S8.7-256 x 255.9921875Q6S9.6-512 x 5

30、11.9804375Q5S10.5-1024 x 1023.96875Q4S11.4-2048 x 2047.9375Q3S12.3-4096 x 4095.875Q2S13.2-8192 x 8191.75Q1S14.1-16384 x 16383.5Q0S15.0-32768 x 32767定點數(shù)和浮點數(shù)有以下轉(zhuǎn)換關系：定點數(shù)和浮點數(shù)有以下轉(zhuǎn)換關系：浮點數(shù)浮點數(shù)(x)轉(zhuǎn)換為定點數(shù)轉(zhuǎn)換為定點數(shù)(xq):xq=intx 2Q定點數(shù)定點數(shù)(xq)轉(zhuǎn)換為浮點數(shù)轉(zhuǎn)換為浮點數(shù)(x):x=floatxq 2Q例如，浮點數(shù)例如，浮點數(shù)x=0.4，定標，定標Q=15，則對應定點數(shù)為，則對應定點數(shù)為xq=in

31、t0.4 215=int13107.2=13107=3333H。反之，一個反之，一個Q15表示的定點數(shù)表示的定點數(shù)13107對應的浮點數(shù)為：對應的浮點數(shù)為：13107 215 0.3999939。在實際應用中，在實際應用中，Q數(shù)值由以下方法確定數(shù)值由以下方法確定:設系統(tǒng)中變量表示的數(shù)據(jù)最大絕對值為設系統(tǒng)中變量表示的數(shù)據(jù)最大絕對值為|max|，而且，而且|max|小于或小于或等于等于32767，由：，由： 2n-1 |max|2n可得可得Q=15n。例如，某變量取。例如，某變量取值范圍為值范圍為1到到1，那么變量的，那么變量的|max|=1,n=0,則則Q=15。 DSP定點算術運算在DSP運算

32、中經(jīng)常用到Q表示法。 前面已經(jīng)介紹過，16位二進制數(shù)的Q表示法，最高位為符號位，依次為15Q位的整數(shù)和Q位的小數(shù)。其表示的數(shù)據(jù)絕對值不超過215Q ，精度為1/2Q 。根據(jù)數(shù)據(jù)的范圍和精度要求，不同應用的Q值一般不同。但通常情況更多的是將數(shù)表示為Q15格式表示的純小數(shù)和Q0格式表示的整數(shù)，這樣有利于乘法等運算，即小數(shù)乘以小數(shù)結(jié)果仍為小數(shù)，整數(shù)乘以整數(shù)結(jié)果仍為整數(shù)。 1. 兩個定點數(shù)的算術運算（1）兩個定點數(shù)的加/減法定點加/減法必須保證兩個操作數(shù)的定標值一樣。如果兩個數(shù)據(jù)的Q值不同，在保證數(shù)據(jù)準確性的前提下調(diào)整Q值使數(shù)據(jù)精度最高，即盡量將Q值小的數(shù)調(diào)整為與另一個數(shù)的Q一樣大。另外，做加/減運算時，必須注意運算結(jié)果可能超出16位的表示范圍。例如，x=0.4，y=0.2，計算xy。根據(jù)Q法的表示范圍，采用Q15表示兩個數(shù)據(jù)可以得到最高精度的運算結(jié)果。所以x，y的Q15定點表示分別為： xq=13107， yq=6553。xqyq=131076553=19660。將運算結(jié)果轉(zhuǎn)換為浮點數(shù)為：19660215 0.5999756。當進行加/減法運算