XIAN SHIYOU UNIVERSITYXIAN SHIYOU UNIVERSITYXIAN SHIYOU UNIVERSITYXIAN SHIYOU UNIVERSITYDSPDSP在测井仪器中的应用在测井仪器中的应用西安石油大学 严正国西安石油大学西安石油大学西安石油大学西安石油大学 Xian Xian shiyoushiyou university universityhttphttphttphttp：/www.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cn什么是什么是 DSPDSP？Digital signal processing, DSP数字信号处理Digital signal processor, DSP数字信号处理器西安石油大学西安石油大学西安石油大学西安石油大学 Xian Xian shiyoushiyou university universityhttphttphttphttp：/www.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cn什么是什么是DSPDSP？Digital signal processing, DSP数字信号处理 通过各种数学变换、运算，提取、增强数字信号中的有用信息，抑制或消除噪声。西安石油大学西安石油大学西安石油大学西安石油大学 Xian Xian shiyoushiyou university universityhttphttphttphttp：/www.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cn常用的数字信号处理方法相关卷积傅立叶变换拉普拉斯变换Z变换西安石油大学西安石油大学西安石油大学西安石油大学 Xian Xian shiyoushiyou university universityhttphttphttphttp：/www.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cn数字信号处理应用数字信号处理应用信号 整形、滤波、检测、提取、谱分析等信息 编码/解码、加密/解密、检错纠错等图像 压缩/解压、增强、识别等西安石油大学西安石油大学西安石油大学西安石油大学 Xian Xian shiyoushiyou university universityhttphttphttphttp：/www.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cn什么是什么是DSPDSP？Digital signal processor, DSP数字信号处理器 一种智能微处理器，能够高效的进行各种数字信号处理运算。西安石油大学西安石油大学西安石油大学西安石油大学 Xian Xian shiyoushiyou university universityhttphttphttphttp：/www.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cn什么是什么是DSPDSP？数字信号处理就是两个序列的乘加运算1.读取两个操作数； 2.乘法累加运算；3.循环西安石油大学西安石油大学西安石油大学西安石油大学 Xian Xian shiyoushiyou university universityhttphttphttphttp：/www.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cn哈佛结构哈佛结构Harvard architectureHarvard architecture DM和PM具有各自独立的数据总线和地址总线，可以同时访问DM和PM西安石油大学西安石油大学西安石油大学西安石油大学 Xian Xian shiyoushiyou university universityhttphttphttphttp：/www.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cn乘法累加器乘法累加器Multiplier Multiplier Accumulator(MACAccumulator(MAC) )单周期乘法累加指令MR(40)=MR(40)MX(16)*MY(16)扩展的动态范围连续的256次乘加运算不会溢出西安石油大学西安石油大学西安石油大学西安石油大学 Xian Xian shiyoushiyou university universityhttphttphttphttp：/www.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cn零开销循环零开销循环Zero-Overhead LoopingZero-Overhead Looping循环开销循环开销循环开销循环开销50%50%50%50%循环开销循环开销循环开销循环开销0%0%0%0%西安石油大学西安石油大学西安石油大学西安石油大学 Xian Xian shiyoushiyou university universityhttphttphttphttp：/www.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cn循环寻址和位反转寻址Modulo Addressing and Bit-reverse addressing循环寻址： 循环缓冲区I0=buffer;m0=1;l0=length (buffer)位反转寻址： FFT蝶形运算时序列倒序西安石油大学西安石油大学西安石油大学西安石油大学 Xian Xian shiyoushiyou university universityhttphttphttphttp：/www.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cn定点和浮点定点和浮点Fixed-point vs. Float-pointFixed-point vs. Float-point定点：定点：小数点位置固定，只能处理整数，多为16位处理器。 指令执行速度快，器件成本低，功耗低，运算密集型的应用实现算法复杂，开发成本高。浮点：浮点：小数点位置浮动，多为32位处理器。 采用类似科学技术法的表示方法，由尾数和指数两部分组成。 例如：A x 2B, where A is the mantissa and B is the exponent 便于实现复杂的运算和算法，开发成本低，器件成本高，功耗较定点大。西安石油大学西安石油大学西安石油大学西安石油大学 Xian Xian shiyoushiyou university universityhttphttphttphttp：/www.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cn原码和补码无符号整数 Unsigned interger dddd dddd dddd dddd有符号数：interger sddd dddd dddd dddd s-符号位 d-数据位正数采用原码，负数采用补码。按位取反加1西安石油大学西安石油大学西安石油大学西安石油大学 Xian Xian shiyoushiyou university universityhttphttphttphttp：/www.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cnDSPDSP应用系统应用系统采集：A/D转换，同步采样，菊花连，过采样处理：累加平均，相敏检波传输：SPORT，UART，CAN，DTB西安石油大学西安石油大学西安石油大学西安石油大学 Xian Xian shiyoushiyou university universityhttphttphttphttp：/www.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cnADAD转换转换逐次逼近型，SAR 最高18位，最快5MSPS。流水线型，Pipeline 最高24位，最快500MSPS。Delta-sigma型 精度最高，超过24位，最高2.5MSPS。Flash型 速度最快，超过1GSPS，位数一般不超过8位西安石油大学西安石油大学西安石油大学西安石油大学 Xian Xian shiyoushiyou university universityhttphttphttphttp：/www.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cn同步采集同步采集- -多片多片ADAD（菊花链（菊花链Daisy-chainDaisy-chain）西安石油大学西安石油大学西安石油大学西安石油大学 Xian Xian shiyoushiyou university universityhttphttphttphttp：/www.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cn同步采样同步采样- -双采样保持器双采样保持器西安石油大学西安石油大学西安石油大学西安石油大学 Xian Xian shiyoushiyou university universityhttphttphttphttp：/www.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cn同步采样同步采样- -时序控制同步时序控制同步西安石油大学西安石油大学西安石油大学西安石油大学 Xian Xian shiyoushiyou university universityhttphttphttphttp：/www.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cnDSP+CPLDDSP+CPLD 在许多应用系统中，常采用DSP+CPLD的方案，结合DSP强大的数字信号处理能力与CPLD硬件可编程的优点。 CPLD用于产生系统的各种同步和时序信号，DSP用于进行信号采集、处理和传输控制。西安石油大学西安石油大学西安石油大学西安石油大学 Xian Xian shiyoushiyou university universityhttphttphttphttp：/www.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cn过采样技术过采样技术 所谓过采样就是指以远远高于奈奎斯特（Nyquist）采样频率的频率对模拟信号进行采样。 过采样可以降低基带内量化噪声功率谱密度，提高信噪比。 西安石油大学西安石油大学西安石油大学西安石油大学 Xian Xian shiyoushiyou university universityhttphttphttphttp：/www.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cn时域采样积分、平均时域采样积分、平均 采样积分/平均算法就是利用噪声信号是随机的，其均值为零的特性，对同一样点进行多次采样累加或平均来压制噪声，从而提高信噪比的方法。 采样信号经m次测量并积分的测量信噪比：信噪比改善：西安石油大学西安石油大学西安石油大学西安石油大学 Xian Xian shiyoushiyou university universityhttphttphttphttp：/www.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cn相敏检波相敏检波设待检测信号，对在一个周期内进行，则有： = = = = = =傅立叶变换，并取 =西安石油大学西安石油大学西安石油大学西安石油大学 Xian Xian shiyoushiyou university universityhttphttphttphttp：/www.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cn相敏检波相敏检波对进行采样后变为，采样长度为，采样频率为。则采样的周期数为。其中，为采样间隔，为信号周期。采样后的信号， n=0，1N-1令可得：西安石油大学西安石油大学西安石油大学西安石油大学 Xian Xian shiyoushiyou university universityhttphttphttphttp：/www.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cn数字相敏检波数字相敏检波可求得：西安石油大学西安石油大学西安石油大学西安石油大学 Xian Xian shiyoushiyou university universityhttphttphttphttp：/www.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cn数字相敏检波数字相敏检波西安石油大学西安石油大学西安石油大学西安石油大学 Xian Xian shiyoushiyou university universityhttphttphttphttp：/www.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cnwww.xsyu.edu.cnDSPDSP开发工具开发工具西安石油大学西安石油大学西安石油大学西安石油大学 Xian Xian shiyoushiyou university 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