Билет № 21
1. Дискретизация сигналов. Связь спектров аналогового и дискретного сигналов.
Дискретный сигнал x(nT) получают из непрерывного (аналогового) сигнала x(t) с помощью электронного ключа, замыкаемого на мгновения через интервалы времени T.
Работа ключа эквивалентна умножению аналогового сигнала на бесконечную последовательность -функций:
Погрешность такого преобразования выявляют путём сравнения спектров аналогового и дискретного сигналов.
СВЯЗЬ СПЕКТРОВ
Подставляя в формулу преобразования Фурье выражение (1.1) для x(nT) и производя преобразования, получают выражение, связывающее спектры дискретного X(j) и аналогового Xа(j) сигналов:
Выводы из рисунка 1.3:
1. Спектр дискретного сигнала равен сумме спектров исходного непрерывного сигнала, сдвинутых по оси частот на величину, кратную частоте дискретизации fд.
2. Спектры сигналов совпадают в диапазоне частот (- 0,5д , 0,5д), если выполняется неравенство в < 0,5д , ( 1.3)
где в – высшая
частота спектра непрерывного сигнала.
Это неравенство соответствует утверждению теоремы Котельникова.
3. Смежные спектры частично перекрываются, если неравенство не выполняется. Возникающее из-за этого искажение спектра называется ошибками наложения.
4. Аналоговый сигнал можно восстановить без искажений с помощью ФНЧ, имеющего частоту среза c = 0,5д, при условии выполнения неравенства (1.3).
Признак правильного выбора частоты дискретизации:
аналоговый сигнал восстанавливается без заметных искажений плавным соединением отсчётов дискретного сигнала.
Все наложения сигналов или спектров происходят из-за неудачного выбора (слишком редкого) шага дискретизации. Это приводит к появлению ошибок наложения, то есть искажений формы сигнала или спектра.
Смысл теоремы Котельникова: если непрерывный сигнал x(t) имеет спектр, ограниченный частотой fв, то он может быть полностью восстановлен по его дискретным отсчётам, взятым с шагом T=1/2fв, т. е. с частотой fд =2fв.
2. Взаимодействие узлов и прохождение информации в МАС.
В умножителе имеется два входных порта Х и Y разрядностью 16 бит и порт вывода результата Р разрядностью 32 бита. Результат разрядностью 32 бита передается в 40-разрядный сумматор/вычитатель, который прибавляет или вычитает новый результат из содержимого регистра умножителя МR или передает новый результат прямо в МR.
Регистр МR имеет разрядность 40 бит и состоит из трех регистров меньшей разрядности: МRО и МR1 разрядностью 16 бит и МR2 разрядностью 8 бит.
Сумматор/вычитатель имеет разрядность, большую чем 32, чтобы предотвратить переполнение при выполнении серии операций умножения-накопления.
Порт ввода Х может принимать данные либо из входных регистров МХ - МХО и МХ1, либо из любого регистра по R-шине (шине результатов). Запись в регистры МХ0, МХ1 и считывание из них может производиться с шины DMD. Порт ввода Y может принимать данные либо из регистров МY0, МY1, либо из регистра МF. Запись в регистры МYО и МY1 и считывание с них может производиться с шины DMD, а запись также может быть произведена и с шины PMD. Считывание из этих регистров на шину PMD возможно только через устройство обмена данными между шинами DMD и PMD.
Выходное значение умножителя-аккумулятора поступает либо в регистр МБ, либо в регистр сумматора-вычитателя МR. МF является регистром обратной связи и позволяет использовать биты результата 1 6-31 в качестве вводимых через порт Y данных в последующем цикле. Каждый из регистров: МR0 (биты 0-15 МЯ), МR1 (биты 16-31 МR) и МR2 (биты 32-39 МЯ), образующих МR, может загружаться непосредственно с шины DMD и передавать данные либо на шину DMD, либо на R-шину.
8-разрядный регистр МR2 привязан к младшим 8 битам этих шин. Когда МR2 передает данные на шину DMD или R-шину, происходит добавление знаковых бит для формирования 1 6-разрядной величины. Регистр МR1 также имеет возможность автоматического добавления знаковых бит. Когда МR1 загружается с шины DMD, каждый бит регистра МR2 устанавливается как знаковый бит (самый старший бит) МR1 ; таким образом, МR2 представляется как добавление к МR1. Чтобы загрузить в МR2 значение, отличное от этих дополнительных бит знака МR1 , следует загружать МR2, после того как МR1 был уже загружен.
Загрузка МRО не влияет на содержимое МR2 и МR1 ; при загрузке МRО добавления знаковых бит не происходит.
Запись и считывание из любого регистра, связанного с умножителем-накопителем, может осуществляться в одном и том же цикле. Считывание из регистров происходит в начале цикла, а запись в регистры - в конце цикла. Это позволяет регистру ввода обеспечивать умножитель операндом в начале цикла и обновлять свое содержимое следующим операндом из памяти в конце этого же цикла. Это также позволяет сохранить содержимое регистра результатов в памяти и обновлять его новым результатом в течение этого же цикла.
В умножителе, как и в АЛУ, имеются два ряда регистров МR, МF, MX, MY - основной и теневой (рис. 4). В любой определенный момент времени доступен только один ряд. Дополнительный ряд регистров может быть активизирован для чрезвычайно быстрого контекстного переключения программы без передачи текущих состояний в ЗУ.
Выбор основного или альтернативного ряда регистров определяется битом 0 в регистре состояния режима процессора МSТАТ. Если этот бит равен 0, то выбран основной ряд, если он равен 1 - альтернативный ряд регистров.
Программно доступные регистры MX0, MX1, MY0, MY1, МR (МR2, МR1, МR0) и МF основного и теневого ряда представляют умножитель-накопитель на общей программной регистровой модели процессора (рис. 11 ).
3. Перспективы развития и применения ЦСП.
Сигнальные процессоры появились в начале 80-х годов (однокристальная микро-ЭВМ jiPD 7720 японской корпорации NEC). Однако уже в 1982 году лидерство в этой области захватила американская фирма Texas Instruments, выпустившая сигнальный процессор TMS32010. По своей архитектуре и системе команд он существенно превзошел изделие NEC и до настоящего времени находит практическое применение [3, 4].
Второе поколение ЦСП появилось в середине 80-х годов. Повышение степени интеграции позволило расширить функции ЦСП. Увеличилась скорость выполнения команд и уровень распараллеливания обработки данных. Введена аппаратная поддержка кольцевых буферов и циклов DO - UNTIL, исключающая непроизводительные затраты времени на условные переходы. Были освоены отечественные аналоги ЦСП второго поколения.
Конец 80-х годов ознаменовался переходом к третьему поколению ЦСП. Процессоры третьего поколения выполнены по субмикронной технологии и поддерживают операции с плавающей запятой (точкой) без потери в скорости обработки. Как правило, все ЦСП третьего поколения удовлетворяют стандарту ANSI/IEEE754 на 32-х разрядную двоичную арифметику с плавающей точкой.
В настоящее время основными производителями ЦСП являются фирмы: Texas Instruments - семейства ЦСП TMS320Cxx с фиксированной и плавающей точкой, Motorola - семейства DSP56xxx с фиксированной точкой и DSP960xx - с плавающей, AT&T Microelectronics - семейства DSP16 с фиксированной точкой и DSP32 - с плавающей, Analog Devices - семейства ADSP-21 xx с фиксированной точкой и ADSP-21 xxx - с плавающей точкой.
ЦСП внедряется в тех областях техники, где ранее исп-сь аналоговые методы обработки. Этому способствует уменьш цен на ЦСП, упрощение программирования, возможность повышения показателей качества и надежности.
Характерные обл примен-я: высокоскоростные модемы для проводных, радио и гидроаккустич. сист. связи; радио и гидролокационные устройств, беспроводные телефонные аппараты, оборудование для трансляции по стране программ центрального радиовещания и телевидения, системы управления производств.оборудованием, ракетами, спутниками, стереоакустич оборудование, автомобильная автоматика, аппаратура для вибродиагностики, сейсморазведки, геофизич исследований.
