Алгоритмы и процессоры цифоровой обработки сигналов

Министерство образования Российской Федерации Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ”

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА дисциплины АЛГОРИТМЫ И ПРОЦЕССОРЫ ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ Для подготовки дипломированных специалистов по направлению 654600 – “Информатика и вычислительная техника” по специальности 220100 – “Вычислительные машины, комплексы, системы и сети”

Санкт-Петербург 2002

2

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ”

“УТВЕРЖДАЮ” Проректор по учебной работе проф. ___________ Ушаков В.Н. «___» ________________ 2002 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА дисциплины АЛГОРИТМЫ И ПРОЦЕССОРЫ ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ Для подготовки дипломированных специалистов по направлению 654600 – “Информатика и вычислительная техника” по специальности 220100 – “Вычислительные машины, комплексы, системы и сети” Факультет Компьютерных технологий и информатики Кафедра Вычислительной техники Курс 5 Семестр 9 Лекции

48 ч.

Экзамен

семестр 9

Лабораторные занятия

32 ч.

Зачет

семестр 9

Аудиторные занятия Самостоятельные занятия Всего часов

80 ч. 80 ч. 160 ч. 2002

3

Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры Вычислительной техники “____”_______________2002г., протокол №______.

Рабочая программа согласована с рабочими программами изученных ранее дисциплин: 1) Периферийные устройства и интерфейсы ЭВМ; 2) Архитектура ЭВМ. Рабочая программа утверждена на методической комиссии факультета Компьютерных технологий и информатики “____”_____________2002г.

4

Цель и задачи дисциплины: Целью дисциплины является ознакомление студентов с основами цифровой обработки сигналов, с принципами построения и структурами современных процессоров ЦОС. Основными задачами дисциплины являются изучение типовых алгоритмов цифровой обработки сигналов, особенностей архитектур процессоров ЦОС, систем разработки алгоритмов и программ цифровой обработки сигналов. Требования к уровню освоения дисциплины В результате изучения курса студенты должны: 1. Знать типовые алгоритмы обработки сигналов, принципы структурной организации процессоров цифровой обработки сигналов, области их эффективного применения, их достоинства и недостатки. 2. Уметь использовать типовые алгоритмы и процессоры цифровой обработки сигналов для проектирования специализированных систем обработки сигналов. 3. Иметь опыт применения кросс-систем и стендов для отладки алгоритмов цифровой обработки сигналов. 4. Иметь представление о направлениях развития специализированных средств цифровой обработки сигналов. Содержание рабочей программы Введение. Предмет дисциплины, ее объем, содержание и связь с другими дисциплинами учебного плана. Роль дисциплины в подготовке инженеров специальности 220100, ее цели и задачи. Обзор литературы по курсу. Раздел 1. Сигналы и их свойства. Тема 1. Общие сведения о сигналах. Обобщенная структурная схема информационной системы. Функциональные задачи, возлагаемые на системы обработки сигналов, особенности цифровой обработки сигналов. Классификация сигналов. Характеристики сигналов. Формы представления сигналов.

5

Тема 2. Представление сигналов во временной области. Представление детерминированных сигналов во временной области. Примеры типовых детерминированных сигналов. Представление случайных сигналов во временной области. Законы распределения и числовые характеристики случайных сигналов. Системы случайных сигналов, их статистические характеристики. Оценивание статистических характеристик случайных сигналов по результатам наблюдений. Тема 3. Представление сигналов в частотной области. Представление детерминированных сигналов в частотной области. Системы базисных функций. Системы комплексных экспоненциальных функций. Прямое и обратное дискретное преобразование Фурье. Быстрое преобразование Фурье. Представление случайных сигналов в частотной области. Спектральная плотность, ее свойства. Раздел 2. Линейные преобразования сигналов. Тема 4. Линейные дискретные системы с постоянными параметрами. ЛПП система, ее свойства. Импульсная характеристика системы. Частотная характеристика системы. Примеры ЛПП систем. Тема 5. Линейная свертка детерминированных последовательностей. Линейная периодическая свертка, апериодическая свертка, секционированные свертки. Тема 6. Цифровые фильтры. Линейные разностные уравнения, их свойства. Классификация фильтров. Рекурсивные и нерекурсивные фильтры. Структурные схемы цифровых фильтров. Сравнительная оценка фильтров по точности и сложности реализации. Раздел 3. Процессоры цифровой обработки сигналов. Тема 7. Архитектура процессоров ЦОС. Особенности архитектуры процессоров ЦОС, связь архитектуры с алгоритмами цифровой обработки сигналов. Обзор микропроцессоров ЦОС. Сравнительные характеристики процессоров ЦОС семейств TMS320 фирмы Texas Instrument, ADSP2100 фирмы Analog Devices, DSP5600 фирмы Motorola. Тема 8. Семейство микропроцессоров ЦОС TMS320 фирмы Texas Instrument. Структура микропроцессора TMS320C50, организация памяти, подключение периферийных устройств. Однопроцессорные и многопроцессорные конфигурации. Способы адресации, особенности системы команд.

6

Тема 9. Инструментальные системы для отладки программного обеспечения микропроцессоров ЦОС. Структура кросс-системы, директивы ассемблера, компоновщика, порядок написания и отладки программ. Тема 10. Платформы на базе микропроцессора ЦОС TMS320C50 «Starter KIT», «Evaluation Module». Особенности структуры платформ, взаимодействие с базовой ПЭВМ, взаимодействие с системой отладки программ, средства визуализации результатов в режиме реального времени, контроль полученных результатов. Тема 11. Программирование типовых алгоритмов для процессоров ЦОС. Программирование на языке ассемблера микропроцессора ЦОС, приемы эффективного программирования, примеры программ. Заключение. Перспективы развития процессоров цифровой обработки сигналов на основе современной технологической базы.

7

Перечень лабораторных работ № Наименование работы 1 Исследование характеристик сигналов во временной и частотной областях - 4 часа. 2 Исследование характеристик линейных систем во временной и частотной областях - 4 часа. 3 Исследование линейной свертки последовательности во временной и частотной областях - 4 часа. 4 Исследование характеристик низкочастотных цифровых фильтров во временной и частотной областях - 4 часа. 5 Изучение особенностей архитектуры процессора ЦОС TMS320C50 4 часа. 6 Изучение инструментальной системы для процессора цифровой обработки сигналов - 4 часа. 7 Исследование алгоритмов быстрого преобразования Фурье на процессоре цифровой обработки сигналов - 4 часа. 8 Исследование алгоритмов фильтрации на процессоре цифровой обработки сигналов - 4 часа.

Номер темы 2-3 4 5 6 8 9 8-11 8-11

8

Расчет учебных часов по темам и видам занятий № темы

1 2 3

4 5 6 7 8 9

10 11

Название разделов и тем

Введение Раздел 1. Сигналы и их свойства.

1

Объем учебных часов Практ. АудиСазанятор. мост тия заняработа тия 1

Общие сведения о сигналах.

2 2

2

2 4

2 4

4 8

9 9

4

2

6

6

12

9

4

4

8

8

16

9

2

4

6

6

12

9

6

4

10

10

20

9

4

8

12

9

Лек ции

Представление сигналов во временной области Представление сигналов в частотной области. Раздел 2. Линейные преобразования сигналов. Линейные дискретные системы с постоянными параметрами Линейная свертка детерминированных последовательностей. Цифровые фильтры. Раздел 3. Процессоры цифровой обработки сигналов. Архитектура процессоров ЦОС. Семейство микропроцессоров ЦОС TMS320 фирмы Texas Instrument. Инструментальные системы для отладки программного обеспечения микропроцессоров ЦОС. Платформы на базе микропроцессора ЦОС TMS320C50. Программирование типовых алгоритмов для процессоров ЦОС. Заключение. ИТОГО:

Лаборат. занятия

4

Всего

Семестр

1

9 9

4

4

8

6

14

9

6

4

10

8

18

9

4

4

8

8

16

9

8

4

12

14

26

9

1 48

1 80

80

1 160

9

32

9

ЛИТЕРАТУРА Дополнительная К-во экз. в библ. (на кафедре)

№

Название, библиографическое описание

1

Л.М.Гольденберг, Б.Д.Матюшкин, М.Н.Поляк. Цифровая обработка сигналов. М. Радио и связь.1990. Цифровой процессор обработки сигналов TMS32010 и его применение Под ред. Ланнэ А.А. Л.1990 Л.Рабинер, Б.Гоулд. Теория и применение цифровой обработки сигналов. М.,Мир, 1978.

20(0)

М.С.Куприянов, Б.Д.Матюшкин Цифровая обработка сигналов.

30(0)

2 3 4

50(0) 7(0)

10

Авторы: к.т.н., доц.

КурдиковБ.А.

Рецензент к.т.н., доц.

Молодцов В.О.

Зав. кафедрой Вычислительной техники д.т.н., проф

Пузанков Д.В.

Декан факультета Компьютерных технологий и информатики д.т.н., проф.

Герасимов И.В.

Программа согласована: Зав. кафедрой Вычислительной техники д.т.н., проф

Пузанков Д.В.

Зав. отделом учебной литературы

Смирнова О.Н.

Председатель методической комиссии факультета Компьютерных технологий и информатики к.т.н., доц.

Чугунов Л.А.

Руководитель методического отдела, к.т.н., доцент

Марасина Л.А.