Digital Signal Processing [DSP]

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  • 1. Digital Signal Processing [DSP] Tecnología Digital y Microprocesadores Profesor Roberto Bahamondes Alumnos Emilio Flores Fuentes Daniel Quezada Carrera: Tecnología en Telecomunicaciones
  • 2. Introducción
    • Cada vez tiene mayor importancia el procesado de señales digitales, sobre todo, se ha catalizado por el aumento de potencia de los ordenadores con una bajada drástica de los precios. Tanto es así que hay en el mercado desde hace algunos años procesadores específicos para el procesamiento digital, denominados por las siglas DSP(Digital Signal Processor).
  • 3. Procesamiento de Señales
    • Las señales necesitan ser procesados en una variedad de maneras.
    • El Procesamiento de la señal mediante un circuito de filtro puede eliminar o al menos reducir la parte no deseada de la señal, dado el inconveniente del “ruido”.
  • 4. Muestreo de Señales
    • Toma de valores de una señal continua en sucesivos instantes de tiempo.
    • El muestreo de señales consiste en la construcción de secuencias a partir de señales continuas.
    • Un problema que salta a la vista es la pérdida de información.
  • 5. Desarrollo de los DSP´s
    • Data de la década de 1960 con el uso de la computadora del tipo “Mainframe”
    • Se utilizaban técnicas como la Transformada Rápida de Fourier (FFT), que permite calcular el espectro de frecuencias de una señal rápidamente.
  • 6. Ventajas del Procesamiento Digital con respecto al Análogo
    • El envejecimiento de los componentes y las derivas térmicas no afectan al resultado del proceso.
    • Todos los dispositivos fabricados se comportan en forma idéntica, ya que la tolerancia de los componentes no influye en el procesamiento.
    • El procesamiento análogo de señales de muy baja frecuencia se dificulta debido al requerimiento de capacitores de gran capacidad y muy baja corriente de fuga. En el caso del procesamiento digital no existen limitaciones; se pueden procesar señales con períodos de horas (tales como las mareas) e incluso de años (manchas solares).
    • El procesamiento digital es capaz de realizar tareas muy complejas.
  • 7. Desventajas del Procesamiento Digital con respecto al Análogo
    • Mayor limitación en frecuencias altas, ya que normalmente se requieren conversores A/D capaces de tomar muestras a una tasa varias veces mayor que la de la frecuencia de la señal análoga, y procesadores capaces de efectuar muchas operaciones por cada muestra recibida.
    • El diseño es generalmente más complejo, ya que incluye aspectos de hardware y de software.
    • El rango dinámico en la amplitud y la frecuencia es más limitado.
  • 8. Procesadores Digitales de Señales
    • Un procesador digital de señales es un microprocesador especializado y diseñado específicamente para procesar señales digitales en tiempo real.
    • Este provee secuencias de instrucciones ultra-rápidas.
    • En su núcleo, un DSP es altamente numérico y repetitivo.
  • 9. Características básicas de un DSP
    • Capacidad de realizar operaciones de multiplicación y acumulación (MACs) en sólo un ciclo de reloj.
    • Requiere de una arquitectura que soporte un flujo de datos a alta velocidad hacia y desde la unidad de cálculo y memoria.
    • Tienen un mecanismo efectivo de salto para la ejecución de loops ya que el código generalmente programado es altamente repetitivo.
    • Deben manejar rangos dinámicos extendidos y de precisión para evitar overflow y underflow y para minimizar los errores de redondeo .
    • Incluyen acumuladores dedicados con registros más anchos que el tamaño nominal de los datos para así conservar la precisión.
    • Deben soportar el manejo de buffers circulares para la ejecución de funciones algorítmicas, tales como filtros.
  • 10. Diferencias entre Microcontroladores y DSP's
    • En un microcontrolador es posible encontrar una memoria lineal, en la que se almacenan tanto datos como instrucciones de programa.
    • Un DSP posee dos bloques separados e independientes de memoria, cada uno con su propio bus de acceso, permitiendo así al procesador ir a buscar la siguiente instrucción y dato en el mismo ciclo de reloj
    • Además de la típica ALU, un DSP posee bloques MAC de multiplicación y acumulación, se encuentran también bloques sólo para corrimientos, shifters.
  • 11. Aplicaciones de DSP
    • Instrumentación electrónica:
      • Filtrado de señales
      • Osciloscopios digitales
      • Analizadores de espectro
    • Electrónica de Potencia:
      • Señales de disparo sobre SCRs, IGBTs, MOSFET, …
    • Control:
      • Reguladores discretos
      • Controladores de robots
    • Procesamiento de imágenes:
      • Filtrado de imágenes
      • Reconocimiento de Formas
      • Compresión y descompresión de imágenes
    • Procesamiento de sonido:
      • Identificación de fonemas
      • Voz sintética
  • 12. Fabricantes de DSP's
    • Texas Instruments
    • (http://dspvillage.ti.com/docs/dspproducthome.jhtml)
    • Familias TMS320C6000
    • TMS320C5000
    • MS320C2000
    • Motorola
    • (http://www.motorola.com/semiconductors)
    • Familias 56300 56800 56800E
    • MSC8100 (StarCore)
    • Analog Devices
    • (http://www.analog.com/technology/dsp/index.html)
    • Familias Blackfin
    • Familia Sharc TigerSharc ADSP-21xx
  • 13. Conclusiones
    • El Procesamiento Digital de Señales se ha convertido cada vez más en una tecnología con gran futuro.
    • El Funcionamiento de un DSP es distinto al de un Microcontrolador.
  • 14.
    • El número de memorias, el acceso a las instrucciones y la cantidad de unidades de ejecución, éste último punto se refiere a que un DSP posee un número mayor de unidades de cálculo.
    • La variedad de aplicaciones capaces de realizar con un DSP lo hacen cada vez mas requerido, desplazando a los ASP.
  • 15.
    • Los DSP se encuentran principalmente en los circuitos relacionados con el área de las telecomunicaciones, sistemas de audio y video, entre otra cantidad de aplicaciones