Introducción al procesamiento digital de señales en tiempo real

Transcripción

1 Introducción al procesamiento digital de señales en tiempo real ELO 385 Laboratorio de Procesamiento Digital de Señales Segundo semestre Matías Zañartu, Ph.D. Departamento de Electrónica Universidad Técnica Federico Santa María

2 Qué es DSP? 2 Procesador digital de señales Dispositivo electrónico que permite procesar digitalmente señales en tiempo real Microprocesador especializado Procesamiento digital de señales Es la matemática, los algoritmos y las técnicas usadas para manipular las señales Análisis y procesamiento de señales que han sido originadas en el mundo real representándolas como dígitos (números)

3 DSP en tiempo real 3 DSP en tiempo real El procesamiento se realiza entre muestras (o bloques de muestras) y mantiene la dinámica requerida entre la salida y entrada Cuando esto no es posible, el procesamiento se realiza con un retardo que puede ser significativo o simplemente se almacenan los datos y procesan después

4 Aplicaciones de DSP 4 Dónde? Para Qué? DSP Propósito General Filtrado Digital Convolución Correlación, Transformadas - Filtros Adaptivos - Generación de Formas de Onda Gráficas / Imágenes Instrumentación Voz Control Militar Telecomunicaciones Autos Industrial Médicas Rotación en 3D - Visión de Robots - Transmisión y Compresión de Imágenes Patrones de Reconocimiento - Animación y Mapeo Digital Análisis de Espectros - Generación de Funciones - Análisis Transientes - Filtrado Digital Mail de Voz - Reconocimiento de Voz - Verificación de Voz Discos - Servos Robots - Impresoras Láser - Control Motores Comunicaciones Seguras - Procesamiento de Radares - Procesamiento de Sonar - Procesamiento de Imágenes - Navegación - Misiles - Radio Frecuencia Cancelación de Eco - Líneas Repetitivas - Multiplexión de Canales - Modems Ecualización - Encripción de Datos - Fax Celulares - Video Conferencias Control de Motores - Análisis de Vibraciones - Posicionamiento Global Navegación - Comandos de Voz - Radio Digital - Teléfonos Celulares Robótica - Control Numérico - Accesos de Seguridad Monitoreo de Líneas de Energía Monitoreo de Pacientes - Equipamiento de Ultrasonido - Herramientas de Diagnóstico - Monitores Fetales

5 DSP vs Microprocesador tradicional 5 Algunas diferencias notables: Arquitectura Harvard en lugar de von Neumann: Memorias independientes para datos y programa Multiplicación por hardware en un ciclo de reloj Diversas formas de direccionamiento a memoria En la mayoría de los casos trabajan con punto flotante (suma y multiplicación) en un ciclo de máquina

6 DSP vs Microprocesador tradicional 6 Ventajas: Desventajas: Precisión. Estabilidad. Acumulación controlada del ruido. Costo del hardware independiente de la complejidad. Reprogramable. Tarea a ser desarrollada por el DSP puede ser simulado. Fácil de depurar, en un tiempo pequeño. Menor costo y mayor fiabilidad. Facilidad de transmisión y almacenamiento. Ancho de Banda limitado por la razón de muestreo. Rango dinámico limitado. Cuantización del ruido. Errores de redondeo. No es posible una exacta reconstrucción de la señal analógica original a partir de muestras cuantificadas.

7 DSK TMS320C Especificaciones generales: Opera a 225 MHz DSP TMS320C6713 de punto flotante y 32 bits Soporte JTAG incorporado via USB. Códec de audio estéreo (AIC23) de alta fidelidad de hasta 32 bits y 96 khz. Cuatro entradas de audio de 3.5mm para micrófono, entradas y salidas de línea estéreo, y audífonos. 4 LEDs e interruptores accesibles para el usuario. Memoria Flash de 512KB y DRAM de 16MB. Configuración de la tarjeta a través de un CPLD. Puerto de expansión para módulos plug-in. Interfaz estándar IEEE JTAG incorporada. Puerto universal de alimentación de +5V

8 DSK TMS320C6713

9 DSK TMS320C6713

10 DSK TMS320C6713 AIC23 Sampling rates 8-96kHz : 8k, 16k, 24k, 32k, 44.1k, 48k, 96k 16 to 24 bit samples Full scale range for input/output 1Vrms (2.8V peak-to-peak) McBSP1 AIC23 s control registers McBSP2 transfer data to A/D and D/A converters

11 Code Composer Studio 11 CCS: Compilador de C++ de la Texas Instrument, el cual permite generar un archivo.out basado en un programa en C++, que es cargado en el DSP Además, permite la visualización de datos y la modificación de registros online. V 3.1 IDE para Windows XP Code Composer JTAG DSP + +

12 12 Code Composer Studio

13 Conceptos básicos de sistemas lineales 13 Señales en tiempo discreto Muestreo de señales Señales en tiempo discreto comunes Sistemas en tiempo discreto Respuesta a impulso Convolución Transformada Z Sistemas interconectados Polos y ceros en el plano Z Osciladores digitales