（通用（同步）异步接收/发送器）来使处理器从低电平、占时、细目中解脱出来。仅需选择一个波特率和其他可能的选项（停止位的数目，奇偶检验，等等）以及装载（或读取）串行发送器（或接收器）的缓冲区。相应格式的串行化再由硬件电路来完成。

定时器/计数器设备 单片机的许多应用技术要求有精确估计所经过的时间。这可经仔细评定程序每一分支的执行时间来确定，但这很快会变为全部无效，除了最简单的程序。较合人意的方法是，用定时电路来精确独立计算精确的时间增量，经过一段预定时间后，产生一个中断。这种类型的定时器通常被安排去预载所要求的计数值。然后，定时器减小这一数值，当计数器减小为0时，产生一中断或设置一个标志。较好的定时器有自动再加载初始计数值的能力。这使程序员从再加载计数器和存取定时器再启动前所经过的时间的责任中解脱出来。如果需要连续精确的定时中断，否则，这是必要的（例如，在一个时钟内）。有时与定时器相关的是事件计数器。这一设备通常有一特殊输入针，它可直接驱动计数器。

定时元件 大多数微计算机的时钟电路只需要简单的定时元件。若要达到最大性能，必须用一个晶体来保证达到最大时钟频率，而不是超过。许多时钟电路也把电阻和电容用作低成本定时元件或由外部源来驱动。如果微计算机的外部需要同步的话，这后一种方案是很有用的。

B 了解数字信号处理器和它的用途

数字信号处理器（名词）

数字信号处理器是一种超高速单片计算机,它已被优化以用于一些现实信号如语音、视 频、音乐等等的实时检测、处理和产生。它通常在一块单芯片或一块集成电路的一部分中实现,大小大约是0.5-4cm2 ,价格在3-300美元之间,在每台移动电话、MP3播放器和大多数汽车上都有它。

与之比较,微处理器(我们可能都比较熟悉的术语)是一个传统意义上能力很差的计算机,它在后台执行任务,常常控制其他设备一例如键盘入口、中央供热、洗衣机的

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旋转等等。说到这里,一块奔腾3芯片与其说是一个DSP 不如将其归类到微处理器系列去,然而它以超过1GHz 的速度运行,这不能说能力很差。

当前,微处理器和数字信号处理器两者的任务界限已经变得模糊了-也许协同工作会更好.现在很多所谓的数字信号处理器有微处理器的功能,而许多所谓的微处理器在工作时又有数字信号处理器的功能。要按应用来分辨DSP与微处理器可能不是最好的方法。实际上,它们两者主要的不同存在于它们的内部芯片结构。DSP 器件对高速、高精确度的乘法进行了特殊的优化。

数字信号处理（动词）

数字信号处理就是处理真实世界生成的信号或者处理即将输出到真实世界的信号,这些信号用数字表示。也就是说 ,DSP的完整应用有两部分:从真实世界信号(模拟语音、音乐、视频、引擎速度、地震)到数字信号处理器所能处理的数字值的转变,即模/数变换过程。从DSP所产生的数字值到现实信号的模拟值的数/模变化。这个过程如图3-4B-1所示。

S/HA/DDSPD/A图3-4B-1 数字信号处理系统

对数字信号处理而言,最根本的是,任何真实世界的信号如音乐信号,都能精确地由它的周期采样值表示(Nyquist对这个规律总结了一个公式)。这些采样样本能够转变成数字形式(例如在这个采样点表示音乐的音量),这些数字能用二进制的形式表示。我们现在生活在计算机和软件的世界中,在这个世界中,二进制数字的处理就好比是面包和黄油,不可缺少。

如果我们用同一个量对所有数值进行缩放,然后把它们转变成电压样值去驱动耳机或者 扬声器,就实现了一个DSP的音量控制。从另一方面来说,如果用不同的量来缩放这些样值,这就实现了一个简单的音频FX处理器。

对数字信号处理而言,这些只是非常简单的任务,甚至还没开始利用它的处理能力。一个更具挑战性的例子是图解均衡器。它按照频率来改变音乐源各个分量的音量.应用一个图解均衡器需要使用滤波器变换来把信号分离到各个频带,分别标度每一个滤波段,然后把每一段加起来后送到输出端。

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数字滤波对一个DSP来说轻而易举,但是实际上涉及到相当多的计算。例如,保存连续的样值,并对每一个值进行单独缩放,然后求和来完成即使是最简单的滤波器功能。为执行任务,数字信号处理器和它的指令集被优化过(这是DSP与微处理器的不同之处), 在大部分DSP器件上,仅仅使用三行代码就能真正地实现这个功能。

数字信号处理器简史

在20世纪60年代，DSP硬件使用分立元件，因为价格高和体积大，它的应用仅仅可能是为非常特殊的要求作验证(或者庞大的预算研究程序)。在70年代,出现了一些 DSP子系统的单片集成电路,主要用于数字乘法器和地址发生器(见第3章),并且使用位片微处理器可以实现DSP系统。DSP技术开发的突破出现在1979 年,当时Intel发明了2920,这是一片40针DIP封装完整的信号处理器件,带有片内程序EPROM、数据RAM、A/D和D/A 转换器, 并且它的结构和指令集非常强大,足以应用于一个全双工的1200bps的调制解调器。紧接着,1982年德 州仪器公司在市场投放了TMS32010 。

从Intel2920开始，一共出现了五代通用信号处理器件,第六代也已被发布。最新一代数字信号处理器件的处理能力是早期2920器件处理能力的100000倍，所有这一切只用了20年的时间。

今天,所有主要的半导体器件厂家都已经发布了或者正在开发DSP产品。这反映了从20世纪80年代后期到现在21世纪,他们对DSP器件需求量出现巨大增长充满信心。这与20世纪70 年代微处理器取得伟大成功的历史意义是相同的。

在开始进行信号的数字化处理中,语音分析曾是DSP发展的驱动力。在语音处理系统里,使用模拟技术,滤波器对误差的苛刻要求就得不到保证,这主要由于模拟技术存在温度漂移、元件误差和老化等问题。与之相比,数字处理运算只不过是对二进制数字进行乘、加、减等等,得到的结果完全可预测和可复制。再加上使用单个低功率器件,就能完成多重模拟处理的任务,这是DSP成为几十亿美元产业的原因。

DSP用在哪里

表3-4B-1列出目前DSP的许多应用。

表3-4B-1 DSP的一些典型应用

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通用DSP 数字滤波 卷积 相关 希尔伯特变换 快速傅立叶变换 自适应滤波 加窗操作 波形生成 语音/语音 语音信箱 声码器 语音识别 说话人验证 语言增强 语音分析 文本到语言 电信 回波消除 ADPCM代码转换器 数字PBX 线性转发器 信道复用 自适应均衡器 DTMF编码/解码 数字加密 图形/图像 三维旋转 机器人视觉 图像传送/压缩 模式识别 图像增强 同态处理 工作站 动画制作/数字地图 控制 磁盘控制 伺服控制 机器人控制 激光打印机控制 发动机控制 马达控制 电信 传真 蜂窝电话 扬声器/受话器 数字语音插入 X.25信息包变换 视频会议 扩频通信 仪器 频谱分析 函数生成 模式匹配 地震处理 瞬时分析 数字滤波 锁相环 军用 声纳处理 图像处理 导航 导弹制导 无线频率调制解调器 雷达处理 保密通信 汽车 引擎控制 振动分析 防抱死刹车 自动拍档控制 全球定位 导航 语音命令 数字无线电 28