Procesadores Digitales de Señales (DSP)

Camilo TorresJorge PinedaSaúl Tejeda

Procesamiento Digital de Señales

Es una operación o transformación de una señal en un hardware digital según reglas bien definidas las cuales son introducidas al hardware a través de un software específico que puede o no manejar lenguajes tanto de alto como de bajo nivel.

¿Qué es un DSP?

Los DSP o procesadores digitales de señal son microprocesadores específicamente diseñados para el procesado digital de señal. Estos posee un conjunto de instrucciones, un hardware y un software optimizados para aplicaciones que requieran operaciones numéricas a muy alta velocidad.

Historia DSP

1978 Se lanzó INTEL 2920

• Poseía un chip ADC/DAC.• No poseía un multiplicador

de hardware.• No tuvo éxito en el mercado.

Historia DSP

1979

AMI lanza el S2811, fue diseñado como un microprocesador periférico.No tuvo gran éxito en el mercado.

Bell Labs introduce el primer chip procesador digital de señales (DSP), The Mac 4 Microprocessor

Historia DSP

1980

Se presentaron los primeros DSP completos

PD7710 DSP1

Fueron inspirados en las investigaciones de PSTN Telecomunicaciones.

Historia DSP

HOY

Produce el TMS32010 y el TMS320C4X

• Se engloban dentro de la filosofía CISC• Son diseñados para ser escalables• Últimamente diseñados para aplicaciones concretas

como la telefonía móvil

Funcionamiento DSP

Se ha dicho que puede trabajar con señales analógicas, pero el DSP es un sistema digital, por lo tanto necesitará un conversor analógico/digital a su entrada y digital/analógico en la salida. Como todo sistema basado en procesador programable necesita una memoria donde almacenar los datos con los que trabajará y el programa que ejecuta.

Entrada

Sensor

Señal analógica

Señal digital

Señal digital

Señal analógica

Salida

Actuador

Ejemplo de aplicaciones de DSP

• Eliminar el eco en las líneas de comunicaciones.

• Lograr hacer más claras imágenes de órganos internos en los equipos de diagnóstico médico.

• Cifrar conversaciones en teléfonos celulares para mantener privacidad.

• Analizar datos sísmicos para encontrar nuevas reservas de petróleo.

Demás usos en la actualidad

Wireless LAN Reconocimiento de voz

Manejo de contenido digital

Reproductores digitales de audio

Cámaras digitales Automatización de fabricas

… control de motores, inversores industriales, entre otros.

¿Qué hace a un DSP un DSP?

Una de las más importantes características de un DSP es su capacidad de realizar operaciones de multiplicación y acumulación (MACs) en sólo un ciclo de reloj. No obstante ello, es necesario que el dispositivo posea la característica de manejar aplicaciones críticas en tiempo real.

Arquitectura DSP

Un DSP está diseñado teniendo en cuenta las tareas más habituales del procesado digital: sumas, multiplicaciones y retrasos (almacenar en memoria).Los DSP abandonan la arquitectura clásica de Von Neumann, en la que datos y programas están en la misma zona de memoria, y apuestan por la denominada Arquitectura Harvard. En una arquitectura Harvard existen bloques de memoria físicamente separados para datos y programas. Cada uno de estos bloques de memoria se direcciona mediante buses separados (tanto de direcciones como de datos), e incluso es posible que la memoria de datos tenga distinta anchura de palabra que la memoria de programa (como ocurre en ciertos microcontroladores).

Elementos básicos de un DSP

• Conversores en las entradas y salidas.• Memoria de datos, memoria de programa y DMA.• MACs: multiplicadores y acumuladores.• ALU: Unidad aritmético-lógica.• Registros.• PLL: Bucles enganchados en fase.• PWM: Módulos de control de ancho de pulso.

Tipos de Arquitectura de Memoria

Microcontrolador (Von Neumann)

DSP Harvard

Diferencias entre Microcontroladores y DSP’s

Diagrama de Bloques de un microcontrolador PIC12C5XX

Diagrama de Bloques del DSP TMS320F241

Ventajas de los DSP’s

• La Tecnología VLSI (Very Large Scale Integration) da la posibilidad de diseñar sistemas con la capacidad para ejecutar procesamiento en tiempo real de muchas de las señales de interés para aplicaciones en comunicaciones, control, procesamiento de imagen, multimedia, etc.

• Los sistemas digitales son más confiables que los correspondientes sistemas análogos.

• Los sistemas digitales ofrecen una mayor flexibilidad que los correspondientes sistemas análogos.

• Mayor precisión y mayor exactitud pueden ser obtenidas con sistemas digitales, comparado con los correspondientes sistemas análogos.

Ventajas de los DSP’s

• Un sistema programable permite flexibilidad en la reconfiguración de aplicaciones DSP.

• La tolerancia de los componentes en un sistema análogo hacen que esto sea una dificultad para el diseñador al controlar la exactitud de la señal de salida análoga.

• Las señales digitales pueden ser almacenadas en un disco flexible, Disco Duro o CD– ROM

Desventajas de los DSP’s

• La conversión de una señal analógica en digital, obtenida muestreando la señal y cuantificando las muestras, produce una distorsión que nos impide la reconstrucción de la señal analógica original a partir de muestras cuantificadas.

• Existen efectos debidos a la precisión finita que deben ser considerados en el procesado digital de las muestras cuantificadas.

• Para muchas señales de gran ancho de banda, se requiere procesado en tiempo real.

Fabricantes de DSP’s

Texas Instruments (http://dspvillage.ti.com/docs/dspproducthome.jhtml) Familias TMS320C6000 TMS320C5000 TMS320C2000

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