PROCESSADOR DIGITAL DE SINAIS - DSP

Autores: Rafael Astuto Arouche Nunes e Marcelo Portes de Albuquerque


Nesta página estão concentradas informações sobre Processadores Digitais de Sinais, mais conhecido como DSP's. Os principais assuntos abordados estão listados a seguir:


INTRODUÇÃO


O DSP

Nas ultimas duas décadas ocorreu uma grande evolução na área de processamento de sinais. O que antes era feito de forma analógica, com pouco controle sobre o meio físico envolvido agora pode ser feito de forma digital, controlada, muito mais precisa e rápida. Esta evolução deve-se a criação do DSP. O DSP, ou Processador Digital de Sinais (Digital Signal Processor), sao ferramentas muito versáteis, de fácil integração ao usuário, permitindo este realizar qualquer tipo de trabalho ou projeto desejado.

O DSP acima de tudo é um dispositivo programável, que detêm seu próprio código de instruções. Cada empresa que cria o seu processador cria também o seu ambiente de desenvolvimento (IDE) próprio para aquele tipo de chip, tornando desta forma a manipulação do microprocessador muito mais fácil e rápida. Alem disso os DSPs foram projetados levando-se em consideração que as operações mais habituais em um processamento digital são as de adição, multiplicação e transferência de memória, consecutivos. Para tal existem instruções de repetição que precedem tais operações, tornando possível a execução destas usando-se muitas vezes apenas um ciclo de memória.

Figura 1: DSP XC5630PV100B da Motorola

Figura 2: DSP TMS320C62x da Texas

Ver também: Projetos de Exemplificação Prática, O DSP EP2S60, O Projeto Lock-in, Publicações

PROJETOS DE EXEMPLIFICAÇÃO PRÁTICA


Manuseio dos LEDs

Durante o processo de aprendizagem foi utilizado o DSP ADSP-21160M, da frabricante Analog Devices. Abaixo segue um exemplo de como manusear os LEDs da placa numa sequencia binária de 0 a 7.

Ao compiladorarmos o codigo dentro da IDE do DSP damos início a uma sequencia de interrupções que fazem com que os LEDs acendam na sequencia correta, onde um LED apagado de representa o digito 0 (zero) e um LED aceso representa o digito 1 (um).

Figura 3: Manuseio dos LED da placa ADSP-21160M para acenderem numa sequencia binária de 0 a 7.

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download poster Código fonte do programa que realiza o manuseio dos LEDs. (14.0 KB)


Gerador de Sinais

Utilizando o mesmo ADSP-21160M foi realizado com a ajuda de Rodrigo C. Torres um gerador de sinais que gera uma senoide com determinada frequencia e amplitude que pode ser visualizada diretamente em qualquer osciloscopio. O DSP roda o codigo e fica gerando os pontos da senoide ininterruptamente.

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download poster Código fonte do gerador de sinal. (13.0 KB)


Simulador de Lock-In em Matlab

O Lock-In é um equipamento que utiliza uma técnica conhecida por detecção síncrona para detectar sinais com Relação Sinal Ruído (SNR) elevada, utilizando um sinal senoidal como referência. Ele pode ser utilizado em diversas áreas da ciência, principalmente para medidas e detecções de sinais em laboratórios de física. A figura 4 mostra um diagrama de blocos de um lock-in.

O Projeto Lock-in : Análise e Desenvolvimento em DSP


Figura 4: Diagrama de blocos de um amplificador lock-in em DSP.


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download poster Código fonte do simulador de Lock-In em Matlab. (versao beta) (19.2 KB)
Ver também: Introdução, O DSP EP2S60, O Projeto Lock-in, Publicações

O DSP EP2S60


No momento, estamos utilizado no aprendizado sobre DSPs o modelo EP2S60 da Altera Devices. Este DSP é uma poderosa ferramenta de processamento de sinais, sendo composto por dois conversores analógio-digitais de 12 bits cada e por dois conversores digitais-analógicos de 14 bits cada. Para sua programação utiliza-se a interface JTAG chamada de USB Blaster. Com isso sua programação torna-se mais rápida e eficiente em relação a outros kits de desenvolvimento.

Figura 5: Vista dos conversores

Figura 6: O USB Blaster


Abaixo seguem projetos feitos com a ajuda dos amigos Leonardo Resende e Maurício Bochner durante a etapa de testes e aprendizado com o DSP. São projetos como geradores de sinais, protótipos de leitura e armazenamento de dados, manuseio dos LEDs e dos displays de 7 segmentos e manipulação dos interruptores.

Todos os arquivos foram feitos na interface do software Matlab versao R2007b, no ambiente de simulação Simulink. Os programas de desenvolvimento da Altera foram gerados usando a versao Quartus 6.1.


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download poster Gerador de sinais utilizando blocos gerais do Matlab Simulink (7.43 KB)
download poster Gerador de sinais utilizando blocos de Megacore. (7.98 KB)
download poster Manuseio dos LEDs e dos displays de 7 segmentos. (5.94 KB)
Ver também: Introdução, Projetos de Exemplificação Prática, O Projeto Lock-in, Publicações

O PROJETO LOCK-IN


O CAT, Coordenação de Atividades Técnicas, esta desenvolvendo, sob a orientação do professor Marcelo P. Albuquerque, o projeto de elaboração de um Amplificador Lock-In. O grupo é formado pelo aluno de graduação Rafael Astuto Arouche Nunes e os alunos de mestrado Mauricio Bochner e Leonardo Correia Resende, com a co-orientação do professor Jorge Luiz Gonzalez.

O Amplificador Lock-In é um instrumento de dupla potencialidade. Ele pode detectar sinais na presença de ruídos e também é eficiente para fazer medidas de alta resolução de sinais relativamente limpos em diversas ordens de magnitude e freqüência. Atualmente um Amplificador Lock-In desempenha mais funções tais como: instrumento medidor de fase, uma unidade medidora de ruído, um analisador de espectro entre outras funções.


O Projeto Lock-in : Análise e Desenvolvimento em DSP

Figura 7: Lock-in EG&G 5209

Figura 8: SRS SR830 Lock-In amplifier


Particularmente nos laboratórios de física, o Lock-In é um dos instrumentos mais valiosos e úteis já que o mesmo faz parte de diferentes sistemas experimentais os quais permitem identificar transições de fases em sólidos cristalinos e outros sistemas físicos. Especificamente, o Lock-In permite separar e estudar sinais em fase e quadratura em diferentes experimentos, fornecendo valiosas informações sobre diferentes grandezas físicas as quais estão associadas com as componentes (fase e quadratura) dos sinais medidos.

Ver também: Introdução, Projetos de Exemplificação Prática, O DSP EP2S60, Publicações

PUBLICAÇÕES

DOWNLOAD DESCRIÇÃO
download poster Rafael A. A. Nunes, Marcelo P. de Albuquerque e Mauricio Bochner, Leonardo C. Resende e Jorge L. Gonzalez
"O Amplificador Lock-In"
Nota Técnica, CBPF-NT-001/2008 (664 KB)
Fevereiro de 2008
download poster Rafael A. A. Nunes, Marcelo P. de Albuquerque e Marcio P. de Albuquerque
"O Amplificador Lock-In"
Nota Técnica, CBPF-NT-002/2006 (267 KB)
Outubro de 2007
download poster Rafael A. A. Nunes, Marcelo P. de Albuquerque e Marcio P. de Albuquerque
"Introdução a Processadores de Sinais Digitais - DSP."
Nota Técnica, CBPF-NT-001/2006 (475 KB)
Fevereiro de 2006
download poster Rafael Astuto Arouche Nunes e Marcelo Portes de Albuquerque
"Apresentação sobre o DSP ADSP-BF533." (236 KB)
Novembro de 2005
download poster Rafael Astuto Arouche Nunes e Marcelo Portes de Albuquerque
"Apresentação sobre o DSP ADSP-21160M." (399 KB)
Outubro de 2005
Ver também: Introdução, Projetos de Exemplificação Prática, O DSP EP2S60, O Projeto Lock-in

Marcelo Portes de Albuquerque: marcelo@cbpf.br
Rafael Astuto Arouche Nunes: rastuto@cbpf.br
Leonardo Correia Resende: resende@cbpf.br
Mauricio Bochner: mauricio@cbpf.br
Jorge Luiz Gonzalez: jl@cbpf.br



Ultima atualização: 02/02/2012