Act 1: Revisin de Presaberes

Procesadores Digitales de Seales

Procesadores Digitales de SealesAlgunos modelos de microprocesadores son optimizados para el PDS. Estos procesadores se llaman Procesadores Digitales de Seales. Estos realizan operaciones para PDS ms rpida y eficientemente.

Los PDS permiten aplicaciones que no podran realizarse efectivamente con seales analgicas como, por ejemplo, almacenar una pelcula de cine en un disco compacto ( DVD) o canciones en un aparato porttil .

SISTEMA DIGITAL Un sistema digital es cualquier dispositivo destinado a la generacin, transmisin, procesamiento o almacenamiento de seales digitales.Una seal digital corresponde a magnitudes fsicas limitadas a tomar slo unos determinados valores discretos. Por ejemplo: 0 (seal de resistencia elctrica, muy pequea), 1(seal de resistencia elctrica, muy grande). Las computadoras digitales utilizan la lgica de dos estados: la corriente pasa o no pasa por los componentes electrnicos de la computadora.

Para el anlisis y la sntesis de los sistemas digitales binarios se utiliza como herramienta el lgebra de Boole, formada por compuertas lgicas que siguen el comportamiento de algunas funciones booleanas.

La palabra digital proviene de la misma fuente que la palabra digito: La palabra en latn para "dedo" (contar con los dedos), por el uso para contar en valores discretos y no continuos como en los sistemas analgicos.

SISTEMA ANALGICO Un sistema analgico es aquel que tiene la capacidad de generar, transmitir, procesar o almacenar seales analgicas.

Se dice que una seal es analgica cuando las magnitudes de la misma se representan mediante variables continuas, anlogas (Relacin de semejanza entre cosas distintas.) a las magnitudes que dan lugar a la generacin de esta seal.

Referido a un aparato o a un instrumento de medida, decimos que es analgico cuando el resultado de la medida se representa mediante variables continuas, anlogas a las magnitudes que estamos midiendo.

DIGITAL VS. ANALGICO Ruido DigitalCundo los datos son transmitidos usando mtodos analgicos, una cierta cantidad de "ruido" entra dentro de la seal. Esto puede tener diferentes causas: datos transmitidos por radio pueden tener una mala recepcin, sufrir interferencias de otras fuentes de radio, o levantar ruidos de fondo del resto del universo. Pulsos elctricos que son enviados por cableados pueden ser atenuados por la resistencia de los mismos, y dispersados por su capacitancia, y variaciones de temperatura pueden acrecentar o disminuir estos efectos. Cualquier variacin puede proveer una gran cantidad de distorsin en una seal analgica.

En el caso de las seales digitales, an las pequeas variaciones en la seal pueden ser ignoradas de forma segura. En una seal digital, estas variaciones, se pueden sobreponer, pues, cualquier seal cercana a un valor particular ser interpretada como ese valor.

Display Analgico vs. Digital: Facilidad en la lecturaEn la lectura humana de la informacin, los mtodos digitales y analgicos resultan ambos de gran utilidad. Si lo que se requiere es una impresin instantnea de resultados, los medidores analgicos usualmente ofrecen la informacin de una manera rpida, cuando lo que se requiere es exactitud los digitales son los preferidos. Leer medidores analgicos requiere tiempo y un poco de experiencia en el campo, esto comparado con que escribir un valor en un display digital es limitarse a copiar los nmeros.

En los casos en que la exactitud y la rapidez son requeridas por igual, los displays duales son la mejor opcin.

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Procesadores Digitales de Seales I

Prdida sistemtica de los DatosCundo se desea convertir una seal analgica a una digital, para ser procesada por otros sistemas digitales, algunos datos pueden perderse. El conversor anlogo-digital slo tiene una cierta resolucin, considerando que el ojo humano es capaz de detectar 10.000 intensidades de un mismo color, el CCD en una cmara digital ser nicamente capaz de detectar 256 intensidades y esto en una resolucin de slo un megapixel aproximadamente.

De Anlogo a Digital Las aplicaciones clsicas de los DSP's trabajan seales del mundo real, tales como sonido y ondas de radio que se originan en forma anloga. Como se sabe, una seal anloga es continua en el tiempo; cambia suavemente desde un estado a otro. Los computadores digitales, por otro lado, manejan la informacin discontinuamente, como una serie de nmeros binarios, por lo que se hace necesario como primera etapa en la mayora de los sistemas basados en DSP's transformar las seales anlogas en digitales. Esta transformacin la hacen los Conversores Anlogo Digital (ADC, en ingls).Una vez terminada la etapa de conversin anloga digital, los datos son entregados al DSP el cual est ahora en condiciones de procesarla. Eventualmente el DSP deber devolver los datos ya procesados para lo cual es necesaria una etapa final que transforme el formato digital a anlogo. Por ejemplo, una seal de audio puede ser adquirida (ADC) y filtrada para eliminar en gran medida ruido, crujidos de esttica, amplificar ciertas frecuencias de inters, eliminar otras, etc. Luego de esto, la informacin puede ser devuelta a travs de una conversin digital anloga (DAC).

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Aplicaciones DSPs

EJEMPLOS INTERESANTES DE APLICACIONES DE DSP'S

1. Eliminar el eco en las lneas de comunicaciones.

2. Lograr hacer ms claras imgenes de rganos internos en los equipos de diagnstico mdico.

3. Cifrar conversaciones en telfonos celulares para mantener privacidad.

4. LAN Inalmbricas.

5. Reconocimiento de Voz.

6. Manejo de imgenes digitales.

7. Reproductores digitales de audio.

8. Telfonos celulares, segn TEXAS INSTRUMENTS los DSPs son utilizados como el motor del 70% de los telfonos celulares digitales, y con el crecimiento de las comunicaciones inalmbricas, este nmero se ver incrementado con el paso del tiempo.

9. Mdems inalmbricos.

10. Cmaras digitales.

11. Control de motores.

12. Manejo de bombas, ventiladores, HVAC.

13. Inversores industriales.

14. Automatizacin de fbricas.

15. Transporte.

16. Analizar datos ssmicos para encontrar nuevas reservas de petrleo.

El procesamiento digital de seales es utilizado en muchos campos incluyendo biomedicina, sonar, radar, sismologa, procesamiento de msica y voz, comunicacin e imgenes.

Introduccin a los DSP

Introduccin a los DSPLos rpidos avances en la electrnica, particularmente en las tcnicas de fabricacin de circuitos integrados, han tenido, y sin duda continuarn teniendo, un gran impacto en la industria y la sociedad.

El rpido desarrollo de la tecnologa de circuitos integrados,

Empezando con la integracin a gran escala (LSI, Large Scale Integration), y ahora la integracin a gran escala (VLSI, Very Large Scale Integration)de circuitos electrnicos ha estimulado el desarrollo de computadores digitales ms potentes, pequeos, rpidos, baratos y de hardware digital de propsito general. Estos circuitos digitales baratos y relativamente rpidos han hecho posible construir sistemas digitales altamente sofisticados, capaces de realizar funciones y tareas del procesado de seales digitales que normalmente eran demasiado difciles y/o caras con circuitera o sistemas de procesado de seales analgicas. De aqu que muchas de las tareas del procesado de seales que convencionalmente se realizaban analgicamente se realicen hoy mediante hardware digital, ms barato y a menudo ms confiable.

Avances en la tecnologa de fabricacin de circuitos integrados tambin abren nuevas reas de desarrollo basadas en DSP, tales como sensores inteligentes, visin de robots y automatizacin, mientras entrega las bases para continuar los avances en reas tradicionales del procesamiento digital de seales, tales como msica, voz, radar, sonar, video, audio y comunicaciones.

Cuando se habla a travs de la bocina de un telfono celular, la voz desde un micrfono emite ondas sonoras a manera de seales analgicas, mismas que entran a un convertidor analgico-digital para su transmisin en grupos de ceros y unos; aqu es donde interviene el DSP, y en la ltima parte que es el receptor son nuevamente convertidos de digital a analgico para ser recibidos como seal anloga por el receptor; esto trajo como consecuencia una seal ms fiel dado que elimin el ruido de fondo y la interferencia.

Qu es Procesamiento Digital de Seales? Es una tcnica que convierte seales de fuentes del mundo real (usualmente en forma analgica), en datos digitales que luego pueden ser analizados. Este anlisis es realizado en forma digital pues una vez que una seal ha sido reducida a valores numricos discretos, sus componentes pueden ser aislados, analizados y reordenados ms fcilmente que en su primitiva forma analgica.

PROCESAMIENTO DIGITAL DE SEAL (DSP)es una operacin o transformacin de una seal en un hardware digital segn reglas bien definidas las cuales son introducidas al hardware a travs de un software especfico que puede o no manejar lenguajes tanto de alto como de bajo nivel.

En estricto rigor, digital signal processing se refiere al procesamiento electrnico de seales tales como sonido, radio y microondas usando tcnicas matemticas para realizar transformaciones o extraer informacin. En la prctica, las caractersticas que hacen a los DSP's tan buenos en el manejo de seales los hacen adecuados para muchos otros propsitos, tales como procesamiento de grficos de alta calidad y simulaciones en ingeniera.

Eventualmente cundo el DSP ha terminado su trabajo, los datos digitales pueden volverse atrs como seales analgicas, con calidad mejorada. Por ejemplo: un DSP puede filtrar ruido de una seal, remover interferencias, amplificar y/o suprimir frecuencias, encriptar informacin, analizar una corriente compleja en sus componentes esenciales.

Este proceso deber ser realizado en TIEMPO REAL, lo cul es muy rpido. Por ejemplo: los equipos de stereo manejan seales de sonido arriba de los 20 kilohertz (20.000 ciclos por segundo), necesitando as que el DSP realice miles de millones de operaciones por segundo.

SEAL:Es definida como cualquier cantidad fsica que varia en el tiempo y que lleva informacin, generalmente acerca del estado o comportamiento de un sistema, como por ejemplo: radar, msica, voz, sonar, etc.

PROCESAR UNA SEAL:Es la operacin o transformacin sobre la seal.

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Historia de Los Procesadores Digitales de Seales

Historia de Los Procesadores Digitales de SealesEn 1978, INTEL lanz el 2920 como un "procesador analgico de seales". Este posea un chip ADC/DAC con un procesador de seales interno, pero no posea un multiplicador de hardware, el 2920 no tuvo xito en el mercado.

En 1979, AMI lanza el S2811, fue diseado como un microprocesador perifrico, al igual que el 2920 no tuvo gran xito en el mercado.

En el mismo ao, BELL LABS introduce el primer chip procesador digital de seales (DSP), The Mac 4 Microprocessor. Luego en 1980 fueron presentados en el ISSCC80 los primeros DSP completos: el PD7710 de NEC y el DSP1 de AT&T, ambos procesadores fueron inspirados en las investigaciones de PSTN Telecomunicaciones. En ese mismo ao NEC comenz la produccin del PD7710, la primera produccin de DSP completos en el mundo.

El primer DSP producido por TEXAS INSTRUMENTS, el TMS32010, prob ser un suceso mayor.

Actualmente el TMS320C4Xdiseado y producido por TEXAS INSTRUMENTS, surge con ciertas ventajas frente al resto de los procesadores, ya que ste se disea para ser escalable; es decir, para que pueda trabajar en paralelo con otros dispositivos similares.

Muchos de los procesadores se engloban dentro de la filosofa CISC, (Complex Instruction Set Computers) Aunque se pueden encontrar en el mercado algunos que operen bajo la filosofa RISC (Reduced Instruction Set Computers); estos ltimos dedicados para aplicaciones concretas como la telefona mvil.

TMS320C4X Socket en escala real: Para ver el grfico seleccione la opcin "Descargar" del men superior

TABLA CARACTERSTICAS DEL TMS320C4XConsumo de corriente mxima 850 mA. Consumo de potencia mxima 4.25 watts Memorias RAM 2 de 4 kb c/u. Nmero de registros 34 Punto flotante Si Manejo de Bits 32 Procesamiento Paralelo Compatibilidad Si Frecuencia 50 Mhz MIPS 25 Algo que podemos destacar de las anteriores caractersticas entre otras, es el consumo de potencia 4.25 watts realmente es muy bajo en comparacin con otros procesadores como por ejemplo el PENTIUM4 que tiene un consumo mximo de 40 watts y requiere de un ventilador para disipar el calor y bajar la temperatura de trabajo, ah vemos una de sus ventajas en accin en la telefona celular y otras microaplicaciones.

Existen diferentes fabricantes lderes en el mercado, que manufacturan DSPs de diversas caractersticas para variadas aplicaciones; en la tabla de abajo podemos apreciar algunas compaas de procesadores DSPs con la diferencia bsica en el nmero de bits que manejan y con ello la informacin que son capaces de manipular:

Autor:

Marco Quintero seminario.de.investigacion[arroba]hotmail.com