DSP工业控制技术  

(DSP)。近年来,各种集成化的单片DSP的性能得到很大改善,软件和开发工具也越来越多,越来越好;价格却大幅度下滑,目前低端产品已接近单片机的价格水平,且具有更高的性能价格比。从而使得DSP器件及技术更容易使用,价格也能够为广大用户接受。越来越多的单片机用户开始选用DSP器件来提高产品性能,DSP器件取代高档单片机的时机已经成熟。而且随着DSP在各行各业中的广泛普及,专业人才方面的供需矛盾也会很快解决。 与单片机相比DSP器件具有较高的集成度。DSP具有更快的CPU,更大容量的存储器,内置有波特率发生器和FIFO缓冲器。提供高速、同步串口和标准异步串口。有的片内集成了A/D和采样/保持电路,可提供PWM输出。更为不同的是,DSP器件为精简指令系统计算机(RISC)器件,大多数指令都能在一个指令周期内完成,并且通过并行处理技术,使一个指令周期内可完成多条指令。DSP采用改进的哈佛结构,具有独立的程序和数据空间,允许同时存取程序和数据。内置高速的硬件乘法器,增强的多级流水线,使DSP器件具有高速的数据运算能力。而单片机为复杂指令系统计算机(CISC),多数指令要2~3个指令周期来完成。单片机采用诺依曼结构,程序和数据在同一空间存取,同一时刻只能单独访问指令或数据。ALU只能做加法,乘法需要由软件来实现,因此占用较多的指令周期,也就是说速度比较慢。所以,结构上的差异使DSP器件比16位单片机单指令执行时间快8~10倍,完成一次乘加运算快16~30倍。简单地说,就是DSP器件运算功能强,而单片机的事务处理能力强。DSP器件还提供了高度专业化的指令集,提高了FFT快速傅里叶变换和滤波器的运算速度。此外,DSP器件提供JTAG(JointTest Action Group)接口,具有更先进的开发手段,批量生产测试更方便。 为了在电机控制市场抢占份额,各大DSP生产厂商纷纷推出自己的内嵌式DSP电机专用控制电路。如占DSP市场份额45%的美国德州仪器公司,凭借自己的实力,推出电机控制器专用DSP-TMS320C24x(TMS320F24x片内ROM为可擦写)。新的TMS320C24xDSP采用TI的T320C2xLP16位定点DSP核心,并集成了一个电机控制事件管理器,后者的特点是可以最佳方式实现对电机转向的电子控制。该器件利用TI的可重用DSP核心技术,显示出TI的特殊能力—通过在单一芯片上集成一个DSP核及其数字和混合信号外设件,制造出面向各种应用的DSP方案。TMS320C24x作为第一个数字电机控制器的专用DSP系列,可支持电机的转向、指令的产生、控制算法的处理、数据交流和系统监控等功能。集成化DSP核、最佳化电机控制器事件管理器和单片式A/D设计等诸多因素加在一起,就可提供一个单芯片式数字电机控制方案。系列中的TMS320C240包括一个20MIPS DSP核、一个事件管理器、两个串行接口、一对10位A/D转换器、一个32位数字I/O系统、一个监视计时器、一个低电压监测器和一个16K字符快闪存储器(TMS320F240型)。依靠兼容性实现系统升级。TMS320C240的编码与TI的TMS320Clx,TMX320C2x,TMS230C2xx和TMS320C5x系列中的DSP相兼容。它利用TMS320的定点DSP软件开发工具和JTAG仿真支持,从而可使电机控制器领域内的开发商方便地从微控制器升迁至新的DSP。美国模拟设备(AD)公司也不甘落后,与著名的英特尔(intel)公司合作,生产出ADMC3xx系列电机控制专用DSP,性能与TI公司的产品相差不大。也是基于AD公司的16位定点DSP核ADSP2171来设计的,此外还集成了三相PWM产生器(16位)和A/D转换器。其它比较有名的生产DSP的厂商还有摩托罗拉公司(Motorola)和国家电器公司(NEC)。采用基于DSP的电机专用集成电路的另一个好处是,可以降低对传感器等外围器件的要求。通过复杂的算法达到同样的控制性能,降低成本,可靠性高,有利于专利技术的保密。