淺談基于DSP的溫度控制系統(tǒng)發(fā)展

【摘要】溫度控制系統(tǒng)是廣泛應(yīng)用在制藥、機(jī)械、冶金、化工等等各類工業(yè)生產(chǎn)中一種比較常見和典型的過程控制系統(tǒng)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、傳感技術(shù)的發(fā)展，美國TI公司推出了DSP系列的數(shù)字信號處理器芯片。數(shù)字信號處理器（DSP）具有處理速度快、靈活、精確、抗干擾能力強(qiáng)、體積小以及可靠性高的特點(diǎn)，可滿足對信號快速、精確、實(shí)時處理及控制的要求。近年來，其更是發(fā)展迅速，性價(jià)不斷提高，應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛，并且日益顯示出其巨大的優(yōu)越性。

【關(guān)鍵詞】DSP；實(shí)時DSP系統(tǒng)；發(fā)展

【中圖分類號】TN911.72 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1672-5158（2012）09-0045-01

數(shù)字信號處理（Digital Signal Processing）是一門以眾多學(xué)科為理論基礎(chǔ)面又廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域的新興學(xué)科。數(shù)字信信號處理器（Digital Signal Processor）是微電子學(xué)、數(shù)字信號處理、計(jì)算機(jī)技術(shù)這3門學(xué)科綜合研究的成果。在數(shù)字信號處理中需要頻繁地進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的乘法和加法運(yùn)算，以前是利用大型計(jì)算機(jī)進(jìn)行卷積、相關(guān)、濾波及FFT變換等算法的研究和處理，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)模擬和仿真。后來使用了微型計(jì)算機(jī)，但它的體積仍然比較大，成本比較高，特別是不易嵌入到產(chǎn)品中。通用微處理器單片機(jī)因適用的目的不同，在運(yùn)算速度上難以適應(yīng)信號實(shí)時處理的要求。所以在20世紀(jì)70年代未，科技人員開發(fā)了這種基于超大規(guī)模集成電路技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的數(shù)字信號處理品——DSP芯片。

DSP芯片實(shí)際上就是一種單片機(jī)，是集成高速乘法器，具有多組內(nèi)部總線，能夠進(jìn)行快速乘法和加法運(yùn)算，適于高速數(shù)字信號處理的高速，高位單片計(jì)算機(jī)，這種器件常常被稱為單片數(shù)字信號處理器。它具有體積小、功耗小、使用方便、實(shí)時處理迅速、處理數(shù)據(jù)量大、處理精度高、性能價(jià)格比高等優(yōu)點(diǎn)。DSP采用程序空間和數(shù)據(jù)空間完全分開的哈佛（Havard）結(jié)構(gòu)，允許同時取指令和操作數(shù)，而且允許在程序空間和數(shù)據(jù)空間之間相互傳遞數(shù)據(jù)，即改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)。TMS320LF240x DSP的CPU核心具有獨(dú)立的內(nèi)部數(shù)據(jù)和程序總線結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)和程序總線分為6條16位的總線，分別為：PAB，程序地址總線，為讀寫程序空間提供地址；DRAB，數(shù)據(jù)讀地址總線，為讀數(shù)據(jù)空間提地址；DWAB，數(shù)據(jù)寫地址總線，為寫數(shù)據(jù)空間提供地址；PRDB，從程序空間向CPU傳送代碼、立即操作數(shù)和表信息的程序讀總線；DRDB，從數(shù)據(jù)空間向中央算術(shù)邏輯單元（CALU）和輔助寄存器算術(shù)單元（ARAU）傳送數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)讀總線；DWEB，可以傳送數(shù)據(jù)到程序空間和數(shù)據(jù)空間的數(shù)據(jù)寫總線。數(shù)據(jù)讀地址總線（DRAB）和數(shù)據(jù)寫地址總線（DWAB）是相互獨(dú)立的地址總線，CPU在相同的機(jī)器周期內(nèi)可以同時進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫操作。TMS320LF240x DSP流水線具有四個獨(dú)立的階段：取指令、指令譯碼、取操作數(shù)以及指令執(zhí)行。一般情況下，取指令占用PAB和PRDB；指令譯碼不占用任何程序和數(shù)據(jù)總線；取操作數(shù)占用DRAB和DRDB；指令執(zhí)行包括將執(zhí)行結(jié)果寫回?cái)?shù)據(jù)存儲器，將占用DWAB和DWEB。可見，TMS320LF240x DSP獨(dú)特的總線結(jié)構(gòu)大大減少了流水線沖突，極大提高了指令的運(yùn)行速度。

實(shí)時DSP系統(tǒng)的構(gòu)成

由于實(shí)時的處理系統(tǒng)所要處理的信號多為物理信號，因此必須通過傳感器將物理信號轉(zhuǎn)換成電信號，若為模擬信號可通過AID轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后輸送給數(shù)字處理部件；若為開關(guān)數(shù)字信號可通過I/O接口輸送給數(shù)字處理部件。實(shí)時處理要求系統(tǒng)必須在有限的時間內(nèi)對外部輸入信號完成指定的處理，即信號處理速度必須大于等于輸入信號更新的速度，而且從信號輸入到處理后信號輸出的延遲必須足夠小。所以采用DSP芯片作為數(shù)字信號處理部件是最好的選擇。

DSP的發(fā)展前景

1.提高性能，就TI公司而言，在開發(fā)的10個不同種類的TMS320系列DSP產(chǎn)品中，每個系列的產(chǎn)品針對不同的應(yīng)用領(lǐng)域，預(yù)計(jì)到2010年將會提高到230倍，屆時，利用這種具有很高性能的DSP，將能制造出新一代高性能的家庭網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò)電視機(jī)、實(shí)時視頻電話以及家用多功能機(jī)器人等全新產(chǎn)品。

2.集成度，TI公司預(yù)測到2010年，DSP芯片的集成度將會增加11倍，在單個芯片內(nèi)將集成5億個晶體裁管。

3.降低功耗DSP內(nèi)核的功耗目前正在不斷降低，其工作電壓已從5V降到3.3V又降至1.2V，工作電壓低于1v的DSP產(chǎn)品也正在加緊研制開發(fā)隨著DSP內(nèi)核工作電壓的不斷降低，其功耗下降了許多倍（TMS320C54X進(jìn)行全速率話音編解碼時，功耗只有5.6mW），同時將會使應(yīng)用這種DSP的便攜式產(chǎn)品的功耗也隨之減少。

4.加強(qiáng)融合，DSP與微控制器（MCU）的融合將成為大勢所趨。在許多嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域，既需要DSP，也需要MCU，由于DSP在數(shù)字信號處理方面，MCU在智能控制方面各具有獨(dú)特的優(yōu)勢，因此將DSP與MCU融合在一起的雙核平臺，將成為DSP技術(shù)發(fā)展的一種新潮流。

DSP和MCU的融合將成為有利于開發(fā)個人通信機(jī)、智能電源以及無線Internet產(chǎn)品等新一代無線通信設(shè)備。盡管各個廠商推出的DSP/MCU平臺具體設(shè)計(jì)方案不同，但是它們都具有DSP與MCU共享片內(nèi)資源的特點(diǎn)，采用這種組合平臺的好處是不僅能夠節(jié)省成本，而且能降低功耗。

5.價(jià)格下降，價(jià)格由于產(chǎn)品種類的不同而各異，大批量生產(chǎn)的低檔DSP產(chǎn)品每片2-4美元，而高性能DSP產(chǎn)品每片可達(dá)數(shù)十美元。由于大量地使用DSP產(chǎn)品，所以將會引發(fā)大批量的生產(chǎn)，那么其價(jià)格也將越來越低。

6.拓寬應(yīng)用，在Intemet的發(fā)展進(jìn)程中，DSP功不可沒。隨著近幾年來Internet的爆炸式增長，對拓展帶和提高數(shù)據(jù)傳輸速率提出了越來越高的要求，因此各種能夠提供更大傳輸能力的新技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。例如：有線電纜傳輸技術(shù)，直播衛(wèi)星技術(shù)和非對稱數(shù)字用戶鏈路（ADSL）技術(shù)等。而這些技術(shù)都將建立在高性能DSP的基礎(chǔ)上，借助DSP技術(shù)而得以迅速發(fā)展。由于DSP的應(yīng)用，促進(jìn)了通信、計(jì)算機(jī)和消費(fèi)類電子產(chǎn)品的融合，這將使個人通信和Intemet產(chǎn)品成庫繼PC之后又一個引人矚目的IT業(yè)增長點(diǎn)。目前方興未艾的3c融合將會給DSP提出來供前所未有的發(fā)展機(jī)遇，在DSL、Internet、3G、數(shù)碼相機(jī)和馬達(dá)控制等領(lǐng)域，DSP都大有用武之地。DSP技術(shù)的不斷完善，各種各樣DSP芯片的不斷推出，為實(shí)時數(shù)字信號的應(yīng)用創(chuàng)造了前所未有的廣闊空間。