DSP的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景

安徽廣播電視監(jiān)測臺 張理康

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DSP的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景

安徽廣播電視監(jiān)測臺 張理康

DSP作為數(shù)字信號處理器將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，用于專用處理器的高速實時處理。它的工作原理通過將現(xiàn)實世界的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再通過一系列的數(shù)學(xué)公式計算出結(jié)果。它具有高速，靈活，可編程，低功耗的界面功能，在圖形圖像處理，語音處理，信號處理等通信領(lǐng)域起到越來越重要的作用。

1 DSP在電力系統(tǒng)應(yīng)用

1.1 電力系統(tǒng)模擬采集和測量中的應(yīng)用

電力系統(tǒng)在進行計算機運用中使用EMS/DMS/ SCADA等軟件處理，而SCADA的基礎(chǔ)組成部分就是電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和測量。傳統(tǒng)的模擬采集由主發(fā)射機PT和電流的CT量而得到直行，再進行A/D轉(zhuǎn)換后將數(shù)據(jù)輸入給計算機。電力系統(tǒng)施加交流采樣技術(shù)后，通過PT，CT轉(zhuǎn)換，每個周期使用DSP處理算法，計算相應(yīng)的電壓和電流有效值，減去變送器的轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)。這使得RTU的分布式分散布置迅速發(fā)展，而且還提供了集成的優(yōu)化工具，用于實現(xiàn)變電站自動化的功能。

1.2 繼電保護中的應(yīng)用

中國的電力系統(tǒng)應(yīng)用主要用于單芯片CPU的計算機保護產(chǎn)品，由于系統(tǒng)中使用的硬件資源限制了計算能力，它的系統(tǒng)數(shù)據(jù)抽樣和采樣速度不能得到使用的需求。這樣當系統(tǒng)在異常工作條件下進行測量時系統(tǒng)參數(shù)的處理速度和準確度方面不能達到所需要求，一些復(fù)雜的算法使得常規(guī)CPU保護產(chǎn)品也無法準確的計算出來。基于DSP有著良好的數(shù)據(jù)采集和處理應(yīng)用，其強大的運算能力和硬件的特殊設(shè)計使得它在運算過程中非常的方便實用，在繼電保護方面尤為突出。目前，大多數(shù)采用DSP+ MCU的結(jié)構(gòu)，DSP和資源豐富的有機結(jié)合單片機數(shù)字處理能力的新一代保護的同時實現(xiàn)快速和強大的實時性。

1.3 變電站自動化的應(yīng)用

變電站系統(tǒng)是一個綜合性系統(tǒng)，使用的自動化部件較多，系統(tǒng)中的模擬數(shù)字電路比較分散，對各類器件的運算實時性要求較高，而DSP能夠快速捕捉數(shù)據(jù)運算中的各類變化，準確處理各種反應(yīng)出來的信息，特別是在系統(tǒng)需要進行并行處理多項任務(wù)處理工作時，其優(yōu)異的性能使得使用起來靈活方便，在其結(jié)構(gòu)件上存在的接口讓通信界面易于擴展，并且由于接口的多樣性，在對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)監(jiān)控和信息提取上更容易。DSP的硬件設(shè)計簡單，屬于集成型產(chǎn)品，這樣產(chǎn)品質(zhì)量可靠性得到了大幅度的提升，更適用于無人值守的水電站系統(tǒng)中。

2 DSP在數(shù)字通訊技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1 多媒體通信中的應(yīng)用

多媒體包括文字和語言處理，圖像圖形呈現(xiàn)等數(shù)據(jù)介質(zhì)。一般情況下在視頻數(shù)據(jù)和音頻數(shù)據(jù)的傳輸數(shù)據(jù)比文字傳輸過程中的數(shù)據(jù)要多得多，媒體數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)生的信息量是巨大的，當前情況下采用先進的壓縮算法，首先對數(shù)據(jù)量進行采集然后進行壓縮以節(jié)省存儲空間，同時提高通信線路的傳輸效率，這樣使得多媒體通信系統(tǒng)得以高速運轉(zhuǎn)，斷點率較低。多媒體網(wǎng)絡(luò)終端在整個過程中需要對獲取的信息量進行快速分析和處理，因此DSP被運用在語音編碼，圖像壓縮和減少語音通信上。如今DSP對于語音解碼計算產(chǎn)生實時效果，設(shè)計協(xié)議要求已經(jīng)成為最基本的一條國際標準，正在對移動語音的壓縮和調(diào)制解調(diào)器進行嘗試性的使用。目前設(shè)計的DSP完全有能力實現(xiàn)低頻移鍵控，相移鍵控調(diào)制和解調(diào)以及正交幅度調(diào)制和解調(diào)等的各項功能，在多媒體應(yīng)用中得到長足發(fā)展。

2.2 軟件無線電的應(yīng)用

軟件無線電是一種新的無線通信技術(shù)，它的工作原理就是基于客戶的需求，使用相同的硬件平臺，通過安裝不同的軟件，實現(xiàn)更靈活的多波段無線通信功能，再通過相應(yīng)的技術(shù)轉(zhuǎn)換進一步擴展到有線世界中。DSP技術(shù)經(jīng)過近幾年的發(fā)展和應(yīng)用，出現(xiàn)了功率消耗較低，運算處理較快的DSP芯片，這樣就使軟件無線電的大面積發(fā)展可行性成為現(xiàn)實。軟件無線電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡單，硬件條件基本不變，而對軟件進行修改來實現(xiàn)互操作性的功能。它主要組成部分分為電源，天線，多頻段射頻轉(zhuǎn)換器，A/ D/A轉(zhuǎn)換器和DSP組件。關(guān)鍵步驟是可編程的DSP取代一個專用的數(shù)字電路，所述系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和功能相對獨立。這就要求DSP設(shè)計軟件存有不同的通信功能，可調(diào)節(jié)的工作頻率，互換的調(diào)制和信源編碼控制，讓軟件無線電系統(tǒng)靈活性大大增強。

3 DSP在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用

隨著工業(yè)控制領(lǐng)域的不斷發(fā)展，基本實現(xiàn)了人工智能技術(shù)，計算機傳感技術(shù)等，從而使工業(yè)機器人的研究在高級別發(fā)展，而且對機器人控制系統(tǒng)的性能要求較高。機器人控制系統(tǒng)重中之重就是實時性，在完成一個動作的同時會產(chǎn)生較多的數(shù)據(jù)和計算處理，這里可以采用高速，高性能的DSP。DSP通過應(yīng)用到機器人的控制系統(tǒng)后，充分利用自身的實時計算速度特性，使得機器人系統(tǒng)可以快速處理問題，隨著不斷提高DSP數(shù)字信號芯片速度，在系統(tǒng)中容易構(gòu)成并行處理網(wǎng)絡(luò)，大大提高控制系統(tǒng)的性能，使得機器人系統(tǒng)得到更為廣泛的發(fā)展。

4 DSP在儀器儀表領(lǐng)域的應(yīng)用

測量儀器及測試設(shè)備產(chǎn)業(yè)已經(jīng)使用DSP取代高端微控制器。使用DSP開發(fā)測量儀器和試驗設(shè)備產(chǎn)品可以提高到一個新的水平。新的DSP可以大大簡化儀器儀表的硬件電路，完成儀表片上系統(tǒng)，即芯片設(shè)計。測量精度和速度的儀器采用DSP芯片可以大大提高這兩個產(chǎn)品開發(fā)指標。TMS320F2810具有高效的32位CPU內(nèi)核，12位A/D轉(zhuǎn)換器，豐富的片上存儲器和靈活的指揮系統(tǒng)，為高精密儀器搭建了廣闊的平臺。儀器現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展成為DSP的一個重要應(yīng)用，正處于快速傳播時期，將推動產(chǎn)業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新。

5 DSP技術(shù)的發(fā)展趨勢

追求更高的運算速度，并進一步降低功耗和幾何形狀。DSP系統(tǒng)級集成電路中將內(nèi)核，MPU芯，專用處理單元，外圍電路單元緊湊的集成在一個芯片上，具有了數(shù)據(jù)存儲性能。今后系統(tǒng)中大多為多通道結(jié)構(gòu)，它就要求數(shù)據(jù)處理量大，數(shù)據(jù)的指令長或者超長，存在多線程多并行的架構(gòu)，處理器的性能將更加優(yōu)化和高效，盡管浮點DSP具有更高的精度，更大的動態(tài)范圍，但制作成本制約了普遍性，成本低的定點DSP器件存儲要求低，功率消耗比省，具有大面積制造性。因此定點運算的可編程DSP器件將成為主流產(chǎn)品。預(yù)計今后將逐步提高銷售DSP器件的16位定點可編程DSP器件比重。

目前在使用的DSP嵌入式系統(tǒng)都需要發(fā)揮其簡單高效的優(yōu)勢，這樣就需要我們在進行數(shù)據(jù)處理時，添加進去智能控制的微處理器MCU。把DSP和MCU組合在一起的雙核平臺，將成為一種新的DSP技術(shù)，將引發(fā)出一個潮流。TI最近發(fā)布的OMAP平臺是這方面的一個典型例子。目前，我們的DSP應(yīng)用已經(jīng)有相當?shù)幕A(chǔ)，多家從事數(shù)字信號處理系統(tǒng)（DSP）及相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā)和應(yīng)用集成電路設(shè)計企業(yè)，滿足適用范圍的數(shù)字信號處理器市場前景。隨著技術(shù)水平的不斷發(fā)展，DPS芯片品種將會不斷增加，在日常生活中將普遍朝著功能多，性能高，功耗低發(fā)展，芯片集成化的大力發(fā)展將越來越多地走進人們的生活。我國DSP市場將持續(xù)進入一個高速發(fā)展時期，國內(nèi)市場的銷售量預(yù)計保持4成以上的增長速度，具有廣泛的運用前景和良好的市場前景。DSP系統(tǒng)憑借集成化程度高，計算運行速度快，操作界面簡單，穩(wěn)定性能好，易于編程和開發(fā)等各種優(yōu)勢成為信號處理系統(tǒng)開發(fā)的主流應(yīng)用，它在信號處理中的高精度數(shù)字信號處理器使得廣泛應(yīng)用于通信，圖像，生物醫(yī)藥，工業(yè)控制，儀器儀表等領(lǐng)域。隨著市場對數(shù)字信號處理技術(shù)和微電子技術(shù)的要求不斷提高，DSP技術(shù)不斷提高處理速度適應(yīng)市場需求，其銷售范圍將更加廣泛，為數(shù)字化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供堅實的基礎(chǔ)。

參考文獻

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