安徽廣播電視監(jiān)測(cè)臺(tái) 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(cè)臺(tái) 張理康

DSP作為數(shù)字信號(hào)處理器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，用于專用處理器的高速實(shí)時(shí)處理。它的工作原理通過(guò)將現(xiàn)實(shí)世界的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再通過(guò)一系列的數(shù)學(xué)公式計(jì)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(yǔ)音處理，信號(hào)處理等通信領(lǐng)域起到越來(lái)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(cè)量中的應(yīng)用

電力系統(tǒng)在進(jìn)行計(jì)算機(jī)運(yùn)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(cè)量。傳統(tǒng)的模擬采集由主發(fā)射機(jī)PT和電流的CT量而得到直行，再進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后將數(shù)據(jù)輸入給計(jì)算機(jī)。電力系統(tǒng)施加交流采樣技術(shù)后，通過(guò)PT，CT轉(zhuǎn)換，每個(gè)周期使用DSP處理算法，計(jì)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(shí)現(xiàn)變電站自動(dòng)化的功能。

1.2 繼電保護(hù)中的應(yīng)用

中國(guó)的電力系統(tǒng)應(yīng)用主要用于單芯片CPU的計(jì)算機(jī)保護(hù)產(chǎn)品，由于系統(tǒng)中使用的硬件資源限制了計(jì)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(dāng)系統(tǒng)在異常工作條件下進(jìn)行測(cè)量時(shí)系統(tǒng)參數(shù)的處理速度和準(zhǔn)確度方面不能達(dá)到所需要求，一些復(fù)雜的算法使得常規(guī)CPU保護(hù)產(chǎn)品也無(wú)法準(zhǔn)確的計(jì)算出來(lái)?；贒SP有著良好的數(shù)據(jù)采集和處理應(yīng)用，其強(qiáng)大的運(yùn)算能力和硬件的特殊設(shè)計(jì)使得它在運(yùn)算過(guò)程中非常的方便實(shí)用，在繼電保護(hù)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(jī)結(jié)合單片機(jī)數(shù)字處理能力的新一代保護(hù)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)快速和強(qiáng)大的實(shí)時(shí)性。

1.3 變電站自動(dòng)化的應(yīng)用

變電站系統(tǒng)是一個(gè)綜合性系統(tǒng)，使用的自動(dòng)化部件較多，系統(tǒng)中的模擬數(shù)字電路比較分散，對(duì)各類器件的運(yùn)算實(shí)時(shí)性要求較高，而DSP能夠快速捕捉數(shù)據(jù)運(yùn)算中的各類變化，準(zhǔn)確處理各種反應(yīng)出來(lái)的信息，特別是在系統(tǒng)需要進(jìn)行并行處理多項(xiàng)任務(wù)處理工作時(shí)，其優(yōu)異的性能使得使用起來(lái)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(kuò)展，并且由于接口的多樣性，在對(duì)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(jì)簡(jiǎn)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(wú)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(yǔ)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(guò)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(dāng)前情況下采用先進(jìn)的壓縮算法，首先對(duì)數(shù)據(jù)量進(jìn)行采集然后進(jìn)行壓縮以節(jié)省存儲(chǔ)空間，同時(shí)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(yùn)轉(zhuǎn)，斷點(diǎn)率較低。多媒體網(wǎng)絡(luò)終端在整個(gè)過(guò)程中需要對(duì)獲取的信息量進(jìn)行快速分析和處理，因此DSP被運(yùn)用在語(yǔ)音編碼，圖像壓縮和減少語(yǔ)音通信上。如今DSP對(duì)于語(yǔ)音解碼計(jì)算產(chǎn)生實(shí)時(shí)效果，設(shè)計(jì)協(xié)議要求已經(jīng)成為最基本的一條國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，正在對(duì)移動(dòng)語(yǔ)音的壓縮和調(diào)制解調(diào)器進(jìn)行嘗試性的使用。目前設(shè)計(jì)的DSP完全有能力實(shí)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(xiàng)功能，在多媒體應(yīng)用中得到長(zhǎng)足發(fā)展。

2.2 軟件無(wú)線電的應(yīng)用

軟件無(wú)線電是一種新的無(wú)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(tái)，通過(guò)安裝不同的軟件，實(shí)現(xiàn)更靈活的多波段無(wú)線通信功能，再通過(guò)相應(yīng)的技術(shù)轉(zhuǎn)換進(jìn)一步擴(kuò)展到有線世界中。DSP技術(shù)經(jīng)過(guò)近幾年的發(fā)展和應(yīng)用，出現(xiàn)了功率消耗較低，運(yùn)算處理較快的DSP芯片，這樣就使軟件無(wú)線電的大面積發(fā)展可行性成為現(xiàn)實(shí)。軟件無(wú)線電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，硬件條件基本不變，而對(duì)軟件進(jìn)行修改來(lái)實(shí)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(gè)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(duì)獨(dú)立。這就要求DSP設(shè)計(jì)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(wú)線電系統(tǒng)靈活性大大增強(qiáng)。

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(shí)現(xiàn)了人工智能技術(shù)，計(jì)算機(jī)傳感技術(shù)等，從而使工業(yè)機(jī)器人的研究在高級(jí)別發(fā)展，而且對(duì)機(jī)器人控制系統(tǒng)的性能要求較高。機(jī)器人控制系統(tǒng)重中之重就是實(shí)時(shí)性，在完成一個(gè)動(dòng)作的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生較多的數(shù)據(jù)和計(jì)算處理，這里可以采用高速，高性能的DSP。DSP通過(guò)應(yīng)用到機(jī)器人的控制系統(tǒng)后，充分利用自身的實(shí)時(shí)計(jì)算速度特性，使得機(jī)器人系統(tǒng)可以快速處理問(wèn)題，隨著不斷提高DSP數(shù)字信號(hào)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(jī)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(cè)量?jī)x器及測(cè)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(kāi)發(fā)測(cè)量?jī)x器和試驗(yàn)設(shè)備產(chǎn)品可以提高到一個(gè)新的水平。新的DSP可以大大簡(jiǎn)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(jì)。測(cè)量精度和速度的儀器采用DSP芯片可以大大提高這兩個(gè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)指標(biāo)。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(chǔ)器和靈活的指揮系統(tǒng)，為高精密儀器搭建了廣闊的平臺(tái)。儀器現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展成為DSP的一個(gè)重要應(yīng)用，正處于快速傳播時(shí)期，將推動(dòng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新。

5 DSP技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

追求更高的運(yùn)算速度，并進(jìn)一步降低功耗和幾何形狀。DSP系統(tǒng)級(jí)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(gè)芯片上，具有了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(zhǎng)或者超長(zhǎng)，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(diǎn)DSP具有更高的精度，更大的動(dòng)態(tài)范圍，但制作成本制約了普遍性，成本低的定點(diǎn)DSP器件存儲(chǔ)要求低，功率消耗比省，具有大面積制造性。因此定點(diǎn)運(yùn)算的可編程DSP器件將成為主流產(chǎn)品。預(yù)計(jì)今后將逐步提高銷售DSP器件的16位定點(diǎn)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(jiǎn)單高效的優(yōu)勢(shì)，這樣就需要我們?cè)谶M(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，添加進(jìn)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(tái)，將成為一種新的DSP技術(shù)，將引發(fā)出一個(gè)潮流。TI最近發(fā)布的OMAP平臺(tái)是這方面的一個(gè)典型例子。目前，我們的DSP應(yīng)用已經(jīng)有相當(dāng)?shù)幕A(chǔ)，多家從事數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)（DSP）及相關(guān)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)，滿足適用范圍的數(shù)字信號(hào)處理器市場(chǎng)前景。隨著技術(shù)水平的不斷發(fā)展，DPS芯片品種將會(huì)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(lái)越多地走進(jìn)人們的生活。我國(guó)DSP市場(chǎng)將持續(xù)進(jìn)入一個(gè)高速發(fā)展時(shí)期，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的銷售量預(yù)計(jì)保持4成以上的增長(zhǎng)速度，具有廣泛的運(yùn)用前景和良好的市場(chǎng)前景。DSP系統(tǒng)憑借集成化程度高，計(jì)算運(yùn)行速度快，操作界面簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性能好，易于編程和開(kāi)發(fā)等各種優(yōu)勢(shì)成為信號(hào)處理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的主流應(yīng)用，它在信號(hào)處理中的高精度數(shù)字信號(hào)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(chǎng)對(duì)數(shù)字信號(hào)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(chǎng)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(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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