利用变频器实现大惯量拖动系统准确停车.DOCVIP

DSP专题—DSP是什么 信息化的基础是数字化。数字化的核心技术之一是数字信号处理。数字信号处理的任务在很大程度上需要由DSP器件来完成。DSP技术已成为人们日益关注的并得到迅速发展的前沿技术。 DSP是什么？ Digital Signal Processing 作为一个案例研究，我们来考虑数字领域里最通常的功能：滤波。简单地说，滤波就是对信号进行处理，以改善其特性。例如，滤波可以从信号里清除噪声或静电干扰，从而改善其信噪比。为什么要用微处理器，而不是模拟器件来对信号做滤波呢？我们来看看其优越性： 模拟滤波器（或者更一般地说，模拟电路）的性能要取决于温度等环境因素。而数字滤波器则基本上不受环境的影响。?数字滤波易于在非常小的宽容度内进行复制，因为其性能并不取决于性能已偏离正常值的器件的组合。 一个模拟滤波器一旦制造出来，其特性（例如通带频率范围）是不容易改变的。使用微处理器来实现数字滤波器，就可以通过对其重新编程来改变滤波的特性。 信号处理方式的比较 比较因素 模拟方式 数字方式 修改设计的灵活性 修改硬件设计，或调整硬件参数 改变软件设置 精度 元器件精度 A/D的位数和计算机字长，算法 受环境温度、湿度、噪声、电磁场等的干扰和影响大 不受这些因素的影响 大规模集成 尽管已有一些模拟集成电路，但品种较少、集成度不高、价格较高 DSP器件体积小、功能强、功耗小、一致性好、使用方便、性能/价格比高 除开电路引入的延时外，处理是实时的 由计算机的处理速度决定 高频信号的处理 可以处理包括微波毫米波乃至光波信号 按照奈准则的要求，受S/H、A/D和处理速度的限制 Digital Signal Processor） 1、微处理器（Microprocessor）的分类 1）通用处理器（GPP） .诺依曼结构，程序和数据的存储空间合二而一 8-bit Apple（6502），NEC PC-8000（Z80） 8086/286/386/486/Pentium/Pentium II/ Pentium III? PowerPc 64-bit CPU（SUN Sparc，DEC Alpha, HP） CISC 复杂指令计算机, RISC 精简指令计算机 Cashe，协处理器等 2）Single Chip Computer/ Micro Controller Unit（MCU） CPU所具有的ALU和CU，还有存储器（RAM/ROM）寄存器，时钟，计数器，定时器，串/并口，有的还有A/D，D/A INTEL MCS/48/51/96（98） MOTOROLA HCS05/011 3）DSP 采用一系列措施保证数字信号的处理速度，如对FFT的专门优化 2、MCU与DSP的简单比较 MCU与DSP的简单比较 MCU DSP 　 低档 高档 低档 高档 指令周期(ns) 600 40 50 5 乘加时间(ns) 1900 80 50 5 US$/MIPS 1.5 0.5 0.15 0.1 3、DSP处理器与通用处理器的比较 FIR）。用数学语言来说，FIR滤波器是做一系列的点积。取一个输入量和一个序数向量，在系数和输入样本的滑动窗口间作乘法，然后将所有的乘积加起来，形成一个输出样本。类似的运算在数字信号处理过程中大量地重复发生，使得为此设计的器件必须提供专门的支持，促成了了DSP器件与通用处理器（GPP）的分流： 1）对密集的乘法运算的支持 GPP不是设计来做密集乘法任务的，即使是一些现代的GPP，也要求多个指令周期来做一次乘法。而DSP处理器使用专门的硬件来实现单周期乘法。DSP处理器还增加了累加器寄存器来处理多个乘积的和。累加器寄存器通常比其他寄存器宽，增加称为结果bits的额外bits来避免溢出。同时，为了充分体现专门的乘法-累加硬件的好处，几乎所有的DSP的指令集都包含有显式的MAC指令。 2）存储器结构 GPP使用冯.诺依曼存储器结构。这种结构中，只有一个存储器空间通过一组总线（一个地址总线和一个数据总线）连接到处理器核。通常，做一次乘法会发生4次存储器访问，用掉至少四个指令周期。 DSP采用了哈佛结构，将存储器空间划分成两个，分别存储程序和数据。它们有两组总线连接到处理器核，允许同时对它们进行访问。这种安排将处理器存贮器的带宽加倍，更重要的是同时为处理器核提供数据与指令。在这种布局下，DSP得以实现单周期的MAC指令。 GPP实际上已包含两个片内高速缓存，一个是数据，一个是指令，它们直接连接到处理器核，以加快运行时的访问速度。从物理上说，这种片内的双存储器和总线的结构几乎与哈佛结构的一样了。然而从逻辑上说，两者还是有重要的区别。 GPP使用控制逻辑来决定哪些数据和指令字存储在片内的高