DSP数字处理器论文

DSP数字处理器论文（精选9篇）

DSP数字处理器论文 第1篇

几乎在所有的工程技术领域中都会涉及到信号处理问题，其信号的表现形式有电、磁、机械以及热、光、声等。信号处理的目的一般是对信号进行分析、变换、综合、估值与识别等。信号分为两种：一种是连续信号(即模拟信号)，它的幅度和时间都取连续变量;另一种是数字信号，他的幅度和时间都取离散值。一般来说，数字信号处理的对象是数字信号，模拟信号处理的对象是模拟信号。但是，如果系统中增加数模转换器和模数转换器，那么，数字信号处理系统也可以处理模拟信号，模拟信号处理器也可以处理数字信号。这里关键的问题是两种信号处理系统对信号处理的方式不同，数字信号处理时采用数值计算的方法，完成对信号的处理，而模拟信号处理则是通过一些模拟器件，例如晶体管、电阻、电容、电感等完成对信号的处理。

1 核信号特点和数学描述

1.1 核信号的特点

核探测器输出信号是一系列具有特定形状的随机信号。用于能谱测量的探测系统中包括核辐射探测器[7]和必要的前端电路，如电荷灵敏前置放大器等。由前放输出的核信号波形将因前放结构的差异而不同。其中阻容反馈式前放输出脉冲可由双指数函数表示，其幅度归一化形式如式(1)[1]

式中，τ1和τc分别为双指数形信号的快慢时间常数，其上升时间τr和衰减时间τf是由τ1和τc共同决定的k1和k2系数因子。

开关复位式前放输出脉冲形状为一系列具有快指数上升沿的阶跃信号的堆积。其中每个信号经幅度归一后可表示为如下的形式[1]

式中，u(t)为单位阶跃函数,τ为时间常数。

1.2 核信号的统计特性可以下列各式表征

1)核事件计数率和相邻两事件发生时间间隔的泊松分布描述：

式中，P表示核事件发生并引起探测器计数的概率，M为计数值的数学期望。

时间间隔为t的脉冲发生的概率dP(t)可表示为：

相邻脉冲平均时间间隔t和间隔t的方差σt2

2)探测器实际输出脉冲幅度的高斯分布：

式中：P(V)为幅度V的波形发生概率，为探测器输出脉冲幅度平均值,σ幅度标准差。

3)噪声特性描述[2,3]

叠加在信号上的噪声由δ噪声和阶跃噪声两部分组成(a噪声和b噪声)，其频率特性如下式所示：

式中，a为δ噪声(a噪声)系数,b为阶跃噪声(b噪声)系数。其中a噪声和b噪声的幅度分别按(0,σa)和(0,σb)呈高斯分布。

2 核信号数字处理实现方法和流程

核信号是信息的物理表现形式或者说是传递核信息的函数,而核信息则是核信号的具体内容。数字信号处理则是把探测器采集到的核信号用数字或符号表示的序列，通过计算机或通用(专用)信号处理设备，用数字的数值技术方法处理，已到达提取有用信息便于应用的目的。

数字信号处理的直接对象是数字信号，处理的方式是数值运算的方式，是它相对模拟信号处理ya(t)具有许多优点xa(t)，数字信号处理系统的基本组成，系统首先把模拟信号变换成数字信号，然后用数字技术进行处理，最后再还原成模拟信号。这一系统我们可以用图1来表示[4,5,6]。

数字信号处理系统的实现方法主要分为软件实现法、硬件实现法和软硬件结合实现法。本文中主要采用软硬件结合实现法，即利用专用的数字信号处理器(DSP芯片)，通过配置硬件和软件编程，实现所要求的对核信号的数字信号处理任务。

3 基于DSP的核信号分析功能模块改善

一个通用的核脉冲信号分析系统的主要设计目的有：获得高的能量分辨率;高的时间分辨率;减小系统的死时间;克服模-数变换的微分号，或丢弃或加以恢复利用;能够对输入信号波形进行波形判别等。基于DSP的核脉冲分析系统对这些要求的实现方法和模拟技术有很大不同。图2是基于DSP的核信号分析系统的主要功能组成示意图。从实现角度来看，利用数字化技术分析核信号的关键技术可以分为三个部分：一是输入信号的数字化和触发记录，其中触发记录方式的多样性和灵活性是多种分析方法实现的基础。二是数字信号预处理和DSP处理，该部分根据测试分析的目的从采样信号中分析提取所需要的物理信息，例如核信号的能量信息和定时信息，随着DSP技术的快速发展，DSP能够实现的实时分析算法也越来越复杂，随之提取的物理信息的精度也不断提高。第三部分是为了克服AD变换器的微分非线性误差，提高变换精度而采用的法的实现。

研究用全数字化手段处理和分析核信号过程中的重要算法和关键实现技术是相当重要的。Dither是用人为产生的噪声迭加在输入模拟信号上，从而改善ADC性能的一种方法。Dither法可以分为两类：一类是白噪声Dither,第二类是可去除的(subtractive)的白噪声Dither。通过仿真和电路设计试验,分析了数字核信号的移动积分、正交多项式半高斯波形拟合算法和峰值寻找算法,使用环形存储器实现了信号触发后的不同记录方式，使用Dither法改善ADC的微分非线性,以及多级流水线结构设计可以减少系统死时间等。

4 结论

研究用全数字化手段处理和分析核信号过程中的重要算法和关键实现技术是相当重要的。将核信号直接数字化,并记录在存储器中,再用DSP对数字化的核信号进行分析,这种方法相对于以往的模拟技术,无论在灵活性方面还是在应用新的分析手段方面都具有绝对优势。但如果系统的总体结构设计不好,有可能会有大的系统死时间。解决这一问题的有效方法是采用多级流水线结构完成整个处理过程。使用环形存储器实现了信号触发后的不同记录方式，使用Dither法改善ADC的微分非线性,以及多级流水线结构设计可以减少系统死时间等。通过实验对上述主要算法和电路实现技术进行了测试和验证。

参考文献

[1]NicholsonP W.Nuclear Electronics[M].London:A Wiley-Interscience Publication,1974:88.

[2]Goulding FS.Pulse-shaping in Low-noise Nuclear Amplifiers:a Physical Approach to Noise Analysis[J].Nucl Instrum Methods,1972,100:493.

[3]Stoica P,et al.TheSteiglitz-McBride.Indentifica-tion.Algorithm Revisited-Convergence Analysis and Accuracy Aspecrs[J].IEEE AC,1981,26(3):712.

[4]王玉祥.信号与系统[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2000.

[5]程佩青.数字信号处理教程[M].北京:清华大学出版社,2007.

[6]丁玉美,高西全.数字信号处理[M].西安:西安电子科技大学出版社,1994.

双DSP电机控制数字平台设计 第2篇

摘要：和异步机的各种控直接转矩控制目前已经应用到同步机制系统中，由于其采用Bang?Bang控制，长控制周期将导致大电流和大的转矩脉动这两个突出问题，要使控制性能更为优越必然对控制周期提出更高的要求。提高控制平台性能是解决这些问题的有效途径之一。TI公司的系列DSP是电机控制领域常用芯片，针对电机控制设计的事件管理器具有突出优点。3X系列DSP则是性价比很好的通用芯片，浮点运算，数据处理速度快。为此采用双DSP系统结构，从电机控制领域特点出发，利用TMS320LF2407A控制上的强大功能而专注于控制方面的工作;TMS320VC33浮点运算能力强，则进行数据的分析和处理。使用双口RAMCY7C025实现双机之间的高速数据交流和通信，使得不同MDSP优势充分体现，协同工作，大大提高控制平台的性能。

关键词：电机控制;直接转矩控制;双DSP;双端口RAM;通信

引言

直接转矩控制[1]是目前广为研究的电机控制理论之一，已在异步机上取得了成功，而在同步机方面的应用也已有了一定发展[2]。由于该理论直接对转矩进行控制，故瞬态性能得到了显著的改善。但是，由于其采用的是Bang?Bang控制，控制周期过长会使电流过大;同时大周期会使转矩脉动加大。为了解决这个问题可以从控制策略上加以改进，比如采用SVM?DTC[3]来取代传统DTC方案;也可以在控制平台上加以考虑，提高处理器速度，缩短控制周期。以单个DSP为核心的控制平台(常见的芯片如TI公司的2000系列)，由于既要完成复杂的算法，还要执行数据采集、控制信号输出、系统保护以及人机交互等一系列操作，无法有效地缩短控制周期。在综合考虑了各种数字信号处理器的性能之后，决定采用双DSP并行工作的体系结构;并同时考虑到该控制系统的`特点，即在每个控制周期内两个DSP之间交换的信息很少，不同于诸如图像采集系统[4]那样，需要大流量的数据交换。由此采取了一系列特殊的设计思想。首先，在芯片的选型上兼顾了各自不同的特点，即专用于电机控制领域的芯片TMS320LF2407A专注于控制;高速通用数据处理芯片TMS320VC33则着眼于复杂算法的实现，从而充分利用了各自的特点。其次，针对电机控制这一特定领域，需要采集的数据相对较少，同时反馈的也只是计算结果，即PWM波发送策略，并无大量中间结果，因此，需要考虑的重点是控制方法的实现，和数据采集的实现必须占用尽可能少的资源。同时由于数据量较少，可以用较小的代价来实现数据的冗余，使得数据处理时更加灵活和方便，DSP之间并不一定保持同步工作状态。为了实现两个DSP之间的数据交换和通信，选择了双口RAM作为两者之间的媒介。并从硬件和软件上相互配合，避免存储空间争用[5]的同时，使得数据存储过程尽量少耗费各种资源。

1 硬件系统构成

TMS320LF2407A最突出的特点在于其事件管理器模块：共有两个事件管理器EVA及EVB，提供了8个16位脉宽调制(PWM)通道。这些都是针对电机控制而设计的，在PWM波的产生上相当方便可靠;可编程的PWM死区控制可以防止上下桥臂同时输出触发脉冲而导致直通。同时每个模块还提供了两个外部引脚PDPINTA和PDPINTB，当该引脚上出现低电平时事件

数字信号处理器DSP的发展和现状 第3篇

在数字信号处理器之前的处理器主要有两种, 一种是通用计算机核心的中央处理器CPU, 另一种是微控制器MCU。这两种处理器的在进行大量运算时都面临技术瓶颈, 一种高速的数字信号处理的器件亟待产生。那个时候, 数字信号处理的理论已经有了, 像滤波器、编码解码等对于乘法、浮点运算要求很高, 如果用通用CPU来处理的话, 指令非常多、效率比较低;而如果在处理器中就有这样一个乘加结构, 数字滤波器就可以在一个指令中完成而达到实时的处理结果。由于技术与大量运算相关, 每秒完成百万条指令运算就变为一个新的单位每秒百万条指令) 。早期DSP出现时采用了NMOS工艺, 基于NMOS工艺的芯片会产生大量的功耗, 由于这个原因DSP生产工艺很快转换为CMOS。

数字信号处理是利用专用或通用数字信号处理芯片, 通过数字计算的方法对信号进行处理。与模拟信号处理相比, 数字信号处理具有精确, 灵活, 抗干扰能力强, 可靠性好和易于大规模集成等特点。DSP系统以数字信号处理为基础, 与模拟信号处理系统相比, 其优点:

接口简单, 方便。由于数字信号的电气特性简单, 不同的DSP系统相互连接时, 在硬件接口上容易实现。

精度高, 稳定性好。数字信号处理仅受量化误差和有限字长的影响, 处理过程不引入其他噪声, 因此有较高的信噪比。另外模拟系统的性能受元器件参数性能影响较大, 而数字系统基本不变, 因此数字系统更便于测试, 调试, 及批量生产。

编程方面, 容易实现复杂的算法。在DSP系统中, DSP芯片提供了一个高速计算平台, 系统功能依赖于软件编程实现。当其与现代信号处理理论和计算数学相结合时, 可以实现复杂的信号处理功能。

集成方面。现代DSP芯片都是将DSP芯核及其外围电路综合集成在单一芯片上。这种结构便于设计便携式高集成度的数字产品。

但是DSP的成本一直居高不下, 实现每个MIPS的成本高达10~100美元。高产本使得DSP的推广受到一定的影响。因此, 上个世纪六、七十年DSP主要用于高尖端领域。到了八十年代, 有些公司陆续设计出适合于DSP处理技术的处理器, 于是DSP开始成为一种高性能处理器的名称。TI在1982年发布了第一颗DSP芯片, 名为TMS32010, 这是一个处理速度达5个MIPS的处理器。

首席科学家兼DSP业务开发经理Gene Frantz的一段话:“DSP产业在约40年的历程中经历了三个重要阶段:第一阶段, DSP意味着数字信号处理, 并作为一个新的理论体系广为流行;随着这个时代的成熟, DSP进入了发展的第二阶段, 在这个阶段, DSP代表数字信号处理器, 这些DSP器件使我们生活的许多方面都发生了巨大的变化;接下来又催生了第三阶段, 这是一个赋能的时期, 我们将看到DSP理论和DSP架构都被嵌入到类产品中[6]。”八十年代后开始了第二个阶段, DSP从数字信号处理的概念逐步走向了产品。如同任何新兴事务一样, 新兴的DSP业务也承担着巨大的风险, 如何降低成本成为当时设计师需要考虑的事情。当设计师努力使DSP处理器每MIPS成本降到了低于10美元范围时, DSP开始在包括商业应用在内的各行中不断获得成功。九十年代初, TI推出价格可与16位微处理器不相上下的DSP芯片, 首次实现批量单价每MIPS低于5美元, 但所能提供的性能却比以前提高了至10倍。到九十年代中期, 多家公司跻身DSP领域与TI进行市场竞争。

首家提供可定制DSP, 可定制DSP基于内核的设计可使DSP具有更高的系统集成度, 大加速了产品的上市时间。同时, TI瞄准DSP电子市场上成长速度最快的领域。到90年代中期, 这种可编程的DSP器件已广泛应用于数据通信、海量存储、语音处理、汽车电子、消费类音频和视频产品等等, 其中最为辉煌的成就是在数字蜂窝电话中的成功。这时, DSP业务也一跃成为TI最大的业务, 这个阶段DSP每MIPS的价格已降到10美分到1美元的范围。二十一世纪DSP发展进入第三个阶段, 市场竞争更加激烈。激烈的竞争更加促进技术一直前进, 未来的发展一定会有更加广阔的空间。

DSP数字处理器论文 第4篇

关键词：DSP 自动目标识别(ATR) 并行算法 处理器 软件设计

自动目标识别(ATR)算法通常包括自动地对目标进行检测、跟踪、识别和选择攻击点等算法。战场环境的复杂性和目标类型的不断增长使ATR算法的运算量越来越大，因此ATR算法对微处理器的处理能力提出了更高的要求。由于通用数字信号处理芯片能够通过编程实现各种复杂的运算，处理精度高，具有较大的灵活性，而且尺寸小、功耗低、速度快，所以一般选择DSP芯片作为微处理器来实现ATR算法的工程化和实用化。

为了保证在DSP处理器上实时地实现ATR算法，用算法并行化技术。算法并行化处理的三要素是：①并行体系结构;②并行软件系统;③并行算法。并行体系结构是算法并行化的硬件基础，并行算法都是针对特定的并行体系结构开发的并行程序。根据DSP处理器的数目，ATR算法的并行实现可以分为处理器间并行和处理器内并行。处理器间并行是指多个DSP处理器以某种方式连接起来的多处理器并行系统，ATR算法在多个处理器上并行招待。根据处理器使用存储器的情况，多处理器并行系统又可分为共享存储器多处理器并行系统和分布式多处理器并行系统。处理器内并行是指在单个DSP处理器内通过多个功能单元的指令级并行(ILP)来实现ATR算法的并行化。本文分别对在共享存储器多处理器并行系统、分布式多处理器并行系统和指令级并行DSP处理器上并行实现ATR算法进行了探讨。

1 在共享存储器多处理并行系统上实现ATR算法

在共享存储器多处理器并行系统中，各个处理器通过共享总线对所有的存储器进行操作，实现各个处理器之间的数据通信。而在任一时刻，只允许一个处理器对共享总线进行操作。所以处理器对存储器进行读/写操作时就必须先获得对共享总线的控制权，这通过总线仲裁电路实现。然而，由于所有的处理器只能通过一条共享总线对存储器进行访问，这在处理器数目比较多或者处理器之间频繁交换数据的情况下容易引起总线冲突和等待而降低整个并行系统的运行速度。共享存储器多处理器并行系统的优点是结构简单，当处理器的数目较少时，可以达到较高的加速比。

ADSP2106x处理器支持最为常用的共享存储器多处理器并行系统，组成多处理器系统的每一片ADSP2106x的片内存储器统一编址，任一ADSP2106x可以访问其它任何一片ADSP2106x的片内存储器。由于片内SRAM为双口存储器，因而这种访问并不中断被访问处理器的正常工作。每个处理器片内SRAM既是该处理器的局部存储器，又是共享存储器的部分。在不增加辅助电容的情况下，通过外部总线接口直接相连的处理器数量最多为6个。由于每个处理器的工作程序放在其片内的双口SRAM中，因此各个处理器可以实现并行处理，这是ADSP2106x的存储器结构所决定的。

ATR算法在共享存储器多处理器并行系统中实现时，在编写并行算法程序方面应当重点考虑的问题包括：

(1)均衡地把任务分配给各个处理器

ATR算法在共享存储器多处理器并行系统中实现任务级并行，因此必须把ATR算法划分为计算量均衡的多个任务，把各个任务分配给多个处理器，才能发挥多处理器并行系统的最大并行效率。

(2)尽量减少多处理器之间数据通信

由于多处理器只能通过一条共享总线对存储器进行访问，这在多处理器之间频繁交换数据的情况下容易引起总线竞争而降低整个并行系统的运行速度。

(3)利用单个处理器的并行编程特性

DSP处理器发展及应用 第5篇

目前,DSP芯片主要应用于实时信息处理和实时控制系统。信息处理是以数字信号处理技术发展为基础,对采集并数字化的图像、声音、视频等进行变换、滤波等实时处理,以得到目标信号。实时控制主要应用在高精度伺服电机控制、制导与导航、无人机、机器人控制等对实时性要求较高的控制中,DSP芯片满足了实时信息处理和实时控制对高速度、高可靠性和高灵活性的要求,带动了DSP处理器的发展。

1 DSP处理器的发展历程

DSP含义:digital Signal Processing(数字信号处理:就是用数值计算的方式对信号进行加工的理论和技术)和Digital Sig⁃nal Processor(数字信号处理器:是进行数字信号处理运算的微处理器,其主要应用是实时快速地实现各种数字信号处理算法)。

第一阶段:上世纪60 年代,随着计算机技术兴起,信息处理问题越来越多。数字信号处理技术作为DSP的基础,已经在通信领域得到广泛成熟的应用,为数字信号处理技术在信息处理领域的应用奠定基础。

1965 年Cooley和Tukey发表了标志性文章:《机器计算傅里叶级数的一种算法》,使得FFT算法计算量大大降低。伴随计算机结构取得颠覆性发展,开始由传统的冯诺依曼结构向哈佛结构改进,多总线结构和流水线技术的应用,促成了DSP执行指令速度快,实时处理特点。

第二阶段:上世纪70年代,随着数字信号处理技术的进一步发展,DSP理论和算法初见端倪。数字信号处理的实现是用硬件、软件或软硬结合的方法实现各种算法,由于受电子物理器件的滞后性影响,DSP处理器被束之高阁,而研制出来的DSP处理系统也是由分立元件组成的,仅限于军事、航空航天系统,并未呈现出商业化、规模化特点。

1978年,AMI公司推出了S2811,这是世界上第一个单片第一代DSP芯片,标志着准DSP芯片诞生。1979 年,Intel公司发布商用可编程器件2920。S2811 和2920 芯片内部都没有集成现代DSP芯片的单周期乘法器,但这是DSP芯片的一个重要里程碑。

第三阶段:1980年,日本NEC公司推出第一个具有硬件乘法器的商用DSP芯片MPD7720,从而被认为是第一块真正意义上的单片第二代DSP器件,由于硬件乘法器技术的应用,使DSP的高速计算成为可能,更对以后的DSP结构影响深远。

第四阶段:上世纪80 年代后期,第三代DSP芯片问世,运算速度提高,被广泛应用到通信、计算机领域。上世纪90 年代,是DSP发展的黄金时代,而后第四代和第五代DSP器件相继出现。

当代DSP属于第五代产品,与第四代相比,应用超大规模集成电路技术,系统集成度更高,将DSP芯核及外围元件集成到一块芯片中,在实际应用,为了进一步提高DSP工作性能和处理能力,多核技术成为DSP芯片发展新方向。极高的集成度使DSP芯片,在通信、制导导航和计算机领域的图像处理、实时控制中发挥的作用越来越大,其基本架构如图1所示。

2 DSP芯片在实时信息处理中的应用

DSP芯片以高速信息处理能力著称,并因此在实时信息处理领域得到广泛应用。数字信号处理即对数字量的数学运算,其中包括滤波、变换、检测、谱分析、估计、压缩、识别、检测、调制、解调等内容,其中滤波器设计应用广泛。

2.1基于MATLAB的Filter设计,并求出低通滤波器系数

用Matlab产生频率为1k Hz的正弦信号a和频率为6k Hz的余弦信号b,以及两者的叠加信号c,三信号的抽样频率为16k Hz,a,b,c信号提取到sptool中分析,设计低通滤波器对上述数字信号进行滤波。

(一)在MATLAB中产生a,b,c三个源信号,(单位:k Hz,其中u∈(0,255)):

a=sin(2*pi*u*1/16);b=cos(2*pi*u*6/16);c=sin(2*pi*u*1/16)+cos(2*pi*u*6/16);

(二)根据低通滤波器要求,利用fdatool工具设计低通滤波器,fs=16k Hz,fpass=0k Hz;fstop=6k Hz;Apass=1db;Astop=75db;

(三)b,c信号分别通过低通滤波器,并由MATLAB仿真,c信号通过低通滤波器后得c OUTPUT(即源信号a)如图2;高频分量(源信号b通过LOWPASS低通滤波器得b OUTPUT)被滤掉,低频分量(源信号a)被保留,如图3。并由MATLAB可得到低通滤波器系数,方便用于DSP实现低通滤波。

2.2基于realtime试验箱TMS320的FIR低通滤波器设计

使用CCS5000编程实现低通滤波器操作,采用C语言编写子程序如下:

基于TMS320 的FIR低通滤波器实验效果图,输入信号如图4,输出信号如图5:

3 DSP芯片在实时控制中的应用

DSP芯片在当代电机控制中应用广泛,应用领域包括:伺服电机控制、步进电机控制、直线电机控制等,其实时性能优异,在电机调速中应用普遍。电机调速方式很多,包括:电磁调速、电阻调速、齿轮调速以及变频调速等,而随着PWM(PWM:Pulse Width Modulation)变频调速技术的应用,DSP在PWM调速控制中功不可没。

3.1 PWM调速原理

电动机转速公式:n=(U-IR)/KФ;n:电机转速;I:电枢电流;U:电枢端电压;R:电枢电路总电路;K:电动机结构系数;Ф :总磁通量。注意:此处为了方便理解采用正逻辑说明,而实际中为了不影响芯片正常工作常使用负逻辑。电机调速分为励磁控制调速法和电枢电压控制调速法,当采用励磁磁通调速法时,若要求低速,则要求Ф足够大,而实际中励磁磁通受饱和限制而不能实现理想的低速;若要求高速,会受电机结构的限制而不能达到足够高速。故在实际中,经常采用的是电枢电压控制调速法。

现代电枢电压控制调速法常采用PWM调制技术进行调速,即控制通断电的时间:U0=a×Us,U0:电机平均驱动电压;t1/T:占空比;Us:脉冲电压,根据驱动电压公式可知:在Us不改变的情形下,t1/T占空比改变会导致电机驱动电压U0 值改变,故通过控制占空比,从而达到电机调速的目的。占空比调节时,t1(高电平时间)、t2(低电平时间)和T都可以改变,但控制脉冲频率与系统固有频率相接近时,会引起震荡,因此在电动机控制中,常使用定频调宽法,即T不变,调节t1和t2的大小。

调速控制原理:

(1)当电动机正常运转时,给出低电平信号(为了保证DSP芯片的正常运转,我们通常采用灌电流方式,采用负逻辑),低电平信号通过栅极,控制MOSFET导通,此时电动机正常运转;

(2)当需要调速时,用软件设置DSP芯片端低电平时间,即:占空比a=t2/T;

(3)根据电枢的平均电压U0公式:U0=a×Us,改变低电平的时间,实现调速。

3.2基于realtime试验箱TMS320的直流电机PWM调速设计

调速子程序如下:

4 DSP芯片的发展趋势——DSP处理器与微处理器融合

科技源于生活,生活推动发展。手机已融入我们的生活,随着移动互联技术的发展和普及,手机已超出移动通信的简单功能,玩手游、定外卖、网购、收发文件,成为连接世界的窗口,新技术不断让信息时代重新定义。一切的进步,无不得意于数字处理芯片和微处理器的快速发展。要实现人机交互的现代电子设备,就需要具备信息处理能力,移动数据端作为大数据处理端,对信息处理速度要求不断提高,移动数据端智能化和微型化要求不断对新处理器提出挑战。DSP处理器是信息处理中枢,是移动数据端声音、音频、视频、图像的处理工厂,对复杂的大数据做出及时的处理,并及时与微处理器进行通信。微处理器作为智能控制的核心,对系统资源、数据流、I/O模块、总线等进行实时管理,合理分配各项系统资源,实时的管理DSP处理器。

DSP处理单元作为微处理器的一部分,分享内存区域,作为微处理器的一部分,并行于CPU,接受CPU控制,通过内总线与CPU通信,缩短通信时间,精简系统硬件结构,增加系统集成度,不断趋向于批处理、高集成、快速度,使之更加适合移动通信终端的使用,在未来通信互联终端中必将具有广泛应用前景,为人们带来更加便捷的通信、娱乐、学习、生活体验。

5 总结

基于DSP数字型变频调速系统 第6篇

数字信号处理器(DSP)是高速专用的微处理器,运算功能强大,数据传输速度快,在数字控制领域应用广泛[2]。TMS320C240是目前应用于数控领域性能最好的DSP芯片[1],它是专门为电机控制设计的,它内部自带了PWM输出单元,具有适时运算能力,并集成了电极控制外围部件,使设计者加较少的硬件设备,就可以构成最小目标控制系统,从而可以降低系统费用和成本。PWM逆变器开关器件采用新型IGBT器件,具有开关频率高、驱动功率小、线路简单等特点。日本富士EXB840为系统驱动器,这是专门用来驱动IGBT的驱动模块,由控制电路输出的PWM控制信号经驱动模块EXB840控制IGBT1-6的通断,实现调压调频,从而控制电机的转速。本文选用以上数字器件进行了交流电动机变频调速系统设计,它具有调速范围宽、效率高、动态性能好等特点,被广泛地应用在交流调速领域。

1 系统的总体构成

基于DSP数字型变频调速系统的结构框图如图1所示。

该系统主要由主回路部分,控制电路,检测部分三部分组成,还附有必要的外围电路。主回路主要是把电网电压经过整流和逆变,送入交流电动机,并通过控制电路控制逆变器开关元件的开断,实现电动机的调速。控制电路把检测电路采集到的电压、电流和转速等信号送入DSP芯片中,进行矢量控制算法运算,再输出控制信号控制主回路逆变器,同时通过键盘控制经DSP处理后显示电动机的运行状态。

2 硬件设计

2.1 主回路

采用电压型PWM变频器的主回路。这种变频器先将电源提供的交流电通过整流器变成直流,再经过逆变器将直流变换为交流电。应用不控整流、PWM逆变器调压变频的交-直-交变压变频装置,该结构可以较好地解决输入功率因数低和输出谐波大的问题。PWM逆变器开关器件采用IGBT,它是一种新型全控电力电子器件,综合了MOSFET和GTR的优点,开关频率高,驱动功率小,线路简单的特点。主电路结构如图2所示。

2.2 控制回路

控制电路的核心采用D S P芯片中的TMS320C24*系列,它是专门针对电机控制而设计的,本系统中应用TMS320C240芯片。C240含有操作速率为2010条指令1s的CPU,片内含有16KB程序存储器(ROM),544B数据存储器,双十位A/D转换器,它含有同步串行外设接口(SPI),异步串行通信接口(SCI),备有四种掉电模式,采用基于仿真头(JTAG)扫描的仿真技术;它提供的脉宽调制(PWM)及I/O接口,可以用于驱动各种类型的电机。它包含了3个起/停定时器和9个比较器,并辅以灵活的波形发生逻辑,可产生多达12路PWM输出;它还支持对称的和非对称的PWM生成能力以及空间矢量PWM状态装置,以实现功率开关器件的优化方案;它能以比较低的功耗延长使用使命,它还包括死区发生单元,从而有助于保护功率器件;此外,事件管理器集成了4个接收输入端,其中2个可用于光电编码器正脉冲的直接输入。C240内部框图如图3所示[1]。

该控制电路的算法采用矢量控制算法,把采集的电压,电流信号和速度信号同时送入TMS320C240芯片中,在C240中经过比较器和函数库进行矢量运算,输出控制信号[4]。

2.3 驱动电路

应用日本富士电机的E X B系列驱动器EXB840,作为该系统的驱动器,这是专门用来驱动IGBT的驱动模块。该模块的特点是内部装有2500V的高隔离电压的光耦合器,有过电流保护电路和过电流保护输出信号端子,另外,可以单电源供电。由控制电路输出的P W M控制信号经驱动模块EXB840控制IGBT1-6的通断,实现调压调频,从而控制电机的转速。EXB840驱动器的内部结构和脚码说明如图4所示[3]。

2.4 检测电路

电压、电流检测均采用霍耳元件,其特点是可实现隔离,而且交直流均可检测,精度高,但需要外接电源,价格较高。转速检测采用光电编码器,这是一种位置检测器。

3 软件设计

DSP程序的编写可以用汇编语言,也可以使用C语言。一般来说,采用C语言设计的开发周期短,效率较高,并且移植性好,利于实现模块化、组态化的设计目标,所以设计中的程序也是用C语言编写的[4]。主程序流程图如图5所示。

4 结论

将设计的变频系统运用于电梯运行控制系统中,由于电梯经常需要处于正反转、反复起动制动过程中,要求电动机在各种负载下都有良好的调速性能和准确停车性能。本设计采用全数字芯片实现交流电动机的变频调速系统,能够在规定时间周期内采集数据、信息、发出控制信号,并且能在准确的时间内达到目的要求,完全能够满足电梯乘客的舒适感和平层精度要求。此外,该系统结构紧凑、体积小、重量轻、可靠性高、功能强、成本低等优势赢得广大用户关注,已广泛用于冰箱、空调、洗衣机等家用电器及风机、泵或一般工业变速传动控制中。

参考文献

[1]TMS320C2407A DSP controller,TI,2002.

[2]陈林,熊有伦,侯立军.基于DSP的变频调速系统设计[J].电工技术杂志,2002,(03):9-11.

[3]林雪岩,付兴武.基于DSP的全数字式变频调速系统[J].电气时代,2004,(12):139-140.

基于DSP芯片的数字控制系统综述 第7篇

关键词：DSP芯片,数字控制,模拟电子技术

传统的控制系统或者信号处理都是利用模拟电子技术来进行设计, 相关硬件设备和装置都是利用电容、电阻和集成运算放大器来构造。然而, 随着社会高速信息化的快速发展, 我国逐步进入数字化的时代, 数字信号处理技术逐渐发展成熟并得到了广泛的利用。数字信号处理器 (DSP) 作为模拟信号和数字信号转换的实时专用的一种处理器, 处理速度是CPU的10-50倍。如今, DSP已成为计算机、通信和一系列消费产品等领域的基础器件。

1 典型控制系统的组成

比较典型的闭环控制系统主要有控制器、传感器、被控对象这些基本模块构成。制器会依据系统指令与传感器采集到的反馈信号进行比较, 此过程中会不可避免的产生误差。控制算法会相应的计算出修正信号来使误差降低到最小, 从而是系统能够获得最佳的输出, 此过程可以采用单独的模拟技术、数字技术、或两种技术的混合完成。

通常传统的控制系统只包含两个核心的模块:被控对象和控制器。控制器包含了很多个子系统, 它的核心器件则是控制处理器。控制处理器能够实现控制算法的各种功能, 由于控制算法各自不同, 所以控制器也存在着许多种不同的形式。近代的控制方法形式非常多, 比如神经网络控制、适应控制等都能够用来进行设计控制系统。控制方法的形式多样, 主要体现在由不同的数学方程式和流程控制指令组成。

2 DSP的特点

数字信号处理系统具备数字处理的一些特点, 和其他的处理器相比还具有一些明显的优点, 具体表现在以下几个方面。

2.1 可靠性较强

DSP系统主要是利用数字处理技术, 所以和模拟电子技术不同, 温度和噪声对系统的影响不大, 系统稳定性好, 并且故障率也较模拟系统低。

2.2 集成化成度较高

DSP系统中包含的CPLD、DSP芯片和FPGA都是高集成度的产品, 适于大规模的集成和生产。

2.3 灵活性很好

传统模拟系统主要依靠元器件来改变性能, 而数字系统主要是数字信号处理技术的影响, 可以很方便的用于测试、调试和生产, 灵活性较模拟系统高了很多。

2.4 接口方便

现代控制系统主要是以数字技术为基础, 因此针对DSP系统, 接口都是兼容的, 因此很方便。

3 基于DSP为基础的数字控制系统

传统模拟电子技术能够用来构成结构较简单的控制系统, 如果控制系统的算法比较复杂, 则传统的模拟电路很难实现。因此, 以数字信号处理器为核心的数字控制方式是当代设计控制系统的一种主流发展趋势。

基于DSP为基础的数字控制系统具备一些不错的优点。

(1) 系统的主要控制算法是采用软件来实现的, 不像传统的控制系统采用各种模拟电子元器件来设计, 因此针对较复杂的控制算法, 此数字控制系统具有明显的优势。

(2) 不同控制算法的实现, 我们只需通过修改相应的软件模块即可实现, 而不需要进行硬件电路的更改。此方法可大大降低整个系统的成本花费, 同时也可以更加方便、灵活、简单。

(3) 由于数字控制系统的硬件设备没有模拟电路那么复杂, 因此降低了系统的重量、体积与功耗。此种系统可靠性较模拟电路更高, 并且能够很简单的就可进行测试与维修, 抗干扰性较强。

控制系统采用DSP的主要一个优势即是系统中不存在较复杂的硬件电路, 可以通过软件程序来取代实现相应的功能。随着现代大规模集成电路的发展, 芯片的成本也越来越低。由于CPU具有较高的处理能力和存储器的容量较大, 此些硬件设备都能够在较短的时间内实现比较复杂的相应控制算法。因此, 此系统中用来实现控制功能需要的硬件, 成本都是比较低的, 可以很好的节约成本。

在工业自动化的应用中, 广泛采用的都是一些较复杂的控制系统。比如机器人自动控制、CNC。在国防工业的相关产品中, 比如导航与导弹, 可靠性要求都需非常高。为此, 我们采用DSP为基础的控制系统取代传统模拟电路构成的控制系统, 很多方面的性能得到了很大的提升。而且由于此系统的硬件电路部分是非常高密度的, 这可以大大削弱电路系统中由于高电流与电压的变化对电路所造成的影响。此系统中, 可以较简单的屏蔽控制芯片, 各种信号产生的噪声也能很简单的过滤掉。

我们在采用模拟电路设计控制系统中存在的一些问题, 比如漂移现象都可以在进行数字电路的设计中有效的避免。通过DSP软件实现的数值计算不会随着各种外在条件对硬件电路的影响而相应变化, 计算都是肯定正确的, 而且还可以针对存在的截断等相关问题采取调整相应的比例来有效解决。

4 结论

本在对控制系统的基本组成部分做了一个简单的介绍之后, 开始分析典型的控制系统模型, 然后针对现当代社会广泛采用的基于DSP为基础的数字控制系统进行了分析, 并将它同传统的模拟信号处理系统进行比较。DSP利用的数字信号处理技术由于具有抗干扰能力强、可靠性强、灵活、方便等特点, 采用软件事项相应的功能, 较传统的模拟电路体现了明显的优势。相信, 在控制系统的发展中, 基于DSP为基础的数字控制系统前景越来越好。

参考文献

[1]廖娜.DSP应用技术综述[J].科技信息, 2009 (02) :78.

[2]卢英.超大规模数字系统控制器的验证实现[J].计算机技术与发展, 2008 (05) :50.

DSP数字处理器论文 第8篇

开关电源是利用现代电力电子技术, 控制开关管开通和关断的时间比率, 维持稳定输出电压的一种电源, 包括脉冲宽度调制 (PWM) 控制IC和MOSFET两部分。与其它类型电源相比它不仅具有体积小和重量轻的优点, 开关电源的效率也更高, 因而开关电源被广泛应用于各个电子领域, 如家电行业、交通设施、工业设备等等。随着数字技术的发展, DSP芯片技术日益成熟, DSP芯片的功能也日益强大和完善, 性价比不断上升。DSP芯片技术的完善也为开关电源应用数字控制提供了可行性方案。本文就基于DSP的数字开关电源的设计与实现进行探讨。

1 DSP概述

DSP (数字信号处理器) 是一种依靠数字运算处理信息的独特微处理器, 工作原理如下:模数转换器接受模拟信号后再将其转换成0和1的数字序列, 再对其进行数字滤波、IFFT等数学运算处理[1]。并结合相应的控制算法将数字信号生成相应的控制量, 最后经过数模转换器或者PWM信号将其转换成所需的形式, 例如通过数模转换器将控制量转换成模拟信号。DSP的可编程性灵活、计算能力强, DSP最高可执行数十亿条各种类型的计算指令, 其执行能力远远强于其它处理器。

2 基于DSP的数字开关电源硬件整体设计

基于DSP的数字开关电源系统是一个综合性很强的系统, 它由硬件系统和软件系统组成, 基于DSP的数字开关电源开发过程设计电子工程、软件工程等多个方面的知识。本文结合飞思卡尔公司生产的MC56F8323开关电源, 介绍基于DSP的数字开关电源系统硬件设计。

基于DSP的数字开关电源的硬件系统由EMC模块、PFC模块、DC-DC模块、控制器模块、驱动电路五个部分组成, EMC模块消除可消除200V市电的共模和差模的干扰, 同时减少开关管产生的高频干扰进入市电, 从而减少市电受高频干扰的程度[2]。PFC模块的功能为提高电源的功率因子, 减少无功功率;DC-DC模块负责对不同的电压进行转换处理, 将不同的电压转换成适宜的电压, 再输出电压。控制器模块负责电压和电流采样工作;监控直流电压稳定输出情况, 并实时反馈电压输出情况;反馈电源实施运行状态, 采取智能控制措施;与主机通信。驱动电路的功能在于将MOSFET转换成所需的电压, 并提MOSFET的驱动能力。

3 基于DSP的数字开关电源硬件系统主要模块设计即实现

3.1 EMC及整流电路模块

EMC模块消除可消除200V市电的共模和差模的干扰, 同时减少开关管产生的高频干扰进入市电, 从而减少市电受高频干扰的程度。整流电路负责处理交流电, 将交流电的负半周转变成正半周, 从而将交流电转变成脉动直流电。EMC及整流电路结构包括热敏电阻、差模电容、共模电容、工模变压器、整流桥几个主要部分。热敏电阻属于保护装置, 由于系统启动初期的电阻较大, 但是输入的电流量较小, 电阻过大会导致系统发热严重。而且随着电阻逐渐减少, 系统通过的电流量会逐渐增加, 通过的电流处于较高水平。热敏电阻可以降低启启动时产生的冲击电流, 防止插座出现打火现象, 保护电源和插座安全, 避免引发火灾或其它危害。差模电容和共模电容设计需根据需求设计。虽然差模电容和共模电容越大, 其效果也越好。但是, 如果差模电容和共模电容越大, 接地电流也越大, 安全风险也越高。一旦接地保护措施不完善, 容易出现触电事故。因而差模电容和共模电容容量不得超过1n F。共模变压器的作用在于消除共模和差模干扰, EMC及整流电路模块通常具有两个共模变压器, 如果两个共模变压器的线圈匝数相同, 极性相反。在输出电流不相等情况下, 则容易产生较大的磁通, 并与电容共同形成滤波器, 抑制共模干扰。整流桥的作用为将交流电转变成脉动直流电, 再输入PFC电路中[3]。

3.2 PFC模块电路设计及实现

PFC模块电路的主要器件有电感、MOS管、二极管三个, 由于在MOS管道通路是, 二极管需承受400V电压, 而且二极管的导通与截至频率更高, 因而要选择恢复能力更快的二极管。同理, MOS管也需要承受高压, 因而要选择内阻更小的MOS管。而在电感的选择上, 要根据最大情况下的磁化强度选择电感, 避免出现磁饱和情况。

3.3 主DC/DC电路模块

由于通常情况下, 开关电源的输入电源远远高于安全电压, 因而应设计为隔离电源, 隔离输出直流低电压和输入高电压。隔离电源设计结构单端反激和正激、半桥式和全桥式、双端正激式隔离电源扑拓结构。每种扑拓结构由各自的优缺点, 如单端反激适用于100W以下的开关电源;双端反激结果多用于开关管耐压性低于输入电压的开关电源上。单端正激结构设计使开关管承受的电源压力较高, 通常为电源压力的两倍。如果开关管耐压性较高, 而MOS管的导通电阻则会很小, 这种设计方式不利于高校转换输入电流电压。双端正激结构设计采用双开关管, 这种设计可以让开关管分别承受一个电源电压, 这种设计方式的成本及效率高较高。半桥式结构设计也采用双开关管设计方式, 但是初次线圈的电压较低, 而电流却更高, 因而半桥式结构设计方式的效率不高。半桥式结构设计的优点在于在相同功率下, 半桥式设计方式可选用更小的芯片[4]。全桥式结构采用4开关管, 它同时具备正激式和半桥式结构的优点, 多用于功率超过1000W的开关电源。

3.4 内置A/D转换模块设计与实现

由于该MC56F8323内置A/D转换功能模块, 因而无需转换芯片。内置A/D转换模块电路设计可采用BAV99作为保护电路, 并设置安装低通滤波器降低噪声。由于DSP位于低压二次测, 需要将一次侧的电流信号隔离放大后才能输入二次侧的AD内采样。

3.5 内部PWM模块

硬件系统所需的PWM信号只有两路互补PWM信号, 一路同步整流电路, 另一路是DC/DC开关管。因而内部PWM模块需要使用4路PWM信号, 并使用驱动电路提升DSP输出PWM信号驱动能力。PFC电路及DC/DC开关管位于一次侧, 需采用隔离驱动处理;位于二次侧的同步整流信号则无需采用隔离处理[5]。

4 结语

虽然DSP芯片结构设计复杂, 制造成本更高、控制技术难度大且不容易掌握, 而且部分单片机的可以实现部分DSP芯片功能。但是基于DSP的数字开关电源具备数据处理能力大、数据处理速度快、控制能力强且可以实现实时控制, DSP强大的数据处理能力和控制能力是其它技术所无法比拟的。DSP技术可以快速满足各种复杂的控制算法, 从而很好的实现对电源的控制, 满足开关电源的各项需求。而且扩展能力和可控性更强, 升级维护简单。因而基于DSP的数字开关电源在未来仍具有极大的发展前景, 值得相关人员深入研究。

摘要：DSP技术具有强大的处理能力, 将DSP应用于开关电源设计可极大的提升开关电源的性能。本文首先介绍DSP技术, 再结合MC56F8323, 分析基于DSP的数字开关电源的硬件设计。最后, 基于DSP的数字开关电源的硬件系统中EMC及整流电路模块、PFC模块、主DC/DC电路模块、内置A/D转换模块、内部PWM模块5个主要硬件模块的设计与实现方法 。

关键词：DSP,开关电源,MC56F8323

参考文献

[1]胡时高, 虎恩典, 丁晓军, 刘勇.基于DSP控制的数字开关电源设计[J].制造业自动化, 2014 (11) .

[2]张国龙, 郑琛瑶.DSP数字控制开关电源设计及控制算法研究[J].现代电子技术, 2014 (21) .

[3]王爱玲, 房亚民, 冯晶.基于DSP控制的数字开关电源综述[J].通信电源技术, 2012 (01) .

[4]李飞亮, 张琳洁.基于DSP的大功率数字开关电源设计[J].电子技术, 2011, (12) .

DSP数字处理器论文 第9篇

随着嵌入式系统的发展,数字化影像采集及处理系统越来越广泛的应用于生产生活与工作当中,在消费电子、工业监控、军事等领域都可见其身影,而随着芯片性能的高集成度,系统的整体体积也变得越来越小,这使得移动可视通讯技术迅速发展起来,图像传感器是数字摄像头的重要组成部分。下面将分别介绍系统软件整体的设计框架和核心思想。

1 DSP固件的功能介绍

当连接到电脑主机上时候,它将充当信息传送员,将FLASH中的PID/VID以及固件版本号等相关信息搬入DSP内部存储器,并传给主机;当主机打开摄像头视频程序的时候,它将告诉设备初始化作业,将DSP重置,并指挥DSP选择片外FLASH作为寄存器收发指令;当PC给出分辨率变更的指令时,固件将起到协调数据传输的作用,当然,一些用户发出的图像参数上的调节指令,最终也是通过固件完成的,所以对其设计至关重要,其固件可以用C语言汇编语言进行编写。

2 DSP固件设计

2.1 DSP系统初始化

DSP系统初始化主要是完成以下两个部分的工作,首先是对DSP自身进行初始化作业,其次则是对USB控制芯片进行初始化作业。

2.2 CMOS图像传感器初始化

程序对CMOS图像传感器进行初始化就是对芯片内部的寄存器进行赋值设置。通过对内部寄存器的赋值,我们可以得到一些比较理想的影像参数,如白平衡、色温控制等等。通过寄存器地址的赋值,我们可以得到曝光强度的区间范围及曝光时间参数的设定。

3 图像处理算法

3.1 数字图像处理技术简介

数字图像处理又称为计算机图像处理,其目的是改善图像的质量,它以人为对象,以改善人的视觉效果为目的。图像处理中,输入的是质量低的图像,输出的是改善质量后的图像,常用的图像处理方法有图像增强、复原、编码、压缩等。

图像处理的研究内容很多,如图像的边缘提取、图像的分割、图像增强、图像恢复、图像编码压缩等等,这里介绍一下本系统所涉及到的内容-图像恢复,应用的处理算法为图像插值算法。

3.2 图像插值算法

就是指对图像中数据丢失的局部区域进行修补填充,以恢复图像的完整性和原有的视觉。常见的插值算法有邻阈插值法、双线性插值法,立方卷积法等等,以上三种插值法插值后的图像质量较差,尤其是对图像边缘的处理会出现模糊现象,但对不改变图像大小,而是改变图像质量,减少坏点和补亮暗点的部分,是可以接受的,这里仅介绍一种弥补坏点,减少亮暗点的插值思想。

CMOS图像传感器将A/D转换后的信号数据传输给DSP,DSP比对判断这些信号数据的完整性,若数据完整,则通过调取FLASH中的设定值赋予数据并传给USB总线到PC,若判断数据有缺陷,则将该缺陷值与其邻近8点的信号数据进行比较,最后插值一个比较合适的值赋予该缺陷值,得到一个完整的数据,经过处理传输给USB总线。

4 完整的信号处理

最终数据信号会通过USB数据总线传输给PC机,PC通过系统影像译码程序解读出来进行数字图像的显示。

4.1 5V电压通过USB总线送给摄像头后提供DSP的电源-

LDO开始工作,DSP开始做内部存储器的初始化,期间通过I2C读取EEPROM内记录参数,再通过USB信号送出请求,和PC完成沟通,并提供PID,VID等信息。

4.2 当需要预览视频时候,DSP通过PWR_DN打开提供CMOS

图像处理器电源的LDO,VDDA_SEN&VDDD_SEN输出,这时候,CMOS图像传感器开始做内部初始化,通过SEN_CLK,RESET,S_PCK,I2C等信号配合完成,并打开相应的输入输出准备接受CMOS图像传感器的数据信号。

4.3 CMOS图像传感器初始化完成后即开始进入光电转换动作,

通过micro lens将光信号转化成相应电压当量信号,再透过ISP处理后从D0~D7并行送出,期间需要VSYNC和HSYNC的配合完成。

4.4 D0~D7从CMOS图像传感器传输给DSP后,DSP会加载

FLASH中所早已经写好的初始参数,对信号数据进行微调,并通过USB控制芯片传送到USB总线,传输给PC,PC则通过软件的译码,转换成PAL或者NTSC等制式的仿真影像输出。

在当今的数字化时代背景下,DSP已成为通信、计算机、消费类电子产品等领域的基础器件,被誉为信息社会革命的旗手。业内人士预言,DPS将是未来集成电路中发展最快的电子产品,并成为电子产品更新换代的决定因素,它将彻底变革人们的工作、学习和生活方式。

参考文献

[1]张卫宁,粟华,马昕.DSP原理与应用教程.北京:科学出版社,2008.

[2]任建国主编,张家祥,徐从启,孟志强,李益华.DSP开发技术实例与技术.北京:国防工业出版社,2007.