DSP的应用现状及发展前景

安徽广播电视监测台 张理康



DSP的应用现状及发展前景

安徽广播电视监测台 张理康

DSP作为数字信号处理器将模拟信号转换成数字信号，用于专用处理器的高速实时处理。它的工作原理通过将现实世界的模拟信号转换成数字信号，再通过一系列的数学公式计算出结果。它具有高速，灵活，可编程，低功耗的界面功能，在图形图像处理，语音处理，信号处理等通信领域起到越来越重要的作用。

1 DSP在电力系统应用

1.1 电力系统模拟采集和测量中的应用

电力系统在进行计算机运用中使用EMS/DMS/ SCADA等软件处理，而SCADA的基础组成部分就是电力系统的数据采集和测量。传统的模拟采集由主发射机PT和电流的CT量而得到直行，再进行A/D转换后将数据输入给计算机。电力系统施加交流采样技术后，通过PT，CT转换，每个周期使用DSP处理算法，计算相应的电压和电流有效值，减去变送器的转化环节。这使得RTU的分布式分散布置迅速发展，而且还提供了集成的优化工具，用于实现变电站自动化的功能。

1.2 继电保护中的应用

中国的电力系统应用主要用于单芯片CPU的计算机保护产品，由于系统中使用的硬件资源限制了计算能力，它的系统数据抽样和采样速度不能得到使用的需求。这样当系统在异常工作条件下进行测量时系统参数的处理速度和准确度方面不能达到所需要求，一些复杂的算法使得常规CPU保护产品也无法准确的计算出来。基于DSP有着良好的数据采集和处理应用，其强大的运算能力和硬件的特殊设计使得它在运算过程中非常的方便实用，在继电保护方面尤为突出。目前，大多数采用DSP+ MCU的结构，DSP和资源丰富的有机结合单片机数字处理能力的新一代保护的同时实现快速和强大的实时性。

1.3 变电站自动化的应用

变电站系统是一个综合性系统，使用的自动化部件较多，系统中的模拟数字电路比较分散，对各类器件的运算实时性要求较高，而DSP能够快速捕捉数据运算中的各类变化，准确处理各种反应出来的信息，特别是在系统需要进行并行处理多项任务处理工作时，其优异的性能使得使用起来灵活方便，在其结构件上存在的接口让通信界面易于扩展，并且由于接口的多样性，在对网络数据监控和信息提取上更容易。DSP的硬件设计简单，属于集成型产品，这样产品质量可靠性得到了大幅度的提升，更适用于无人值守的水电站系统中。

2 DSP在数字通讯技术领域的应用

2.1 多媒体通信中的应用

多媒体包括文字和语言处理，图像图形呈现等数据介质。一般情况下在视频数据和音频数据的传输数据比文字传输过程中的数据要多得多，媒体数据传输产生的信息量是巨大的，当前情况下采用先进的压缩算法，首先对数据量进行采集然后进行压缩以节省存储空间，同时提高通信线路的传输效率，这样使得多媒体通信系统得以高速运转，断点率较低。多媒体网络终端在整个过程中需要对获取的信息量进行快速分析和处理，因此DSP被运用在语音编码，图像压缩和减少语音通信上。如今DSP对于语音解码计算产生实时效果，设计协议要求已经成为最基本的一条国际标准，正在对移动语音的压缩和调制解调器进行尝试性的使用。目前设计的DSP完全有能力实现低频移键控，相移键控调制和解调以及正交幅度调制和解调等的各项功能，在多媒体应用中得到长足发展。

2.2 软件无线电的应用

软件无线电是一种新的无线通信技术，它的工作原理就是基于客户的需求，使用相同的硬件平台，通过安装不同的软件，实现更灵活的多波段无线通信功能，再通过相应的技术转换进一步扩展到有线世界中。DSP技术经过近几年的发展和应用，出现了功率消耗较低，运算处理较快的DSP芯片，这样就使软件无线电的大面积发展可行性成为现实。软件无线电系统结构比较简单，硬件条件基本不变，而对软件进行修改来实现互操作性的功能。它主要组成部分分为电源，天线，多频段射频转换器，A/ D/A转换器和DSP组件。关键步骤是可编程的DSP取代一个专用的数字电路，所述系统的硬件结构和功能相对独立。这就要求DSP设计软件存有不同的通信功能，可调节的工作频率，互换的调制和信源编码控制，让软件无线电系统灵活性大大增强。

3 DSP在工业控制领域的应用

随着工业控制领域的不断发展，基本实现了人工智能技术，计算机传感技术等，从而使工业机器人的研究在高级别发展，而且对机器人控制系统的性能要求较高。机器人控制系统重中之重就是实时性，在完成一个动作的同时会产生较多的数据和计算处理，这里可以采用高速，高性能的DSP。DSP通过应用到机器人的控制系统后，充分利用自身的实时计算速度特性，使得机器人系统可以快速处理问题，随着不断提高DSP数字信号芯片速度，在系统中容易构成并行处理网络，大大提高控制系统的性能，使得机器人系统得到更为广泛的发展。

4 DSP在仪器仪表领域的应用

测量仪器及测试设备产业已经使用DSP取代高端微控制器。使用DSP开发测量仪器和试验设备产品可以提高到一个新的水平。新的DSP可以大大简化仪器仪表的硬件电路，完成仪表片上系统，即芯片设计。测量精度和速度的仪器采用DSP芯片可以大大提高这两个产品开发指标。TMS320F2810具有高效的32位CPU内核，12位A/D转换器，丰富的片上存储器和灵活的指挥系统，为高精密仪器搭建了广阔的平台。仪器现在已经发展成为DSP的一个重要应用，正处于快速传播时期，将推动产业的技术创新。

5 DSP技术的发展趋势

追求更高的运算速度，并进一步降低功耗和几何形状。DSP系统级集成电路中将内核，MPU芯，专用处理单元，外围电路单元紧凑的集成在一个芯片上，具有了数据存储性能。今后系统中大多为多通道结构，它就要求数据处理量大，数据的指令长或者超长，存在多线程多并行的架构，处理器的性能将更加优化和高效，尽管浮点DSP具有更高的精度，更大的动态范围，但制作成本制约了普遍性，成本低的定点DSP器件存储要求低，功率消耗比省，具有大面积制造性。因此定点运算的可编程DSP器件将成为主流产品。预计今后将逐步提高销售DSP器件的16位定点可编程DSP器件比重。

目前在使用的DSP嵌入式系统都需要发挥其简单高效的优势，这样就需要我们在进行数据处理时，添加进去智能控制的微处理器MCU。把DSP和MCU组合在一起的双核平台，将成为一种新的DSP技术，将引发出一个潮流。TI最近发布的OMAP平台是这方面的一个典型例子。目前，我们的DSP应用已经有相当的基础，多家从事数字信号处理系统（DSP）及相关产品的开发和应用集成电路设计企业，满足适用范围的数字信号处理器市场前景。随着技术水平的不断发展，DPS芯片品种将会不断增加，在日常生活中将普遍朝着功能多，性能高，功耗低发展，芯片集成化的大力发展将越来越多地走进人们的生活。我国DSP市场将持续进入一个高速发展时期，国内市场的销售量预计保持4成以上的增长速度，具有广泛的运用前景和良好的市场前景。DSP系统凭借集成化程度高，计算运行速度快，操作界面简单，稳定性能好，易于编程和开发等各种优势成为信号处理系统开发的主流应用，它在信号处理中的高精度数字信号处理器使得广泛应用于通信，图像，生物医药，工业控制，仪器仪表等领域。随着市场对数字信号处理技术和微电子技术的要求不断提高，DSP技术不断提高处理速度适应市场需求，其销售范围将更加广泛，为数字化产业的发展提供坚实的基础。

参考文献

[1]申敏.DSP原理及其在移动通信中的应用[M].人民邮电出版社,1999.

[2]许伟.DSP应用的结构和发展方向[J].电子技术应用,1999.

[3]陈宝陵,李锐丽,周智敏.主从式DSP嵌入式系统的实现[J].半导体技术,2001,26(9):32-48.

[4]张至德,单片信号处理器及其应用[J].电子工程信息,1987(7).