[摘 要] 介紹了以C8051F系列單片機(jī)產(chǎn)生SPWM算法為基礎(chǔ)制作的數(shù)字化AC／DC／AC單相變頻電源，該電源將公網(wǎng)三相交流電轉(zhuǎn)化為輸出電壓幅值和頻率可獨(dú)立調(diào)節(jié)的單相交流電。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該電源輸出電壓波形較理想，實(shí)現(xiàn)的調(diào)壓、調(diào)頻精度高，反饋靈敏迅速，保護(hù)措施齊全有效。 1 引言 目前，變頻電源已在國民經(jīng)濟(jì)的各行各業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。但不同的用電設(shè)備對(duì)變頻器要求不同，如電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速器，要求對(duì)輸出電壓信號(hào)進(jìn)行VVVF控制。本文設(shè)計(jì)的將電網(wǎng)三相交流電轉(zhuǎn)變?yōu)閱蜗嘟涣麟姷淖冾l電源裝置，可單獨(dú)調(diào)節(jié)輸出電壓的幅值或頻率，兩者互不影響，調(diào)壓范圍（變壓器一次側(cè)輸出電壓Uo幅值）為0～450V，誤差±2％，調(diào)頻范圍為20～600Hz，精確到0.01Hz，裝置容量為30kVA。負(fù)載為工、C串聯(lián)諧振電路，通過調(diào)節(jié)Uo的幅值和頻率，使負(fù)載在諧振點(diǎn)附近工作，從而在諧振電容兩端得到一高電壓。整個(gè)裝置控制系統(tǒng)由單片機(jī)C8051F040實(shí)現(xiàn)，最后制作了一臺(tái)樣機(jī)，并得到了比較理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 2 單相變頻電源工作原理簡介 M57962L以及單片機(jī)等控制部分所需的輔助電源，由TOPSwiteh系列的三端單片開關(guān)電源芯片，通過高頻變壓器來提供各自隔離的電源。為了防止同橋臂開關(guān)管直通造成短路，M57962L在輸出驅(qū)動(dòng)脈沖之前分別以軟件編程和硬件互鎖兩種方式保證逆變橋的安全運(yùn)行。 系統(tǒng)負(fù)載為L、C串聯(lián)諧振電路，當(dāng)系統(tǒng)輸出電壓Uo的頻率接近負(fù)載諧振點(diǎn)時(shí)，諧振電容C兩端便得到一高電壓。根據(jù)負(fù)載變化來調(diào)節(jié)Uo的幅值和頻率，可使得諧振電容上產(chǎn)生不同的高壓值。 系統(tǒng)運(yùn)行前，由鍵盤設(shè)定輸出電壓幅值和頻率；剛開始運(yùn)行時(shí)，Buck電路開關(guān)管占空比逐步上升，實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)功能，同時(shí)也是冰電壓幅值進(jìn)行粗調(diào)，在穩(wěn)態(tài)時(shí)，其輸出UDC恒定；運(yùn)行過程中輸出電壓頻率穩(wěn)定，幅值則通過反饋進(jìn)行微調(diào)。電壓采樣電路為單片機(jī)提供反饋信號(hào)，形成閉環(huán)控制，保證輸出電壓的幅值在允許的誤差范圍之內(nèi)。 顯示電路用來顯示運(yùn)行時(shí)各參數(shù)值以及各種故障狀況。過流保護(hù)由單片機(jī)通過電流互感器采樣每個(gè)橋臂電流實(shí)現(xiàn)，過熱保護(hù)由單片機(jī)通過溫度傳感器采樣開關(guān)管散熱片溫度實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)還包括輸入緩沖電路和整流級(jí)電路等，在圖中并未畫出。 3 軟件設(shè)計(jì)及控制策略 C8051F040是集成在一塊芯片上的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)單片機(jī)，是真正能獨(dú)立工作的片上系統(tǒng)，具有4352B內(nèi)部RAM空間，64K的Flash存儲(chǔ)器，64K的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)RAM，片內(nèi)最高時(shí)鐘可達(dá)25 MHz。本文產(chǎn)生SPWM信號(hào)主要是使用了其可編程計(jì)數(shù)器陣列（PCA）功能，而采樣反饋是使用了其12位多通道ADC。主程序流程圖如圖2所示。 （1）產(chǎn)生SP-WM策略 為充分利用開關(guān)管開關(guān)頻率，以及減小輸出SPWM波濾波后的正弦波畸變率，在軟件中用實(shí)時(shí)計(jì)算和查表法共同作用生成單極性SPWM，并作了三點(diǎn)措施：①載波比N從20～600Hz分成了9個(gè)頻段，低頻時(shí)取最大值為360，高頻時(shí)取最小值為30。在每一頻段，當(dāng)N＜360時(shí)并非正弦表中每個(gè)數(shù)值都被選擇到并用來計(jì)算PWM脈寬，為保證輸出SPWM波的對(duì)稱性，在輸出正弦波半個(gè)周期（180°）內(nèi)，應(yīng)以表中90°角對(duì)應(yīng)的數(shù)值為參考，選擇兩邊對(duì)稱的數(shù)值來計(jì)算。②選擇單極性SPWM。由于雙極性SPWM控制電路中，同一橋臂上下兩個(gè)開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)是互補(bǔ)的，為防止直通而造成短路，必然要保證上下兩個(gè)開關(guān)管每個(gè)PWM脈沖間的死區(qū)時(shí)間tn，如圖3所示。這一時(shí)間的長短要同時(shí)考慮開關(guān)管自身特性及單片機(jī)的運(yùn)行速度。這給控制方法的生成和最終的輸出濾波都帶來影響。而在單極性SPWM波的控制電路中，為防止直通只需在輸出正弦波半周期結(jié)束時(shí)，保證一定的開關(guān)死區(qū)時(shí)間，控制方法簡單，且輸出濾波的實(shí)現(xiàn)更便利。③考慮到單片機(jī)本身的運(yùn)行速度以及IG-BT的通斷速度，在編程時(shí)，限制了SPWM波的最低和最高脈沖寬度。在頻率一定的情況下，如輸出電壓過低，則相應(yīng)的調(diào)制比m　。很低，計(jì)算得到的SPWM波中會(huì)出現(xiàn)大量脈寬相近的脈沖波。因此，這時(shí)輸出的SPWM波并未嚴(yán)格按正弦規(guī)律變化，最后用這樣的SPWM波去驅(qū)動(dòng)IGBT得到的輸出波形經(jīng)濾波后得到的正弦波會(huì)發(fā)生一定的畸變。解決的辦法是在AC／DC級(jí)后增加DC／DC級(jí)Buck電路，穩(wěn)態(tài)時(shí)Buck電路占空比根據(jù)鍵盤設(shè)定的電壓幅值計(jì)算而得，故輸出低壓可由其來調(diào)節(jié)而使ma。不會(huì)降太低；或者使用頻率更高的IGBT和速度更快的單片機(jī)，在ma過小時(shí)增加載波比N，以防止低壓時(shí)波形畸變加劇。本設(shè)計(jì)采用的是第一種方法。 （2）調(diào)壓、調(diào)頻相互獨(dú)立 由于系統(tǒng)工作的頻率和電壓變化范圍均很寬，而要求在單獨(dú)改變輸出電壓頻率時(shí)，電壓幅值基本不變；單獨(dú)改變輸出電壓幅值時(shí)，頻率不變。由于輸出的SPWM脈寬由單片機(jī)PCA計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)，精確度可以達(dá)到很高，故輸出電壓頻率精度很高。而確保輸出電壓的幅值穩(wěn)定則主要利用調(diào)節(jié)調(diào)制比ma來實(shí)現(xiàn)，輸出電壓的幅值有一定的誤差。 （3）采樣反饋閉環(huán)控制 在單片機(jī)電壓采樣的A／D反饋控制策略上，如果每次采樣后均對(duì)輸出電壓幅值進(jìn)行調(diào)節(jié)，會(huì)造成輸出電壓穩(wěn)定性變差。因?yàn)槌绦蛟谶\(yùn)行時(shí)，當(dāng)采樣后的反饋數(shù)據(jù)超過參考電壓偏差允許范圍時(shí)，就會(huì)根據(jù)這偏差去調(diào)節(jié)調(diào)制比ma，然后根據(jù)新的調(diào)制比ma重新計(jì)算SPWM脈寬，最后先停止運(yùn)行舊的SPWM脈寬數(shù)據(jù)，重新裝載新的SPWM脈寬數(shù)據(jù)。在這個(gè)調(diào)節(jié)過程中，就會(huì)使相鄰輸出周波在轉(zhuǎn)換之間有很小的延遲，輸出波形頻率出現(xiàn)波動(dòng)。為了改善這一狀況，并保證輸出電壓的穩(wěn)定和快速響應(yīng)，取多次采樣反饋值后求其平均值，利用平均值對(duì)輸出電壓幅值進(jìn)行調(diào)節(jié)，這同時(shí)可減少誤調(diào)節(jié)現(xiàn)象的發(fā)生。當(dāng)平均值在參考電壓允許范圍內(nèi)變化時(shí)，調(diào)制比ma不變，輸出電壓幅值不變；當(dāng)平均值超出參考電壓允許范圍時(shí)，調(diào)節(jié)調(diào)制比ma來調(diào)節(jié)輸出電壓幅值。 4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 實(shí)驗(yàn)參數(shù)如下：輸人為380V三相交流電，開關(guān)管IGBT選用CMIOODY—24NF，直流環(huán)電容為兩個(gè)1000µF／450V串聯(lián)，輸出濾波電感Lf＝0.5mH，輸出濾波電容CF＝4.7µF，負(fù)載采用一個(gè)電感與一組電容串聯(lián)，通過變壓器連接在逆變器輸出端。主要針對(duì)在不同頻率、相同電壓設(shè)定下，以及相同頻率、不同電壓設(shè)定下，輸出結(jié)果是否滿足要求，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4～圖6所示。 圖4為單片機(jī)輸出的典型的SPWM波形，頻率為100Hz。圖5和圖6為變壓器一次側(cè)電壓波形。 從輸出實(shí)驗(yàn)結(jié)果波形圖可見，輸出頻率單獨(dú)變化時(shí)，電壓幅值基本不變；輸出電壓幅值單獨(dú)變化時(shí)，頻率基本不變，達(dá)到了調(diào)壓、調(diào)頻相互獨(dú)立的效果。 5 結(jié)束語 本文提出的調(diào)壓、調(diào)頻相互獨(dú)立的數(shù)字化單相變頻電源可實(shí)現(xiàn)的正弦波輸出電壓調(diào)頻范圍寬而精確、調(diào)幅范圍廣而誤差小，并且電壓幅值、頻率可獨(dú)立調(diào)節(jié)而互不影響。與傳統(tǒng)電源相比，此數(shù)字電源具有輸出精度高、穩(wěn)定可靠、可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、便于智能化管理等優(yōu)點(diǎn)，可作為對(duì)頻率和電壓幅值有特殊要求的多種用電設(shè)備的電源。 DSP技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì) 發(fā)布時(shí)間：2006.07.31 閱覽次數(shù)：16 作者：王琳 單位： 回顧國際上電子工業(yè)最近30年來發(fā)展的歷程，我們不難看到：70年代的電子工業(yè)以消費(fèi)電子為主，主要代表廠商是日本的Sony、JVC、荷蘭Philips等家電廠商。80年代是計(jì)算機(jī)時(shí)代，主要代表廠商是美國的Intel、IBM、Microsoft、Compaq等公司。90年代起是信息時(shí)代，代表性的產(chǎn)品是個(gè)人通信網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備、數(shù)字化消費(fèi)類電子產(chǎn)品，主要獲勝的戰(zhàn)略之一是以DSP為核心的技術(shù)及其創(chuàng)新產(chǎn)品。中國是發(fā)展中的大國，應(yīng)用方面中國一直保持著與國際上DSP技術(shù)同步的態(tài)勢(shì)，其中颶風(fēng)數(shù)字系統(tǒng)（北京）有限公司等幾個(gè)龍頭企業(yè)一直伴隨著中國社會(huì)數(shù)字化、信息化的進(jìn)展而成長。 從70年代DSP的理論和算法基礎(chǔ)的提出，經(jīng)過20多年的發(fā)展，DSP產(chǎn)品的應(yīng)用已擴(kuò)大到人們的學(xué)習(xí)、工作和生活的各個(gè)方面，并逐漸成為電子產(chǎn)品更新?lián)Q代的決定因素。在計(jì)算機(jī)技術(shù)日新月異的時(shí)代，嵌入式系統(tǒng)軟件、硬件不斷進(jìn)行著新的突破性發(fā)展。如今DSP技術(shù)和DSP應(yīng)用已經(jīng)成為當(dāng)今嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域中最熱門的技術(shù)，是高校、科研院所和高新技術(shù)企業(yè)的DSP軟件、硬件開發(fā)人員的新的課題。可以說，對(duì)DSP爆炸性需求的時(shí)代已經(jīng)來臨。 目前市場(chǎng)上的主要DSP生產(chǎn)商包括TI，ADI，Motorola，Lucent和Zilog等，其中TI占有最大市場(chǎng)份額。產(chǎn)品包括了從低端的低速度DSP到高端的大運(yùn)算量的DSP產(chǎn)品。目前，廣泛使用的TI DSP有三個(gè)系列：C2000、C5000、C6000（C3X也有使用），其它型號(hào)都基本淘汰。需要提醒注意的是：在TI的DSP中，同一系列中不同型號(hào)的DSP都具有相同的DSP核，相同或兼容的匯編指令系統(tǒng)，其差別僅在于片內(nèi)存儲(chǔ)器的大小，外設(shè)資源（如定時(shí)器、串口、并口等）的多少；不同系列DSP的匯編指令系統(tǒng)不兼容，但匯編語言的語法非常相似。除了匯編語言外，TI還為每個(gè)系列都提供了優(yōu)化的C/C++編譯器，方便用戶使用高級(jí)語言進(jìn)行開發(fā)，效率可以達(dá)到手工匯編的90%甚至更高。 DSP應(yīng)用廣泛，其主要應(yīng)用市場(chǎng)為3C（Communication、Computer、Consumer-通信、計(jì)算機(jī)、消費(fèi)類）領(lǐng)域，合占整個(gè)市場(chǎng)需求的90%。目前，在VoIP、 Internet Audio 、DSL、 Cable Modem 、3G、數(shù)字相機(jī)和馬達(dá)控制等需要實(shí)時(shí)處理大量數(shù)據(jù)應(yīng)用中都可見到DSP的身影。 主要有以下幾個(gè)領(lǐng)域： 典型應(yīng)用一：電機(jī)控制 據(jù)統(tǒng)計(jì)，各類電動(dòng)機(jī)消耗了全球總電能的40%以上，然而目前正在使用的那些電機(jī)中只有不到20%配備了基于逆變技術(shù)的數(shù)字控制裝置。新技術(shù)的發(fā)展給電機(jī)控制行業(yè)帶來了新的發(fā)展機(jī)遇，尤其是專用集成電路、DSP數(shù)字信號(hào)處理和FPGA近年來令人矚目的發(fā)展，給電機(jī)控制系統(tǒng)帶來新的契機(jī)?？傊姍C(jī)控制是各種自動(dòng)化技術(shù)的基本環(huán)節(jié)，它的發(fā)展是與微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)和自控技術(shù)密切相關(guān)的。 TI公司為實(shí)現(xiàn)高速控制應(yīng)用設(shè)計(jì)了TMS320LF2407系列DSP處理器， CY-MCS2407型全數(shù)字電機(jī)控制開發(fā)板已廣泛應(yīng)用于大功率電機(jī)控制、小功率馬達(dá)控制、電池檢測(cè)、UPS、燃料電池等產(chǎn)品中。其中電機(jī)控制的方案適用于：直流無刷電機(jī)控制、交流感應(yīng)電機(jī)控制、永磁同步電機(jī)控制、開關(guān)磁組電機(jī)控制，可實(shí)現(xiàn)開環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)控制，同時(shí)可以將電機(jī)運(yùn)行的狀態(tài)和參數(shù)通過LCD現(xiàn)場(chǎng)顯示，并可直接通過打印機(jī)打印。 系統(tǒng)功能框圖如下： 系統(tǒng)包括以下幾部分： 一、硬件組成： 1、高速DSP控制板 包括DSP、電源、時(shí)鐘、復(fù)位和存儲(chǔ)器部分、鍵盤和顯示模塊、打印機(jī)控制模塊、串口通信模塊和與功率驅(qū)動(dòng)板的標(biāo)準(zhǔn)接口。 2、 功率驅(qū)動(dòng)板 包括系統(tǒng)電源管理部分、整流濾波模塊、逆變驅(qū)動(dòng)部分和反饋電路部分。 二、 軟件和算法 該系統(tǒng)不僅提供了完整的各模塊的測(cè)試程序源代碼，而且還可根據(jù)用戶的不同需求定制以下專用算法，有Random PWM、無傳感器控制算法、變速控制算法、PFC控制算法、DC紋波補(bǔ)償算法、空間矢量控制算法、自適應(yīng)控制算法等 DSP核心處理板 功率驅(qū)動(dòng)板 電機(jī)控制套件　　　　　　　 典型應(yīng)用二：通信電源 通信業(yè)的迅速發(fā)展極大地推動(dòng)了通信電源的發(fā)展，開關(guān)電源在通信系統(tǒng)中處于核心地位，并已成為現(xiàn)代通信供電系統(tǒng)的主流。在通信領(lǐng)域中，通常將高頻整流器稱為一次電源，而將直流-直流（DC/DC）變換器稱為二次電源。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，要求電源模塊實(shí)現(xiàn)小型化，因而需要不斷提高開關(guān)頻率和采用新的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這就對(duì)高頻開關(guān)電源技術(shù)提出了更高的要求。 TMS320LF2407A為高性能的控制提供先進(jìn)、可靠、高效的信號(hào)處理與控制的平臺(tái)，它將數(shù)字信號(hào)處理的運(yùn)算能力與面向高性能控制的能力集于一體，可以實(shí)現(xiàn)用軟件取代模擬器件，可方便地修改控制策略，修正控制參數(shù)，兼具故障監(jiān)測(cè)、自診斷和上位機(jī)管理與通信等功能，將成為控制系統(tǒng)開發(fā)的主流處理器 ，被廣泛用語通信電源。TMS320LF2407A被廣泛用于數(shù)字化控制中，系統(tǒng)主要由DSP（TMS320LF2407A）、電壓電流反饋、PWM驅(qū)動(dòng)放大電路、鍵盤顯示及上位機(jī)組成。當(dāng)DSP接受主機(jī)發(fā)出的參考輸入后，將其轉(zhuǎn)換為PWM輸出，經(jīng)過驅(qū)動(dòng)放大送給逆變主電路，產(chǎn)生輸出。逆變電路輸出的電壓、電流反饋信號(hào)送入A/D轉(zhuǎn)換器引腳。通過光電編碼器檢測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向及轉(zhuǎn)角，反饋回DSP的正交編碼脈沖電路（QEP），形成閉環(huán)控制，實(shí)時(shí)有效地控制交流電機(jī)。鍵盤和顯示由SPI同步串行口實(shí)現(xiàn)，用于讀取鍵盤輸入和寫輸出到顯示器。DSP與上位機(jī)之間的通信由SCI異步串行口實(shí)現(xiàn)。JTAG接口用于系統(tǒng)的在線仿真和測(cè)試。 系統(tǒng)功能框圖: 一、硬件設(shè)計(jì) 以DSP為核心的伺服系統(tǒng)硬件，整個(gè)系統(tǒng)的控制電路由DSP組成。DSP作為控制核心，接受外部信息后判斷伺服系統(tǒng)的工作模式，并轉(zhuǎn)換成逆變器的開關(guān)信號(hào)輸出，該信號(hào)經(jīng)隔離電路后直接驅(qū)動(dòng)IPM模塊給電機(jī)供電。另外EEPROM用于參數(shù)的保存和用戶信息的存儲(chǔ)。 二、軟件設(shè)計(jì) DSP伺服控制程序由3個(gè)部分組成：主程序、定時(shí)采樣程序和DSP與周邊資源的數(shù)據(jù)交換程序。 典型應(yīng)用三：圖像處理 美國TI公司2002年推出TMS320C64x系列DSP，基于該處理器北京颶風(fēng)中天科技發(fā)展有限公司（TI公司的第三方）推出了具有超高速、高性能、高可靠性的實(shí)時(shí)圖象處理應(yīng)用平臺(tái)。 可廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、實(shí)時(shí)圖象處理、IP可視電話、圖象監(jiān)控、模式識(shí)別等領(lǐng)域。 系統(tǒng)功能框圖： 一、 硬件 1、 高速DSP核心處理板 （1）DSP選用TI公司推出的全世界最快的DSP——TMS320C64xx，根據(jù)用戶不同的應(yīng)用可選擇： TMS320C6416 /15 /14GLZ：工作頻率可達(dá)到：750-、600-、500-MHz，運(yùn)算速度可達(dá)到：4000、4800、5760MIPS （2）存儲(chǔ)器資源： 片內(nèi)： - 128K-Bit （16K-Byte） L1P 程序緩存 - 128K-Bit （16K-Byte） L1D 數(shù)據(jù)緩存 - 8M-Bit （1024K-Byte） L2 全局存儲(chǔ)器 板上EMIFs擴(kuò)展： - EMIFA（64-Bit）：256M-Bit/32M-Byte SDRAM - EMIFB（16-Bit）：256M-Bit/32M-Byte SDRAM - FLASH Memory擴(kuò)展：16M-Bit/2M-Byte 或32M-Bit/4M-Byte可選 （3）64個(gè)獨(dú)立的增強(qiáng)DMA通道 （4）一個(gè)主機(jī)通信接口（HPI）（總線寬度可由用戶配置為32-/16-Bit），根據(jù)不同的項(xiàng)目需求用戶可選擇以下擴(kuò)展板： - ARM嵌入式系統(tǒng)板（CY-ARM4510B）可擴(kuò)展出10Base-T 或10/100Base-T以太網(wǎng)接口（可選）、IDE硬盤或CF卡（可選）、RS-232接口、RS-485接口、液晶顯示、鍵盤等。 - PCI接口板（CY-PCI2.2）：32-Bit/33-MHz, 3.3-V PCI Master/Slave Interface Conforms to PCI Specification 2.2 （適用于6415、6416 DSP），四線串行的EEPROM。 （5）三個(gè)McBSP串口（多通道緩存串口） （6）三個(gè)32-Bit定時(shí)器 （7）一個(gè)RS-232接口 （8）三路模擬圖象輸入接口：支持NTSC/PAL/SECAM復(fù)合視頻輸入，具有卓越的三線自適應(yīng)梳狀濾波器能克服傳統(tǒng)梳狀濾波器的人工痕跡而保證全屏視頻分辨率，其靈活的像素端口即支持?jǐn)?shù)字視頻輸入又支持VIP、VMI、ByteStream這些流行圖像控制器接口。 2、ARM嵌入式系統(tǒng)擴(kuò)展板（CY-ARM4510B） 硬件資源： - 8M-Byte SDRAM - 16M-Byte Flash memory - 10Base-T 或10/100Base-T以太網(wǎng)接口（可選） - IDE硬盤或CF卡（可選） - RS-232接口 - RS-485接口 -可擴(kuò)展液晶顯示、鍵盤等 3、 PCI接口板（CY-PCI2.2） - PCI接口：32-Bit/33-MHz, 3.3-V PCI Master/Slave Interface Conforms to PCI Specification 2.2 （適用于6415、6416 DSP） -四線串行的EEPROM -根據(jù)用戶需求可選擇CPCI接口卡 二、 硬件測(cè)試軟件、操作系統(tǒng)和算法 1、 硬件測(cè)試軟件： 測(cè)試軟件包括：SDRAM、Flash memory、RTC、IIC、等板上所有資源的測(cè)試程序源代碼。 2、操作系統(tǒng)和接口驅(qū)動(dòng)程序： -操作系統(tǒng)：uCLinxu 2.4 （提供源代碼） -提供板上各種接口的驅(qū)動(dòng)程序（提供源代碼） -提供與DSP通信的驅(qū)動(dòng)程序 3、 DSP BIOS和API接口： 板上提供了針對(duì)DSP芯片的函數(shù)庫、板上各種資源的基本輸入輸出操作系統(tǒng)（BIOS）和專用于圖象處理的應(yīng)用程序接口（API），以及方便用戶做二此開發(fā)的軟件開發(fā)包（SDK）。 4、 應(yīng)用算法： - JPEG - MPEG2 - MPEG4 - H.263 - H.264 典型應(yīng)用四：語音信號(hào)處理 系統(tǒng)功能框圖如下: 具體的資源包括以下內(nèi)容: 1、 DSP：兼容TI公司TMS320C54XX系列和TMS320C54XX（A）系列，包括5402、5409、5416、5402A、5409A、5410A等。DSP可以工作在最高160MHz。 2、 擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器：256K-16bit SRAM，配置在片外，全速（零等待）運(yùn)行。 3、 擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)： 256K-16bit SRAM，配置在片外，全速進(jìn)行。 4、 擴(kuò)展Flash：512K-16bit FLASH，可擴(kuò)充至1M-16bit；配置在DSP片外，讀寫周期70ns。 5、 擴(kuò)展同步串口：擴(kuò)展兩個(gè)同步串口，MCBSP0＋MCBSP1／MCBSP2。 6、 擴(kuò)展IO：擴(kuò)展16 bit通用IO（GPIO），可以按位配置為輸入或輸出，電平兼容5V和3.3V。 7、 JTAG 接口：符合IEEE 1149.1標(biāo)準(zhǔn),支持TI公司的Code Composer Studio（CCS）, 軟件開發(fā)可以用匯編語言，也可以用C語言。 8、 看門狗（WATCHDOG）：硬件看門狗，使系統(tǒng)可以適應(yīng)復(fù)雜的工作現(xiàn)場(chǎng)。 9、 電源：單一電源（＋5V）供電，電流＜500mA；可以使用USB接口提供的電源，也可以使用外接電源供電，二者可以靈活轉(zhuǎn)換。 10． 信號(hào)源、電源、音箱、實(shí)驗(yàn)箱 二、軟件組成 鑒于該系統(tǒng)目前主要用戶是高校，所以針對(duì)本實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)，目前開發(fā)了如下實(shí)驗(yàn)，今后還將開發(fā)系列化DSP應(yīng)用實(shí)驗(yàn)。 1、 基本數(shù)學(xué)運(yùn)算實(shí)驗(yàn) 2、 數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn) 3、 采樣定理實(shí)驗(yàn) 4、 信號(hào)發(fā)生實(shí)驗(yàn) 5、 IIR濾波器實(shí)驗(yàn) 6、 FFT變換實(shí)驗(yàn) 7、 FIR濾波器實(shí)驗(yàn) 8、 自適應(yīng)濾波器實(shí)驗(yàn) 9、 語音處理實(shí)驗(yàn) 典型應(yīng)用五：指紋識(shí)別 DSP應(yīng)用于指紋識(shí)別已成為一個(gè)新的科技領(lǐng)域和獨(dú)立的學(xué)科體系，當(dāng)前已形成了有潛力的產(chǎn)業(yè)和市場(chǎng)。利用生物認(rèn)證技術(shù)取代傳統(tǒng)的使用鑰匙、身份證、密碼等方法進(jìn)行個(gè)人身份鑒定，可廣泛應(yīng)用于銀行、機(jī)場(chǎng)、公安等領(lǐng)域的出入管理。將信息技術(shù)與生物技術(shù)相結(jié)合的生物認(rèn)證技術(shù)是本世紀(jì)最有發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)之一，而指紋識(shí)別技術(shù)則是其中非常有前景的一種。 指紋處理過程可分為三個(gè)階段：獲取原始指紋圖像，進(jìn)行預(yù)處理；提取指紋特征點(diǎn)；指紋識(shí)別分析判斷。在以述三個(gè)階段中，指紋圖像的預(yù)處理階段成為重要，該階段對(duì)圖像進(jìn)行的好壞直接關(guān)系到后面兩個(gè)階段工作的開展。 在指紋的預(yù)處理中，由于DSP具有10ns指令周期，使采用改進(jìn)的極值濾波和改進(jìn)的卷積核平滑濾波對(duì)指紋圖像進(jìn)行一次、二次平滑實(shí)時(shí)處理成為可能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法能有效地處理指紋圖像的沖擊性噪聲和隨機(jī)噪聲。而迭代二值化的運(yùn)算充分利用了DSP五級(jí)流水線操作，達(dá)到了利用DSP對(duì)指紋圖像進(jìn)行預(yù)處理的應(yīng)用目的。 TI公司的高速DSP芯片TMS320VC5402的指紋識(shí)別系統(tǒng)的預(yù)處理算法和編程實(shí)現(xiàn)。算法實(shí)現(xiàn)采用的DSP集成開發(fā)環(huán)境（IDE）為CCS 2.2。通過采用極值濾波、平滑濾波、拉普拉斯銳化、二值化等對(duì)指紋圖像進(jìn)行預(yù)處理，可以取得了良好的試驗(yàn)結(jié)果。 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖： 識(shí)別算法在DSP上的實(shí)現(xiàn)： 程序設(shè)計(jì)上使用混合語言編程，用C語言設(shè)計(jì)程序中對(duì)運(yùn)行時(shí)間影響不大的模塊，而用匯編語言設(shè)計(jì)嚴(yán)格要求實(shí)時(shí)性的核心算法。為達(dá)到最佳利用DSP資源的目的，在程序的設(shè)計(jì)中要注意以下幾個(gè)方面： 1、VC5402指令集中提供了一些零開銷的循環(huán)指令，如RPT和RPTB等。為進(jìn)一步提高效率，在執(zhí)行循環(huán)指令時(shí)，應(yīng)充分利用輔助寄存器和累加器。數(shù)組盡量用寄存器間接尋址，中間變量盡量存放于累加器中，以盡可能地減少中間變量存放所消耗的時(shí)間。 2、VC5402采用流水線結(jié)構(gòu)，允許多條指令同時(shí)訪問CPU資源，從而提高系統(tǒng)的執(zhí)行速度。但當(dāng)CPU的某一資源同時(shí)被流水線的幾個(gè)階段訪問時(shí)，就會(huì)發(fā)生流水線沖突。因此，必須通過合理的調(diào)整匯編程序的代碼順序或加入適當(dāng)?shù)腘OP指令來解決這一問題。 3、識(shí)別算法中涉及到了卷積和乘累加操作，這可以通過使用循環(huán)尋址功能和乘累加指令來實(shí)現(xiàn)。另外，VC5402提供了可延遲的轉(zhuǎn)移、調(diào)用和返回指令。這些指令的執(zhí)行時(shí)間比它們對(duì)應(yīng)的非延遲指令要少2個(gè)周期，需要注意的是有時(shí)要在延遲指令后插入NOP指令，以保證適當(dāng)?shù)牟僮黜樞颉? 4、在涉及數(shù)字信號(hào)處理算法時(shí)應(yīng)盡可能地使用DSPLIB庫中的函數(shù)，因?yàn)檫@些函數(shù)均用匯編語言編寫，優(yōu)化程度很高。另外，在C程序中盡可能地采用內(nèi)聯(lián)（inline）函數(shù)，以便提高代碼的集成度。由于采用混合編程方法，因此在程序設(shè)計(jì)上要嚴(yán)格遵循函數(shù)調(diào)用規(guī)則和寄存器的使用約定。 以上給大家介紹的是DSP的典型應(yīng)用，要實(shí)現(xiàn)以上的應(yīng)用需要建立相應(yīng)的軟件開發(fā)環(huán)境。而開發(fā)環(huán)境建立在項(xiàng)目開發(fā)中至關(guān)重要，開發(fā)工具主要包括仿真器、CCS、評(píng)估板等。 在選擇開發(fā)工具時(shí)，用戶應(yīng)該使用最成熟的開發(fā)工具，北京颶風(fēng)數(shù)字系統(tǒng)有限公司時(shí)目前國內(nèi)仿真工具最穩(wěn)定的供應(yīng)商，包括XDS510H和XDS560全系列仿真開發(fā)工具。CY-XDS560USB實(shí)時(shí)仿真開發(fā)系統(tǒng)支持TI的C2000、F2400、C27X、F28X、C54X、C55X、C6000、C64X、TMS470以及OMAP平臺(tái)系列芯片，性能穩(wěn)定、仿真速度快，完全符合TI系列實(shí)時(shí)仿真器技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。 隨著中國數(shù)字消費(fèi)類產(chǎn)品需求的大幅增長，及DSP對(duì)數(shù)字信號(hào)高速運(yùn)算與同步處理能力的提高，DSP的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒅饾u從移動(dòng)電話領(lǐng)域擴(kuò)展到新型數(shù)字消費(fèi)類產(chǎn)品領(lǐng)域，從而使應(yīng)用領(lǐng)域橫跨3C整個(gè)領(lǐng)域，且分布將日趨均衡。DSP芯片在數(shù)字消費(fèi)類產(chǎn)品中主要從事圖像壓縮與傳輸?shù)葓D像信號(hào)的處理，語音的編碼、合成、識(shí)別及高保真等語音信號(hào)的處理及通信信號(hào)的調(diào)制解調(diào)、加密、多路復(fù)用、擴(kuò)頻、糾錯(cuò)編碼等處理。 目前，DSP市場(chǎng)正處于高速成長的階段。在數(shù)字化、個(gè)人化和網(wǎng)絡(luò)化的推動(dòng)下，1997年世界DSP市場(chǎng)營銷額超過32億美元，預(yù)計(jì)未來的年均增長率高達(dá)40%，按照這一增長速度，至2007年，世界DSP市場(chǎng)營銷額將突破500億美元。在全球DSP產(chǎn)品市場(chǎng)中，TI公司獨(dú)占鰲頭，占世界市場(chǎng)45%的份額，其次是朗訊（28%）、ADI（12%）、摩托羅拉（12%）、其他公司（3%）。 DSP應(yīng)用產(chǎn)品具有巨大的市場(chǎng)需求前景，僅就美國市場(chǎng)而言，據(jù)估計(jì)，21世紀(jì)將有1億輛汽車、幾千萬臺(tái)個(gè)人通信裝置、每個(gè)家庭中5～20個(gè)聯(lián)網(wǎng)的家用電器以及數(shù)以百萬計(jì)的工廠使用DSP系統(tǒng)。中國已成為了DSP芯片的最大市場(chǎng)，數(shù)碼相機(jī)、IP電話和手持電子設(shè)備的熱銷帶來了對(duì)DSP芯片的巨大需求。目前，國內(nèi)的DSP市場(chǎng)正處于戰(zhàn)國七雄爭霸時(shí)代，其中颶風(fēng)數(shù)字系統(tǒng)（北京）有限公司作為TI在亞太地區(qū)的第三方合作伙伴，多年來一直致力于數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的研究、應(yīng)用以及產(chǎn)品開發(fā)，在國內(nèi)更是具有行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)地位。 （1）系統(tǒng)級(jí)集成DSP是潮流 縮小DSP芯片尺寸始終是DSP的技術(shù)發(fā)展方向。當(dāng)前的DSP多數(shù)基于RISC（精簡指令集計(jì)算）結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是尺寸小、功耗低、性能高。各DSP廠商紛紛采用新工藝，改進(jìn)DSP芯核，并將幾個(gè)DSP芯核、MPU芯核、專用處理單元、外圍電路單元、存儲(chǔ)單元統(tǒng)統(tǒng)集成在一個(gè)芯片上，成為DSP系統(tǒng)級(jí)集成電路。TI公司的TMS320C80代表當(dāng)今DSP領(lǐng)域中的最高水平，它在一塊芯片上集成了4個(gè)DSP、1個(gè)RISC處理器、1個(gè)傳輸控制器、2個(gè)視頻控制器。這樣的芯片通常稱之為MVP（多媒體視頻處理器）。它可支持各種圖像規(guī)格和各種算法，功能相當(dāng)強(qiáng)。 （2）可編程DSP是主導(dǎo)產(chǎn)品 可編程DSP給生產(chǎn)廠商提供了很大的靈活性。生產(chǎn)廠商可在同一個(gè)DSP平臺(tái)上開發(fā)出各種不同型號(hào)的系列產(chǎn)品，以滿足不同用戶的需求。同時(shí)，可編程DSP也為廣大用戶提供了易于升級(jí)的良好途徑。人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，許多微控制器能做的事情，使用可編程DSP將做得更好更便宜。例如冰箱、洗衣機(jī)，這些原來裝有微控制器的家電如今已換成可編程DSP來進(jìn)行大功率電機(jī)控制。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，去年的可編程DSP銷售額占了整個(gè)DSP市場(chǎng)的40%份額，預(yù)計(jì)今后的比重將逐年增大，到2001年可望占據(jù)整個(gè)DSP銷售額的半邊江山。 （3）追求更高的運(yùn)算速度 目前一般的DSP運(yùn)算速度為100MIPS，即每秒鐘可運(yùn)算1億條指令。但仍嫌不夠快。由于電子設(shè)備的個(gè)人化和客戶化趨勢(shì)，DSP必須追求更高更快的運(yùn)算速度，才能跟上電子設(shè)備的更新步伐。DSP運(yùn)算速度的提高，主要依靠新工藝改進(jìn)芯片結(jié)構(gòu)。目前，TI的TM320C6X芯片由于采用VLIW（Very Long Instruction Word超長指令字）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其處理速度已高達(dá)2000MIPS，計(jì)劃今年年中批量生產(chǎn)，這是迄今為止的最高速度。當(dāng)前DSP器件大都采用0.5μm——0.35μmCMOS工藝，按照CMOS的發(fā)展趨勢(shì)，DSP的運(yùn)算速度再提高100倍（達(dá)到1600GIPS）是完全有可能的。 （4）定點(diǎn)DSP是主流 從理論上講，雖然浮點(diǎn)DSP的動(dòng)態(tài)范圍比定點(diǎn)DSP大，且更適合于DSP的應(yīng)用場(chǎng)合，但定點(diǎn)運(yùn)算的DSP器件的成本較低，對(duì)存儲(chǔ)器的要求也較低，而且耗電較省。因此，定點(diǎn)運(yùn)算的可編程DSP器件仍是市場(chǎng)上的主流產(chǎn)品。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前銷售的DSP器件中的80%以上屬于16位定點(diǎn)可編程DSP器件，預(yù)計(jì)今后的比重將逐漸增大。 　 作者單位：颶風(fēng)數(shù)字系統(tǒng)（北京）有限公司 　 地址：北京市海淀區(qū)花園東路30號(hào)花園商務(wù)會(huì)館5103　100083　 Email：linlin.happy@tom.com