浅谈DSP技术的应用和发展前景

201012）

浅谈DSP 技术的应用和发展前景

段丽娜

（华中科技大学武昌分校，湖北武汉430074）

［摘要］数字信号处理（DSP ）是门涉及许多学科而又广泛用于许多领域的新兴学科。本文概述了数字信号处理技术的发展过程，分析了

DSP 处理器在多个领域应用状况，介绍了DSP 的最新发展，对数字信号处理技术的发展前景进行了展望。

Abstrac t ：Digital signal processing(DSP)is the one who is widely used in many disciplines involved in many areas of emerging discipline.ThisPaper outlines the development of digital signal processing technology ,processes ,analyzes the DSP processor,application status in many areas ,introduced the latest developments in DSP,digital signal processing technology for the future development prospects .

［关键词］信号；数字信号处理；信息技术

Keywords ：Signal ；Digitalsignalprocessing ；InformationTechnology 1引言

自从数字信号处理器（DigitalSignalProcessor ）问世以来，由于它具有高速、灵活、可编程、低功耗和便于接口等特点，已在图形、图像处理、语音、语言处理，通用西信号处理，测量分析，通信等领域发挥越来越重要的作用。随着技术成本的降低，控制界已对此产生浓厚兴趣，已在不少场合等到成功应用。

2DSP 技术的发展历程

DSP 的发展大致分为三个阶段：

在数字信号处理技术发展的初期（二十世纪50-60年代），人们只能在微处理器上完成数字信号的处理。直到70年代，有人才提出了DSP 的理论和算法基础。一般认为，世界上第一个单片DSP 芯片应当是1987年AMI 公司发布的S281I 。1979年美国Intel 公司发布的商用可编程器件2920是DSP 芯片的一个重要里程碑。这两种芯片内部都没有现代DSP 芯片所必须有的单周期乘法器。1980年，日本NEC 公司推出的mPD7720是第一个具有硬件乘法器的商用DSP 芯片，从而被认为是第一块单片DSP 器件。

随着大规模集成电路技术的发展，1982年美国德州仪器公司推出世界上第一代DSP 芯片TMS32010及其系列产品，标志了实时数字信号处理领域的重大突破。TI 公司不久相继推出了第二代和第三代DSP 芯片。90年代DSP 发展最快。TI 公司相继推出、第五代DSP 芯片等。

随着CMOS 技术的进步与发展，日本的Hitachi 公司在1982年推出第一个基于CMOS 工艺的浮点DSP 芯片，1983年日本Fujitsu 公司推出的MB87，其指令周期为120ns ，且具有双内部总线，从而使处理吞吐量发生了一个大的飞跃。

而第一个高性能浮点DSP 芯片应是AT&T 公司于1984年推出的DSP32。与其他公司相比，Motorola 公司在推出DSP 芯片方面相对较晚。1986年，该公司推出了定点处理器MC56001。1990年推出了与IEEE 浮点格式兼容的浮点DSP 芯片MC96002。美国模拟器件公司（AD ）在DSP 芯片市场上也占有一定的份额，相继推出了一系列具有自己特点的DSP 芯片。自1980年以来，DSP 芯片得到了突飞猛进的发展，DSP 芯片的应用越来越广泛，并逐渐成为电子产品更新换代的决定因素。从运算速度来看，MAC （一次乘法和一次加法）时间已经从20世纪80年代初的400ns 降低到

10ns 以下，处理能力提高了几十倍。DSP 芯片内部关键的乘法器部件从1980年占模片区的40%左右下降到5%以下，片内RAM 数量增加一个数量级以上。DSP 芯片的引脚数量从1980年的最多个增加到现在的200个以上，引脚数量的增加，意味着结构灵活性的增加，如外部存储器的扩展和处理器间的通信等。

3DSP 技术在各领域的应用

3.1DSP 技术在电力系统模拟量采集和测量中的应用

计算机进入电力系统调度后，引入了EMS/DMS/SCADA 的概念，而电力系统数据采集和测量是SCADA 的基础部分。传统的模拟量

的采集和获得，通过变送器将一次PT 和CT 的电气量变为直流量，在进行A/D 转换送给计算机。应用了交流采用技术以后，经过二次PT 、CT 的变换后，直接对每周波的多点采样值采用DSP 处理算法进行计算，得到电压和电流的有效值和相角，免去了变送器环节。这不仅使得分布布置的分布式RTU 很快地发展起来，而且还为变电站自动化提供了功能综合优化的手段。

3.2DSP 在变电站自动化的应用

变电站自动化元件较多，模拟量、开关量比较分散，要求的实时性也较高，DSP 能快速采集、精确处理各种信息，尤其在并行处理上可实现多机多任务操作，实用十分灵活、方便，片内诸多的接口为通讯及人机接口提供了容易的扩展，由于接口的多样化，使励磁、调速器及继电保护的挂网监控庚容易。由于DSP 集成度高，硬件设计方便，使设计起来更容易，而且增加了产品的可靠性，DSP 在冗余设计上更容易，为水电站实现无人值班，少人值守的发展方向，提供了可靠的新技术。

3.3DSP 在多媒体通信中的应用

多媒体包括文字、语言、图形和数据等媒体。多媒体信息中绝大部分是视频数据和音频数据，而数字化的音、视频数据的数据量是非常庞大的，只有采用先进的压缩编码算法对其进行压缩，节省储存空间，提高通信线路的传输效率，才能使高速的多媒体通信系统成为可能。多媒体通信要求多媒体网络终端应能快速处理信息，并具有较强的交互性。因此，DSP 在语音编码、图像压缩与还原的语音通信中得到了成功的应用。如今的DSP 基本能实时实现大部分已形成国际标准的语音编解码算法与协议。移动通信中的语音压缩和调制解调器也大量采用DSP 。有能力实现中、低速的移频键控、相移键控的调制与解调等。

3.4DSP 在软件无线电的应用

软件无线电是一种新的无线通信技术，是基于同、一硬件平台上、安装不同的软件来实现多通信功能多频段的无线电台，它可进一步扩展至有限领域。随着DSP 技术的发展和应用的成熟，特别是低功耗DSP 芯片的出现，、使软件无线电的应用研究成为热点。软件无线电具有系统结构通用、功能实现软件化和互操作性好等一系列有优点。其体系结构有电源、天线、多带射频转换器和A/D/A 变换器与DSP 组成。信号的数字化是实现软件无线电的先决条件。关键步骤是以可编程能力强的DSP 来代替专用的数字电路，使系统硬件结构与功能相对。这样就可基于一个相对通用的硬件平台，通过软件实现不同的通信功能，并可对工作频率、系统频宽、调制方式和新品编码等进行编程控制，系统的灵活性大大加强了。

3.5DSP 在机器人控制中的应用

目前，由于人工智能、计算机科学、传感器技术及其它相关学科的长足进步，使得机器人的研究在高水平上进行，同时也对机器人控制系统的性能提出了更高的要求。随着机器人控制系统对实时性、数据量和计算要求的不断提高，采用高速、高性能的DSP 将成为主要的控制方式。将DSP 应用于机器人的控制系统，充分利用（下转第213页）

206

TECHNOLOGY TREND

（上接第206页

）DSP 实时运算速度快的特点，这是当前发展的趋势。尤其是随着数字信号芯片速度的不断提高，并易于构成并行处理网络，可大大提高控制系统的性能。

4DSP 技术的发展趋势

未来DSP 技术将向以下几个方面继续发展：

4.1努力向系统级集成DSP 迈进

将几个DSP 芯核、专用处理单元、外围电路单元、存储单元统统集成在一个芯片上，成为DSP 系统级集成电路。

4.2DSP 的内核结构进一步改善

多通道结构和单指令多重数据、超标量结构、超流水结构、多处理、多线程及可并行扩展的哈佛结构在新的高性能处理器中将占据主导地位。

4.3追求更高的运算速度和进一步降低功耗和几何尺寸

4.4定点DSP 是主流

虽然浮点DSP 的运算精度更高，动态范围更大，但定点DSP 器件的成本较低，对存储器的要求也较低，而且耗电较省。因此，定点运算的可编程DSP 器件仍是市场上的主流产品。据统计，目前销售的DSP 器件中的80%以上属于16位定点可编程DSP 器件，预计今后的比重将逐渐增大。

4.5与可编程器件结合

与常规DSP 器件相比，FPGA 器件配合传统的DSP 器件可以处理更多信道，可在基站中用来实现高速实时处理功能，满足无线通信、多媒体等领域多功能和高性能的要求。

［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]徐伟.DSP 应用的结构和发展方向[J].电子技术应用,1999.[3]李利.DSP 原理及应用.中国水利水电出版社,2004.

2）保证资源丰富有市场前景的工业用地。制定产业用地，优先保障技术含量高、社会经济效益好的产业发展用地，重点保障与地区资源环境条件相适应的主导产业用地；

3）加快矿山复垦、复绿，建设生态示范区，加大矿山生态环境整治力度。

4.3农业发展区

该区是粮食、蔬菜、经济作物等农产品的重要生产基地。主要分布在孙村镇、繁阳镇、平铺镇等镇域。

目标：稳定粮食播种面积，提高耕地质量，鼓励农民改良土壤，采用科学的耕作方式，发展可持续农业。因地制宜调整农业内部结构，以市场为导向，客观条件为基础，积极开展林、牧、副、渔等综合经营开发。

管制规则：

1）农用地不得荒芜，应加大农田基本建设力度，加强土地培肥，不断提高土地质量；

2）区内不得擅自改建或扩建，应尽量搬迁，搬迁后废弃的土地应及时复垦为耕地；

3）未列入国家计划的建设项目用地，一律不得占用基本农田；4）各类非农建设确需占用该区基本农田的，要按照《基本农田保护条例

》进行审批；5）建立基本农田保护与农业补贴、粮食生产补贴挂钩，对基本农田保护给予经济鼓励。

4.4土地整治区

土地整治区可细化为土地开发区、土地整理区、土地复垦区。土地开发区主要分布在荻港镇、新港镇、平铺等未利用地较多的镇域。土地整理区主要分布在繁阳镇、孙村镇、平铺镇等农居点及其他农用地较多的镇域。土地复垦区主要分布在繁阳镇、荻港镇、孙村镇等工矿用地较多的镇域。

目标：合理制定整理开发复垦计划，提高土地利用率，实现耕地的动态平衡。

管制规则：

1）根据土地供需发展趋势，合理规划土地整治的规模，实现耕地占补平衡；

2）制定优惠，调动各方积极性。鼓励旧村改造、盘活农村居民点存量土地；

3）加快闭坑矿山、挖损压占等废弃土地的复垦，立足优先农业利用、鼓励多用途使用和改善生态环境，合理安排复垦土地的利用方向、规模和时序。

4.5人文景观与生态环境保护区

主要包括全县的自然保护区、生态公益林、湿地、水源地、风景名胜区及文物古迹保护区。主要分布在孙村镇、平铺镇、峨山镇等镇域。

目标：充分发挥区域优势、合理调整生态用地结构，适当发展生态旅游风光带，提高经济效益，鼓励区内扩大经济林面积，发展规模经营。

管制规则：

1）土地的开发，必须在保护和改善生态功能的前提下，严格依据规划统筹安排；

2）区内土地利用要强化统一规划管理，任何单位和个人不得侵占和破坏；

3）除与保护直接相关的建筑外，任何单位和个人不得在风景名胜旅游保护区内占用土地，建设相关旅游设施，要按规划报有关部门进行审批；

4）禁止在此区进行开山取石、取土制砖、修墓、乱砍滥伐森林等破坏景观资源的行为，原有采矿造成破坏的土地应尽快复垦；

5）鼓励在该区植树造林，美化环境。

5结论

本文采用定性与定量相结合的方法,综合考虑土地利用、经济社会、生态环境等各种因素，借助SPSS 软件,进行聚类分析,适当打破下级行政辖区界线,将繁昌县划分为城镇建设发展区、工矿用地区、农业发展区、土地整治区、人文景观与生态环境保护区等5个土地利用功能分区；由于城镇化进程不断加大，打破行政界线的功能分区及空间管制规则等仍需进一步的研究探讨和完善。

作者简介：贾慧侠，1982年生，女，安徽省阜阳市太和县人，硕士研究生，主要从事土地利用与管理方面的学习和研究。

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应用科技

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