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DSP与MCU单片机的选用
来源: | 作者:boshengte | 发布时间: 2021-09-27 | 444 次浏览 | 分享到:

DSP与MCU单片机的选用


最近某公司开展一个新的项目,对传感器的模拟信号的采集,有两个要求:1.AD精度要求在16位 2.采样频率要求达到2000HZ。看来很多单片机,基本上都达不到这两个条件,之前用的stm32  12位ad,采样频率也只能保持在100左右。简单介绍一下DSP与单片机的选用:
单片机的出现实现了简单的控制功能,暂时满足了工程设计的需求,但是随着计算机科学与技术、信号处理理论与方法的迅速发展,对工程中控制或信号处理芯片的实时性和精度的要求越来越高,在某些领域,低档单片机已不再能满足要求,这促使具有快速和高精度处理能力的DSP得以出现并应用。

一.DSP的特点

  1.运算速度

·MIPS(MillionsofInstructionsPerSecond,每秒百万指令数):表示DSP每秒所能处理的指令数,表示的是DSP的运算速度,该值越大,DSP处理速度越快,运行速度就越高。
·MOPS(MillionsofOperationsPerSecond,每秒执行百万操作):DSP通常操作除了包括CPU操作外,还包括寻址、DMA访问数据传输、I/O操作等,因此需要看操作的内容,但是一般来说,MOPS越高意味着乘积.累加和运算速度越快。可见,MOPS可以对DSP芯片的整体性能进行综合描述。
·指令周期:即执行一条指令所需的时间,通常以ns(纳秒)为单位,如TMS320LC2406在主频为40MHz时的指令周期为25ns。
2.运算精度.一般来说,浮点DSP芯片的运算精度要高于定点DSP芯片的运算精度。一般定点DSP芯片的字长为16位、24位或32位,浮点芯片的字长为32位。累加器一般都为32位或40位。定点DSP的特点是主频高、速度快、成本低、功耗小,主要应用于复杂度不高的控制、通信、语音/图像、消费电子产品等领域,而浮点DSP主要应用于复杂的图像、语音、模式识别等领域。
3.字长字长大小是影响成本的重要因素,因为它直接影响芯片的大小、引脚数以及存储器的大小等。设计时在满足性能指标的条件下,应尽可能选用最小的数据字的芯片。4.存储器等片内硬件资源存储器等片内硬件资源主要包括存储器的大小、片内存储器的数量、总线寻址空间以及可提供外部接口数量等。
5.开发调试工具简单实用、功能强大的开发调试工具和相关支持软件、技术文档是开发大型、复杂DSP系统的必备条件,对缩短产品的开发周期具有很重要的作用。开发调试工具包括软件和硬件两部分。
6.功耗与电源管理在一些对功耗有特殊要求的产品中,如个人数字产品、便携设备和户外设备等,功耗与电源管理技术指标对DSP芯片的型号选择具有直接的影响。另外,很多DSP加强了对电源的管理,通常用休眠、等待模式等方式节省功率消耗,期望达到低功耗的目的。TI公司的很多芯片都提供这种功能,并提供了详细的应用说明,用户只需要简单硬件配置或软件配置相应的寄存器即可实现。
二.单片机的特点
单片机,就是指在一块芯片上集成了CPU、RAM、ROM(EPRoM或EEPROM)、时钟、定时/计数器、多功能串行或并行I/O口的通用IC,如Intel公司的8031、8051以及后来的AT89C51等。除了具有以上基本功能外,有些单片机还集成有A/D、D/A,如Intel公司的8098系列等。总的来说,单片机一般具有如下特点。
·具备位处理能力。
·可预测的执行周期。
·擅长中断处理,特别是外部异步事件。
·具有丰富的I/0功能。
·价格低廉,便于开发。
单片机经过了很多年的发展,开发环境完备,开发工具齐全,应用资料众多,后备人才充足。
三.DSP的优势
与单片机相比,DSP器件一般具有更高的集成度、更快的CPU、更大容量的存储器,内置有波特率发生器和FIFO缓冲器,同时提供高速同步串口和标准异步串口,有的片内还集成了A/D采样电路,用于控制领域的DSP还提供多路PWM输出,用于电机控制,可减少开发人员的工作量。DSP器件一般采用改进的哈佛结构,具有独立的程序和数据空间,允许同时存取程序和数据。内置高速的硬件乘法器以及增强的多级流水线,使DSP器件具有高速的数据运算能力。
DSP可以比一些高档的16位单片机单指令执行周期降低8~10倍,可以在一个周期内完成一次乘加运算,比单片机运算快16~30倍,可以大幅度提高存在很多乘加运算的FFT(快速傅里叶变换)和滤波器的运算速度。此外,DSP器件还提供了JTAG接口,具有更先进的开发手段,批量生产测试更方便,开发工具可实现全空间透明仿真,用户可以看到全部存储空问或I/O空间的变化而不占用用户任何资源。开发软件配有汇编/链接C编译器、C源码调试器等,使用户不必过多关心编译细节,从而可以更加专注于算法设计和程序开发。总而言之,DSP是为了满足数字信号处理、控制开发而制造的一类专用微处理器,一般具有以下几个特点。
·采用改进的哈佛总线结构,内部有两条总线,即数据总线和程序总线。采用程序与数据空间分开结构,分别有各自的地址总线和数据总线,可以同时完成指令操作和数据操作。
·采用流水操作,每条指令的执行划分为取指令、译码、取数、执行等若干步骤,由片内多个功能单元分别完成,支持任务的并行处理。
·在一个指令周期内实现一次或多次乘法累加(MAC)运算,从而节省运算时间。
·集成了多个地址产生单元,支持循环寻址和位倒序等特殊指令,实现FFT、卷积等运算中的寻址、排序等,使得计算速度大大提高。
·有一组或多组独立的DMA控制逻辑,提高了数据的吞吐带宽,为高速数据交换和数字信号处理提供了保障。
·支持重复运算,避免循环操作消耗过多时间。
·拥有丰富的片内内存和外扩存储器接口。
·提供多个串行或并行I/O接口以及特别I/O接口(如PWM等),来完成特殊的数据处理或控制,从而提高系统的性能并且降低了成本。
因为单片机和DSP各自有其特点,所以各自有不同的适用领域。一般单片机多应用于一些简单的控制领域,这些应用一般不要求很高的精度和数字信号处理;而在一些高精度控制领域,特别是需要对各种传感器信号进行处理的场合,DSP的应用就更多一些。因此,并不能简单地评价是单片机更好还是DSP更好,而是应该根据不同的工程需要,选择合适的、性价比高的处理器。第1章绪论控制领域,特别是需要对各种传感器信号进行处理的场合,DSP的应用就更多一些。因此,并不能简单地评价是单片机更好还是DSP更好,而是应该根据不同的工程需要,选择合适的、性价比高的处理器。