[科普中國]-基本測控單元

為了減少系統(tǒng)的負擔，目前的測控裝置，都做成了智能式的，測控裝置與系統(tǒng)的聯(lián)系，由數(shù)據(jù)通信來完成。這樣，不但減少了系統(tǒng)的負擔，而且還大量地減少了現(xiàn)場至控制室之間的電纜，主機負責系統(tǒng)管理、決策、統(tǒng)計等任務，而測控裝置負責測控及將采集的數(shù)據(jù)上送主機。測控裝置雖然要接受主機的控制，但它的測控任務是獨立完成的。這就是自動化系統(tǒng)的“分散監(jiān)控、集中管理”基本模式。1

簡介測控單元以功能來劃分，可分為集中式測控單元、獨立綜合式測控單元。集中式測控單元可實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集或控制的某一個單一功能，例如遙測單元、遙控單元。獨立綜合式測控單元能實現(xiàn)各類信號的測量、控制功能。目前構成測控裝置的器件很多，主要以單片機、DSP(Digital Signal Processor)為主。1

單片機測控單元單片機是一種具有CPU和各種不同外部電路的微處理器。從結構上看，單片機與微處理器的重要區(qū)別在于，單片機的系統(tǒng)管理資源沒有微處理器豐富，但卻具有多種用戶電路。因此，如果系統(tǒng)不需要復雜的管理，就可以充分利用單片機的電路集成特性，把系統(tǒng)體積壓縮到最小。單片機組成的基本測控單元結構如圖1所示。1

DSP器件測控單元從系統(tǒng)簡單、易于開發(fā)的角度看，提供了相應用戶電路的單片機則具有良好的實用性。但如果要實現(xiàn)復雜算法，或許要進行高速數(shù)學處理的測控裝置，選擇DSP器件有其明顯的優(yōu)勢。由DSP器件組成的測控裝置系統(tǒng)結構示意圖如圖2所示。1

DSP芯片是一種專門用于數(shù)字信號處理的微處理器，它是一種特殊的、專業(yè)的微處理器，不僅具有可編程性，而且其實時運行速度遠遠超過通用微處理器。其特殊的內(nèi)部結構，強大的信息處理能力以及較高的運行速度等特點，使其在各個領域得到越來越廣泛的應用。1

DSP芯片的內(nèi)部采用程序和數(shù)據(jù)分開的哈佛結構，具有專門的硬件乘法器，采用流水線操作，提供特殊的DSP指令，可以用來快速的實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。DSP芯片具有如下的一些主要特點：

(1)在一個指令周期內(nèi)可以完成一次乘法和一次加法。

(2)程序和數(shù)據(jù)空間分開，可以同時訪問數(shù)據(jù)空間和程序空間。

(3)片內(nèi)具有快速RAM，通?？赏ㄟ^獨立的數(shù)據(jù)總線同時訪問兩塊芯片。

(4)快速的中斷處理和硬件支持。

(5)具有在單周期內(nèi)操作的多個硬件地址產(chǎn)生器。

(6)可以并行執(zhí)行多個操作。

(7)支持流水線操作，取址、譯碼和執(zhí)行等操作可以流水執(zhí)行。

DSP器件有通用與專用之分。通用DSP的運算和處理是用“軟件”實現(xiàn)的，而專用DSP一般是針對某種具體應用而設計的，其運算是用硬件直接實現(xiàn)。常見的專用DSP有：FFT、卷積/相關器、復乘加器等。專用DSP內(nèi)部結構簡單，速度遠高于通用DSP，其缺點是靈活性差，幾乎不具備自適應處理能力。1

通用DSP與單片機的比較單片機只有單總線，且片外地址、數(shù)據(jù)線復用；而DSP片內(nèi)有許多總線，片外的地址、數(shù)據(jù)總線分開，還有比異步串口(UART)速度高得多的同步串口或通信口，因此，數(shù)據(jù)輸入/輸出能力很強。DSP數(shù)據(jù)位寬，乘加器位寬也比單片機大，進行數(shù)字信號處理時速度快、精度高。DSP有大容量的片內(nèi)存儲器。但單片機的控制接口種類比DSP多，適用于以控制為主的模數(shù)混合設計。在其他方面，兩者是類似的。1

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

鄭國忠 - 副教授 - 華北電力大學