DSP系统

DSP系统（共12篇）

DSP系统 篇1

摘要：介绍一种基于DSP的音频系统, 采用SPI接口电路由DSPTMS320VC5402控制语音录放芯片ISD4004, 该系统能实现对音频信号的采集、存储和播放等功能。系统软件采用模块化思想设计, 便于调试与修改。

关键词：音频系统,DSP,ISD4004

随着现代科学技术的发展, 数字信号系统的应用越来越广泛。传统的磁带录音系统很难满足当前信息时代的需要, 这就要求我们寻求一种合适的数字音频系统。本系统结合TMS320VC5402与语音录放芯片ISD4004可以通过外部控制端的选择完成对音频信号的采集、存储和输出等功能, 应用范围广泛, 实用性强。

1 系统工作原理

音频系统主要由主控单元、音频采集、外部控制开关、输出单元等组成。

如图1所示, 外部开关选择开始录音, 控制指令由TMS320VC5402通过串行通信接口SPI送入ISD4004, ISD4004开始录音, 采样数据送入片内闪存中;外部开关选择终止后录音停止;外部开关选择输出则由TMS320VC5402控制ISD4004调用存储信息送外部电路输出。

2 系统模块的硬件设计

音频系统主要采用TMS320VC5402定点DSP控制器作为处理器, 通过串行通信接口SPI控制语音录放芯片ISD4004进行对音频信息的录制、存储、播放等功能。ISD4004语音录放芯片工作电压为3V, 单片录放时间为8～16分钟。芯片采用CMOS技术, 内含振荡器、防混淆滤波器、平滑滤波器、音频放大器、自动静噪及高密度多电平闪烁存贮陈列。芯片所有操作必须由微控制器控制, 操作命令可通过串行通信接口 (SPI或Microwire) 送入。芯片采用多电平直接模拟量存储技术, 每个采样值直接存储在片内闪存中, 因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声。采样频率可为4.0k、5.3k、6.4k、8.0kHz, 频率越高, 音质越好[1]。TMS320VC5402是美国TI (德州仪器) 公司推出的一款高性能16位定点数字信号处理器, 最高频率为100MHz, 内部提供16K的存储空间。它提供的多信道缓冲串口 (McBSP) 可以设置为SPI工作方式, 满足ISD4004的控制需要[2]。

接口电路如图2所示。

TMS320VC5402通过串行通信接口SPI为ISD4004提供串行时钟、片选信号以及控制ISD4004的动作信号。SPI协议是一个同步串行数据传输协议, 协议假定微控制器的SPI移位寄存器在SCLK的下降沿动作。ISD4004工作于SPI工作模式。因此对于ISD4004而言, 在时钟上升沿锁存MOSI引脚的数据, 在下降沿将数据送至MISO引脚。ISD4004与DSP通讯协议的具体内容如下[1]:

(1) 所有串行数据传输开始于SS下降沿。

(2) SS在数据传输期间必须保持低电平, 在两条指令之间则保持高电平。

(3) SS变低时, 输入指令和地址后, ISD4004才能开始录放操作。

(4) ISD的任何操作如果遇到EOM (信息结束标志) 或OVF (溢出) , 则产生一个中断, 该中断状态在下一个SPI周期开始时被清除。

(5) 中断状态位移出ISD的MISO引脚时, 控制及地址数据也应同步从MOSI端移入。

(6) 所有指令都在SS上升沿开始执行。

根据ISD4004的时序要求, DSP设置串口为SPI工作模式, 发送数据先于串行时钟半个周期建立、数据在时钟上升沿发送。ISD接收命令字的方式是先地址后命令, 且位序从低到高;而DSP发送数据方式是先高位后低位, 故DSP发送程序中须将待送地址和命令进行高低位对调。

串行时钟 (SCLK) 由DSP主时钟产生。在DSP运行于10MHz时, 设置时钟分频255, 得到约40kHz的串行传输时钟, 适应ISD4004相对慢速的要求。ISD4004的RAC管脚 (行地址时钟) 用于指示录放操作已经接近一行的末端。RAC在行末前25ms变低, 在到达行末时变高, DSP将它作为中断INT3的中断源, 指示录放操作进行到何处;INT管脚在遇到EOM标志和OVF溢出时向DSP发中断, DSP将它作中断INT2的中断源, 用来指示是否到达一段信息的末尾。外部开关触发INT1中断时开始录音, 触发INT0中断时终止录音;放音时触发INT1中断即开始, 触发INT0中断时自动停止放音。

3 系统模块的软件设计

音频系统的主要任务是对音频信号进行采集、存储和输出等。由于系统需要对大量的数据进行操作, 所以TMS320VC5402软件采用汇编语言设计, 提高系统的实时性, 见图3。

TMS320VC5402[3]根据开关信号的选择来执行任务, 主要包括以下几个方面:

1) 系统初始化:若系统为上电复位, 则进行系统初始化:设置片内锁相环、看门狗 、中断及必要的控制寄存器和清除各标志寄存器等;若系统为非上电复位则直接进入运行状态。

2) 开关信号:系统初始化后循环读开关信号中的参数设置区, 根据标志字节执行对应任务。

3) 系统运行:DSP循环读开关信号中的启动标志字, 若允许则开中断、启动片内外设, 执行程序主体循环。主体是对音频数据读写的过程;在主体循环的过程中还要判断开关信号中的功能选择标志字, 若有效则停止运行转入功能选择状态。

音频存储模块, 主要包括以下几个方面:

1) 音频采集:控制指令由TMS320VC5402通过串行通信接口SPI送入ISD4004, ISD4004开始录音;调用音频存储子程序;循环。

2) 音频存储子程序:添加地址标志多电平直接模拟量存储。

音频输出模块, 主要包括以下几个方面:

1) 功能选择:根据外部信息选择调用功能子程序;

2) 音频地址子程序:查询控制信息, 调用存储单元地址;

3) 音频输出子程序:查询地址信息, 调用存储单元数据。

4 结束语

本文研究的音频系统仅提供了基本录放音功能, 在此基础上可进行多方面的扩展。在音频存储模块中添加编辑子程序即可配合音频地址子程序对任意一段信息进行录、放、删除的操作;在音频输出模块中添加地址跳转子程序即可进行快进快退的操作。同时设计者只要对该系统的电路、程序稍加改动, 就可以实现语音复读机、跟读机、留言机、以及电话录音仪等功能。

参考文献

[1]ISD4004语音电路http://www.hbfydz.com

[2]张卫宁.TMS320C2000系列DSPs原理及应用[M].国防工业出版社, 2002-04

[3]Ruber D.Perez.TMS320VC5402 and TMS320UC5402Bootloader[J].February 2000

DSP系统 篇2

DSP外扩FPGA DSP芯片系统时常要根据设计要求或变动调整电路，这对于已经设计好的电路板，无疑带来了困难。而且在设计阶段往往难以测试其性能，例如延时性、毛刺特点等。FPGA的优点是时序整齐、延时一致，易于修改、集成度高、可靠性好。

利用FPGA完成对整个系统的时序控制和接口扩展任务，可以把DSP芯片进一步解放出来去集中完成数据处理工作，提高DSP芯片的使用效率。FPGA的具体工作是：完成整个系统的时序同步工作，使整个系统在统一的时序下顺畅地进行工作；完成接口扩展，使整个系统可以根据需要进行程序、数据存储器及其他外设接口的扩展，进一步扩展发挥DSP芯片的各种功能。

PCB设计布局

首先考虑DSP芯片与存储器之间的位置布局，保证DSP芯片和存储器之间的举例尽可能近一些。这样可以减少制版费用并避免走线过长导致信号线受到寄生电感的干扰而导致信号的质量下降甚至完全失效。信号线上串联的排阻要尽可能地离存储器近些，因为其作用是在高频信号的传输过程中实现平波作用，只有距离越近、效果才越好。

设计锁相环电路和晶体振荡器电路时，电路应尽可能靠近DSP芯片的相应引脚，同时必须在电路板的一侧，并避免穿孔打眼出现。

将排阻和电容都安排在底层，并尽可能地靠近相关的芯片，使其发挥的作用达到最大。此外在作DSP芯片及其他的元件封装时，应该考虑芯片所占的外延空间，而不仅仅是作电路板时它本身封装所占据的空间。即作元件的封装时如果小于它的实际外部尺寸，作周围的元件布局时应该考虑它的外向延伸空间。这样元件焊接、调试的时候比较方便、容易。

在布线的过程中，尽可能地保持信号线的长度近似相等，至少应保证一组信号线中的各个线长度大致相等，这样才会尽可能地保证信号传送的同步，而不出现延时的现象。还应注意走线尽可能往一个方向走，尽量避免出现经常性的折返，这样传输信号的质量也会受到影响。

在电路板上适当多加一些0.1uF的高频旁路电容使高频电流实现电源层与接地层之间的就近消除，而避免集中到某一较远的电容那里去消除。

将所有走线布置完事后应该考虑测试点的选择，应该在需要测试的引脚引线附近安排引出接地点，这样可以降低电位差，使测试的信号更加准确。测试点应该就近接地。

在接地处理时，尽量将一切接地信号就近打过孔连到地层，有时甚至可以多打一些，这样可以更好进行信号屏蔽、尽可能地消除一些不必要的干扰。

中间层的走线夹在电路板层的内部，一旦出现问题无法进行调整，进行检测也不方便。布线时，从信号检测调试的角度考虑尽量避免走中间层。

当信号层之间有电源层或者接地层隔开时，电源层和接地层实际上起着信号屏蔽的作用，它可以把其他层的信号完全隔离开来，因而可以在信号层上随意走线，不必考虑一些走线常常注意的规则，例如信号重叠及相互间干扰现象的出现。走线时应注意电源走线宽度还有通道问题，按照1A对应1mm的基本比例进行走线，并在此基础上将走线进一步加宽。此外保证输入、输出通道尽量不发生转折，各自最好是一条直线形式，避免传输过程中的电磁噪声信号干扰。

PCB设计经验总结

1、PCB布局设计原则

1)距板边距离应大于3~5mm。

2)先放置与结构关系密切的元件，如接插件、开关、电源插座等。

3)优先摆放电路功能块的核心元件及体积较大的元器件，再以核心元件为中心摆放周围电路元器件。

4)功率大的元件摆放在利于散热的位置上，如采用风扇散热，放在空气的主流通道上；若采用传导散热，应放在靠近机箱导槽的位置。

5)质量较大的元器件应避免放在板的中心，应靠近板在机箱中的固定边放置。6)有高频连线的元件尽可能靠近，以减少高频信号的分布参数和电磁干扰。7)输入、输出元件尽量远离。8)热敏元件应远离发热元件。

9)可调元件的布局应便于调节。如跳线、可变电容、电位器等。10)考虑信号流向，合理安排布局，使信号流向尽可能保持一致。

11)布局应均匀、整齐、紧凑。

12)表贴元件布局时应注意焊盘方向尽量取一致，以利于装焊，减少桥连的可能。13)去耦电容应在电源输入端就近放置。

14)数字电路与模拟电路应尽量分开，最好是用地隔开。15)在多层板的设计中，应尽量使用地层和电源层将信号层隔开，不能隔开的相邻信号的走线应采用正交方向。

16)对于双面都有元件的PCB，较大较密的IC，如QFP、BGA等封装的元件放在板子的顶层，插件元件也只能放在顶层，插装元件的另一面（底层）只能放置较小的元件和引脚数较少且排列松散的贴片元件。

2、PCB设计的布线原则

1)走线应避免锐角、直角。采用45°走线。2)相邻层信号线为正交方向。3)高频信号尽可能短。

4)输入、输出信号尽量避免相邻平行走线，最好在线间加地线，以防反馈耦合。5)双面板电源线、地线的走向最好与数据流向一致，以增强抗噪声能力。

6)数字地、模拟地要分开，对低频电路，地尽量采用单点并联接地；高频电路宜采用多点串联接地。对于数字电路，地线应闭合成环路，以提高抗噪声能力。7)对于时钟线和高频信号线要根据其特性阻抗要求考虑线宽，做到阻抗匹配。

8)整块线路板布线、打孔要均匀，避免出现明显的疏密不均的情况。当印制板的外层信号有大片空白区域时，应加辅助线使板面金属线分布基本平衡。9)电源和地的布线。尽量给出单独的电源层和地层；即使要在表层拉线，电源线和地线也要尽量地短，且要足够的粗。对于多层板，一般都有电源层和地层。需要注意的只是模拟部分和数字部分的地和电源即使电压相同也要分割开来。对于单双层板电源线应尽量粗而短。电源线和地线的宽度要求可以根据1mm的线宽最大对应1A的电流来计算，电源和地构成的环路尽量小。

为了防止电源线较长时，电源线上的耦合杂波直接进入负载器件，应在进入每个器件之前，先对电源去耦。为了防止它们彼此间的相互干扰，对每个负载的电源应独立去耦，并做到先滤波再进入负载。

10)时钟的布线。时钟线作为EMC影响最大的因素之一。在时钟线应少打过孔，尽量避免和其他信号线并行走线，且应远离一般信号线，避免对信号线的干扰。同时应避开板上的电源部分，以防止电源和时钟的相互干扰。当一块电路板上用到多个不同频率的时钟时，两根不同频率的时钟线不可并行走线。时钟线还应尽量避免靠近输出接口，防止高频时耦合到输出的cable线上并沿线发射出去。

如果板上有专门的时钟发生芯片，其下方不可走线，应在其下方进行铺铜，必要时还可以对其专门割地。对于很多芯片都有参考的晶体振荡器，在这些晶振的下方也不应走线，要铺铜进行隔离，同时可将晶振的外壳接地。

3、测试点的选择、添加

1)测试点均匀分布于整个PBA(Printed Board Assembly, 装配电路板)板上。

2)器件的引出引脚，测试焊盘，连接器的引出脚及过孔均可作为测试点，但是过孔是最不良的测试点。

3)贴片元件最好采用测试焊盘作为测试点。4)布线时每一条网络线都要加上测试点，测试点离器件尽量远，两个测试点的间距不能太近，中心间距应有2.54mm；如果在一条网络线上已经有焊盘或过孔时，则可以不用另加测试焊盘。

5)不可选用底层上的贴片元件的焊盘作为测试点使用。

DSP系统 篇3

【关键词】电梯；门机控制系统；DSP

随着我国社会经济的快速发展及中高层建筑的与日增多，电梯的普及率也有所提升，尤其是在大中成熟，电梯成为高层建筑人们日常生活必不可少的交通工具。因技术的不断发展，电梯夹门、开关失灵等情况有所减少，电梯门开关的流程性及整体安全性受到广泛的重视。为给乘客提供良好的乘坐体验，良好的电梯门控制系统严重影响着电梯的整体效果。所以开发一种性能好、安全性高、维护方便的电梯门机控制系统尤为重要。电梯门机控制系统是电梯系统的重要方面，从整个电梯控制系统角度来说，因其动作较为频繁且直接面对乘客，因此需要一个运行可靠、安全稳定的电梯门控制系统为乘客提供服务。电梯门机的系统结构通常是其两个门扇被同时连接在一根传动皮带上。如果传动皮带带动电机时，2扇门也给与对称方向运动。本文使用DSP高运算速度提升整个系统的控制性能。选取合理的DSP芯片达到最佳的电梯门机控制效果，从而提升整个系统的适用性及性价比。

1.电梯系统的构成

电梯系统主要划分为本体和控制器两个部门。本体由底座、立柱、轿厢等组成，本文不进行深入探讨；电梯各层动设置轿厢所在楼层的数码显示及外呼按钮和登记指示。随着人们生活水平的提升，对电梯的性能、舒适度安全性等方面提出更高的要求、电梯门机作为直接与乘客接触的电梯系统，其运行性能、运行状态影响着该电梯系统在用户心中的形象，也关系着更多人的利益和人生安全。本文电梯门机控制系统主要由驱动模块、信号反馈模块、人机交互模块组成，如图1所示。使用信号反馈模块采集电梯的位置及速度信号，在控制器内处理数据，随之运用控制电机驱动模块输出控制电机的运行速度。电梯门在实际运行中，为了使电梯门开、关时间最短且开、关过程中撞击程度最小，电梯开关设置如下：当电梯门打开时，通常有三级变速，开始采用高速开门，开门至70%左右专变为低速，如果开门达到90%则以更低的速度爬行。如果碰触到终点限位开关，开门电路会断开，结束开门。电梯门关闭时，通常有4级变速，开始采用高速关门，关门达到60%左右则转变为某一低速，如果关门达到80%，采用更低速度运行。直至关门达到90%，使用比以前更低的速度爬行，当碰触到终点限位开关，电路关门结束。

图1 电梯门机控制系统框图

2.电梯门机系统的控制方式

电梯门机系统的运动控制方式分为编码器控制方式和速度开关控制方式。在使用编码器控制方式时，电机尾部安装有编码器，但上坎上不安装速度开关。在这种控制方式下，通过编码器既能检测轿门位置，又能检测轿门速度，因此可以使用位置和速度闭环控制。在使用速度开关控制方式时，电机不带编码器，而是依据上坎的速度开关来检测速度切换点。在这种控制方式下，没有位置检测，也没有速度检测。

相比两种运动控制方式，从系统结构上看，只是编码器信号用速度开关信号替代，其余控制信号二者完全一样。两个速度开关仅用作电梯门机系统运动过程中的速度切换点。从系统性能上看，速度开关控制方式会导致控制精度相对要差，门机运动过程的平滑性不太好。而编码器控制方式能实时监测轿门位置，轿门速度，控制精度相对要高，但相应的成本也相对较高。

3.设计电梯门机系统硬件

本文设计的电梯门机控制系统使用DSP作为主控制机，被控对象为电梯门的异步电梯及电梯门扇，采用增量编码器给予反馈控制。逆变电路采用三菱公司的智能功率模块，这种模块的最大直流侧压为600V，最大允许电流是10A，与欠电压保护、短路保护相互配合，适用于小功率的电机驱动上。

系统硬件主要由主回路部分，检测部分，控制电路三部分组成。主回路主要是把电网电压经过整流和逆变，送入交流电动机，并通过控制电路控制逆变器开关元件的开断，实现电动机的调速。检测部分主要完成输出电流、位置和速度信号的检测，以及过流、过压和欠压等故障信号的检测。控制电路主要完成电力传动系统的指令形式，电流、速度和位置控制，产生PWM控制信号，完成矢量控制算法。

使用TI公司最新研发的DSP当做主控制机，这一系列是原系列的精简版，具有价格低廉的优点。使用旋转编码器，实现对电梯门运动速度和电梯门位置加以反馈，形成速度曲线的闭环控制系统。把键盘及控制芯片连接在一起，通过键盘达到修改参数或发出指令的目的。使用SPI方式与DSP芯片完成通讯，使用其自带字库进行显示。为有效降低外部电路对DSP逻辑计算和各部件噪声对通讯的影响，系统可以设计抗干扰电路，所设置的抗干扰系统如下：（1）弱电部位，为防止模拟电路的干扰信号串联至数字电路，可以把模拟地与数字地区分开，最后设计一个共地点。（2）把强电及弱电部门分开设置，输入输出接口位置，均使用光耦隔离。避免出现互相干扰情况。

4.设计电梯门机系统软件

电梯门机控制系统软件使用结构化的设计方法，是由主程序、电机控制、人机交互等模块组成。主程序作为整个软件系统的核心，其他所有模块都必须围绕主程序进行工作。初始化实现对芯片上电、使用的I/O口、外设等展开配置；门宽自动完成对门机的复位，完成测量门宽，把所测得的门寬数值输入储存器中。电机控制模块实现对电梯门开关动作的逻辑判断、生成电梯门运动曲线，完成堵转开门的控制算法。其中主要控制功能是在主循环内完成，通讯部分数据接收采用中断服务程序进行处理。本文设计的电梯门机控制系统使用系集成的双路通讯接口，对堵转力矩控制情况进行探讨。根据改变堵转判断算法或改变相应的参数，达到控制堵转力矩大小的目的，同时堵转力矩会因基频电压的变化而改变。

5.结束语

电梯系统是一个人机交互的控制系统，它是由电气控制技术、通讯技术、变频技术等组成。为让电梯更好的为大众服务，保证其安全性、高效能，本文以电梯门机控制系统为研究对象，介绍了电梯系统的总体构成及软、硬件设计情况。 [科]

【参考文献】

[1]罗恒年.变频门机系统[J].中国现代教育装备，2011，（15）：35-38.

[2]史轶群.变频调速技术在电梯门机的应用[J].科技致富向导，2012，（8）：86.

[3]虞晖华.基于DSP和变频器的电梯门机控制系统[J].轻工机械，2013，31（4）：48-50，55.

基于DSP的车牌识别系统 篇4

伴随着世界各国汽车数量急剧增加, 城市交通状况日益引起人们的重视, 如何有效地进行交通管理, 已成为越来越多人关注的焦点, 解决这些问题的关键就是建立智能交通系统。车牌识别是智能交通系统的重要组成部分, 它在交通控制与监视中有着多种用途, 目前已广泛应用于各种领域。

2 车牌识别系统的工作原理

车牌识别系统能将输入的车牌图像经过处理识别, 输出为几个字节大小的车牌字符串, 无论在存储空间的占用还是与管理数据库相连方面都有无可比拟的优越性, 有着广泛的应用前景。车牌识别系统的成功开发将大大加速智能运输系统的进程。系统采用DSP-EXP-IV实验箱, 静态视频图象采集卡, 摄像头。该系统的工作过程如下:第一步, 由摄像头拍下车牌图像, 完成图像采集并将采集来的图像存在视频采集卡的SRAM中。第二步, 将图像通过DSP1进行处理, 图像处理包括滤波、二值化、倾斜度调整和去除车牌边框、字符分割以及归一化等等。第三步, 提取字符的特征, 并按照模板匹配法进行识别。第四步, 进行双机通信, 将分析数据传到DSP2, 然后控制液晶屏显示结果。

3 车牌识别系统的实现

3.1 图像采集及存储格式

用摄像头对准车牌, 按下视频采集卡上的复位键, 图像便被存储在采集卡的SRAM空间。

3.2 图像的灰度化。

采集来的图像为彩色的, 由于其调色板内容比较复杂, 使得图像处理的许多算法都没有办法展开, 因此有必要对它进行灰度处理。灰度图像没有颜色的差异, 有的只是亮度上的不同。亮度值大的像素点比较亮 (亮度值最大为255, 为白色) , 反之, 比较暗 (亮度值最小为0, 为黑色) 。

3.3 图像的二值化。

在进行了上述的去色调的处理后, 图像由彩色图像转化为灰度图像。图像中的每个像素只有亮度值。它的大小只决定像素的亮暗程度。为了便于开展后续的图像处理操作, 还需要对得到的灰度图像进行二值化处理。图像的二值化就是把图像中的像素根据一定的标准分化成两种颜色。在本系统中是根据像素的亮度值处理成黑白两种颜色。图像的二值化有很多成熟的算法。它可以采用自适应阈值法, 也可以采用给定阈值法。由于车牌字体与背景颜色一般比较固定且对比鲜明, 所以本系统采用给定阈值[3]的方法。经过二值化后, 电脑显示器上显示的车牌图像见图2。

3.4 车牌的去边框。

由于车牌字体外有边框, 在对字符进行分割、归一化等处理前要先去边框。本系统采用逐行逐列扫描法来去除边框。经过去边框后, 车牌图像在显示器上显示见图5。

3.5 字符的归一化。

每次采集来的图像中, 字符大小都有差异。在提取字符特征向量时, 即使是同一个字符由于大小差异, 每次的提取的特征值也有很大差别, 没有办法利用其与现成的模扳匹配来识别字符。因此, 必须把字符归一化为统一的大小, 以提高识别的准确率。

经过归一化并重新排列后的字符在显示器上显示, 见图6, 7。

3.6 字符特征提取。

在本系统中对采集来的车牌图像经过二值化、去边框、大小归一化等一系列变换, 原来大小不一, 分布不规律的字符变成了一个个大小相同, 排列整齐的字符。下面就要从这些经过处理的字符中提取最能体现字符特征的特征向量。网格特征提取法[1]就是用一组假想的网线对字符图像的区域进行划分。字符图像被均匀分成若干区域, 称之为“网格”。在这里, 网线是在垂直方向和水平方向均匀分布的。分割完毕后, 统计每一个格子中白色像素点的个数作为特征向量。在本系统中为了进一步提高其适应性, 以每个小格子中白色像素点个数与该字符中总的白色像素点个数的比值作为特征向量。例如, 对于数字“6”, 将其平均分成如下图所示的9个网格, 从左到右排列分别为网格1、网格2、网格3, 第二行接着上面的数字继续从左向右排列, 依次类推。然后统计第i个网格中的白像素点个数, 记为s[i], i=0…8。接着统计总的白色像素点的个数, 记为sum。则其九个网格特征提取值为:s[i]/sum, 其中i=0, 1…8。 (见图8, 9)

3.7 字符识别算法--模板匹配法。

车牌字符字符集小, 车牌上出现的汉字只包括全国各省、市、直辖市和部队、武警、公安的简称, 再加上26个英文字母以及10个数字, 字符类别不超过100个。又由于硬件存储空间和运行速度的限制, 系统采用相对较简单的模板匹配法。模板匹配[2]这是图像识别方法中最具代表性的基本方法之一, 它是将从待识别的图像或图像区域f (i, j) 中提取的若干特征向量与模板T (i, j) 相应的特征量逐个进行比较, 计算它们之间规格化的互相关量, 其中互相关量最大的一个就表示其间相似程度最高, 可将图像归于相应的类。也可以计算图像与模板特征向量之间的距离, 用最小距离法判定所属类。

参考文献

[1]张雄伟, 邹霞, 贾冲.DSP芯片原理与应用[M].北京:北京机械工业出版社.2005.[1]张雄伟, 邹霞, 贾冲.DSP芯片原理与应用[M].北京:北京机械工业出版社.2005.

[2]胡小锋, 赵辉.Visual C++/MATLAB图像处理与识别使用案例精选[M].北京:人民邮电出版社, 2004.[2]胡小锋, 赵辉.Visual C++/MATLAB图像处理与识别使用案例精选[M].北京:人民邮电出版社, 2004.

DSP系统 篇5

基于DSP的CCD天文图像处理系统

介绍了一个基于DSP的CCD天文图像处理系统的软硬件实现.分析对比了传统的基于PC机的.处理方法,提出了一种简化的背景估计方法,并在此基础上应用了按列扫描的目标提取方法.给出了一种对局部背景进行精确估计的方法,保证了星象中心和星等的计算精度.最后给出了系统的硬件结构以及DSP软件算法的流程.

作 者：张月 马云 王伟 陈曾平ZHANG Yue MA Yun WANG Wei CHEN Zeng-ping 作者单位：国防科技大学ATR实验室,湖南,长沙,410073刊 名：电光与控制 ISTIC PKU英文刊名：ELECTRONICS OPTICS & CONTROL年，卷(期)：12(4)分类号：V555.2 TP31关键词：DSP CCD 天文图像处理 背景估计

DSP系统 篇6

【关键词】塔康系统；距离测量；DSP；CPLD

TACAN是1955年研制并投入装备的近程无线电导航系统，为适应舰载、移动台站而开发的战术空中导航系统。

1.系统工作原理

其测位原理是机载设备接收地面信标台天线辐射特定的方位信号（其中包括基准和包络信号）后经过处理，测量出基准与包络之间的相位差，并显示，完成测位功能。

距离测量是根据二次雷达工作原理，机载设备以80～120Hz（搜索状态）或20～30Hz（跟踪状态）速率发射询问脉冲对信号，地面信标接收到询问脉冲信号后，经过一个固定延迟，在向机载设备发射应答脉冲对信号。机载设备接收到信标发射信号后，经过识别选择出对自己的测距应答脉冲，并测量出询问脉冲与应答脉冲之间的时间间隔。利用这个间隔T，按下式换算出机载设备与信标台之间的实际距离D=1/2×C×(T-T0)，C为电波在空间的传播速度，取为3×108m/s，T0为信标台的固定延时。公式计算考虑发射询问信号时和接收回答信号时飞机位置的变化，因为飞机运动速度想对于无线电波的传输速度而岩是相当缓慢的，在信号传播的短时间内飞机位置的变化对计算精度相比较是可以忽略不计的。

2.主要信号形式以及信号特性

TACAN视频信号是地面信标台不断通过天线向其周围空间发射电磁波信号，经机载设备接收并解调后输出的塔康视频信号，它由有一定规律的外包络调制的数千个脉冲或脉冲对组成，内含有相应的方位和距离等信息。

TACAN视频信号是由钟形脉冲组成，脉冲应为准钟形脉冲(高斯形)；脉冲上升时间：2.0±0.25μs；脉冲下降时间：不超过3.0μs；脉冲宽度：3.5±0.50μs。主要功能用作普通精度方位、距离的测量，工作状态R或R/T，A/A-R或A/A-R/T，如图1。

图1

TACAN视频信号的识别信息，视频信号是由大约2700对脉冲对组成，其中包括主基准脉冲群、辅基准脉冲群、识别信号、距离应答信号、随机填充脉冲。编码关系如表1所示。

3.测距的主要工作原理及过程

3.1 噪声过滤控制过程

先对采样到的1V以上视频脉冲计数，如超过6000个/秒，即输出噪音电平信号到噪音AGC控制，使视频信号中噪声幅度小于1V;同时通过脉宽鉴别电路，识别视频信号脉冲宽度，过滤掉小于1.6μs、大于6.4μs的脉冲，即噪声和强干扰，输出经50%脉冲幅度检波的矩形脉冲进行译码。

3.2 脉冲对译码过程

当CPLD冲后，首先将计时值存入缓冲内存，如在T/R-X状态时，判断其与前面已存入的一个脉冲间隔时间是否为12±0.5μs，如“是”则认为是一对编码脉冲，即将前一脉冲时间值计入已译码脉冲内存有待进一步处理并将缓冲内容清零，同时输出一译码选通标记脉冲。如与前一脉冲间隔时间无任何关系或无前一脉冲，则可认为该脉冲为第一脉冲，可将计时值存入缓冲内存待用。在A/A-X状态时，收到的脉冲为单脉冲信号，可直接计入译码脉冲内存有待处理。

3.3 信号分类识别方法

在R/T-X工作模式，CPLD有4类，一是随机填充脉冲，只起填充视频外包络的作用，在此无任何意义，每秒2700对左右，占总数的74%，二是主、辅基准脉冲群，每秒135组900对占总数的24%。三是距离回答脉冲，每秒25～100对，占总数的2%，四是有规律的识别信号脉冲，此时无随机及回答脉冲。

主基准脉冲群：按同样对待相邻脉冲的方法对译码脉冲内存的脉冲计时值，进行判断，如T/R-X状态时，主基准脉冲群规律为12对12μs编码脉冲对，间隔30μs，如果收到一组脉冲发现间隔30±0.5μs且编码为12±0.5μs的脉冲对多于8对即可认定是主基准群，当然，为避免干扰，可与前一主基准群进行比较，判断是否是主基准群，然后输出译码选通标记脉冲并开始主基准计时，同时与通过信号处理识别出的15Hz可变方位信号正斜率拐点的选通标记脉冲定时点比较，输出16位计时值即方位数据。

辅基准脉冲群：同样，T/R-X状态时，辅基准群为间隔24μs编码12μs的6对脉冲群，如连续收到4对具有该规律的信号脉冲，可认定是辅基准群而发出辅基准定位信号。识别信号：将收到的每一组信号变为一个单脉冲，主、辅基准群也各化为一个单脉冲进入内存，每25ms判断一次，看是否有间隔100±10μs的脉冲对在25ms内连续出现25次(极限35次)或断续出现25次，如有即认为是有效识别信号并发出1350Hz识别信号经过隔离放大输出，直到某一25ms区间无该规律信号出现为止，按莫尔斯码的规律，点长信号125±12.5ms，划长信号375±37.5ms，在最坏情况下，点长信号可在4个25ms区间识别到，划长信号可在14个25ms区间识别到，采样判断区间满足正常使用要求，同时可判断输出台址码。

回答信号：对于回答信号的识别比较复杂一些，可分为“搜索”、“跟踪”、“记忆”三种情况。DSP根据距离(“搜索”、“跟踪”、“记忆”)的工作状态，定时按数学规律给CPLD时计数值进行延时。先送一按伪随机序列码延时的计数值到16位比较寄存器，时间到后，开始发射导前封闭脉冲(6.5μs)，复位计数频率10MHz的16位高速计数器(高速计数器的精度为±0.1μS，相当于距离±15米)，同时将该信号经缓冲输出去封闭接收分机、视频通道及外部其它设备等；1.5μs后生成脉宽3μs的询问脉冲，第二个导前封闭脉冲同样生成第二询问脉冲，即询问脉冲对。当有外界封闭信号出现时，询问脉冲不发射输出，起到一保护作用。如正常，高速计数器即同时开始有效计数，将固定延时过后的500km路程中即3300μs时间均分为10μs间隔的区间，16位内存内的每一个字区间表示为1.5km的距离，将在这一3300μs时间内收到的所有随机脉冲按其收到的时间计数值存入内存，在“搜索”状态，设备每秒发射100对询问脉冲，按70%的概率计算，应能收到70对脉冲，即0.1s应收到7对脉冲，连续搜索0.1s，收到的回答脉冲在某相邻的二区间内可达到6～8对，而其它区间在0.1s内进入的总脉冲对数最坏情况下为370对，平均到每个区间仅为1.1对，远远小于距离回答脉冲在该区间出现的个数，转入“跟踪”状态后，设备每秒发25对询问脉冲，按70%概率计算，每秒应收到17.5对回答脉冲，如飞机相对于地面速率为±2km/s，则最差的情况时，连续有6对脉冲未收到，第7对脉冲收到时，飞机已飞越560m，相当于4μs时间，所以设定跟踪区间为±1km，足以满足动态范围需要，丢失信号即“记忆”后8s范围内，可按地速±2km/s逐步扩大搜索范围，而显示值则按原值加当时速率值继续输出，直到抓住新值。如4s时△t=±8km，8s时△t=±16km，在△t范围内的任何一点如连续收到3组脉冲，即可认定重新抓住了信号，可锁定后继续“跟踪”，否则过15s，即转入“搜索”，按原方法重新搜索信号。

在A/A-X状态，设备除发出询问脉冲并等待回答信号外还接收其它设备发出的询问脉冲，经译码识别确认后驱动总延时为T0=50μs固定延时电路延时后，形成3μs回答脉冲送至发射分机电路，当有外界封闭信号出现时，发射脉冲不输出，起到一保护作用。为保护发射分机不因发射脉冲太多而烧毁，应控制到发射分机的询问脉冲和回答脉冲发射数量，不超过600个。

4.硬件电路方案

本项目硬件电路部分主要是采用大容量的CPLD+DSP数字信号处理相结合，硬件电路设计主要包括信号预处理电路、CPLD电路、DSP处理电路等各部分电路之间的接口设计以及电源电路等部分。硬件电路为软件处理模块提供输入数据和处理资源，并在软件的统一协调下完成数字信号处理。硬件原理框图如图2所示。

5.结束语

提出了一种利用DSP和CPLD相结合的方式来完成塔康系统的测距、侧位功能，利用数字信号处理和可编程逻辑器件来合理分配所需完成的功能。使得设备可靠性增强、功能模块清晰。实际表明该方法有效可行。

参考文献

[1]程慧莉,张洪戎.智能导航总体框架[J].北京航天航空大学.

[2]张忠兴.无线电导航原理[J].空军电讯工程学院.

[3]1993.9ICAO,AERONAUTICAL TELECOMMUNICATIONS ANNEX10.1990-11-15.

作者简介：赖杰鹏（1976—），大学本科，工程师，陕西凌云集团有限公司设计所设计师，主要研究方向：导航、信号处理。

基于DSP的动态称重系统设计 篇7

交通运输业的发展对国民经济建设起到了积极的推动作用, 但是我国公路运输车辆超限超载现象极为普遍, 在严重的地区, 几乎所有的货运车辆都存在不同程度的超限超载行为。车辆超限超载运输对路桥基础设施、交通安全、运输市场及车辆生产秩序造成了极大危害[1]。设计检测所需时间短、准确度高的车辆动态称重系统, 对公路交通部门有效地实施治理超限, 保证行车安全、延长公路的使用寿命、降低公路养护的成本等方面起着至关重要的作用, 具有显著的社会效益和经济价值。

目前国内的动态称重系统主要应用在道路交通调查、超限运输管理和计重收费方面。2001年以来, 国内部分省市尝试采用计重收费这一经济手段治理超限运输[2]。实践证明, 采取以计重收费与行政手段相结合的办法, 能有效治理超限运输。虽然目前计重收费取得了一定的成就, 但暴露的问题已严重制约动态称重系统在全国的普及和推广。分析目前存在的亟待解决的问题主要有:设备安装对已建成的广场开挖面积大, 设备安装周期长;车辆走S型通过秤台, 走S型能把轮胎向下的压力部分分解为横向扭矩, 影响称重结果;尤其是称重结果误差较大容易造成车主和收费人员之间的征费矛盾[3]。

上述问题可以通过改进称重系统设计有效解决, 本文抛弃了传统的弯板式称重平台设计方法, 采用了压电石英传感器作为动态称重系统的称重传感器, 此系统由于设备简单、规模小, 减少了安装施工难度, 并提高了该系统的称重精度和效率。动态称重系统硬件采用基于TMS320C6416的DSP核心器件设计, 实测表明所设计的动态称重系统运行良好, 可应用于公路运输车辆超限检测等相关行业。

1称重传感器的选择

车辆动态称重主要有两种方式:整车测量和轴重测量。本文设计的动态称重系统采用轴重测量, 即分别测出车辆各轴的轴重, 再由称重系统计算出整车重量。

称重传感器作为动态称重系统的核心器件, 是测量系统的输入端。目前在国内外动态称重系统实际应用中主要采用共聚化合物式压电传感器、电容式传感器、桥式称重平台、光纤传感器等。以上传感器由于价格、性能、使用寿命等问题, 容易导致动态称重系统精度不高[4]。

本文选用压电石英式传感器, 它是一种新型的传感器, 近几年由于其性能得到较大的提高, 目前得到一定的应用。石英传感器的温漂极小, 低速、高速状态下都可进行称量, 同时石英的物理特性比较稳定, 其灵敏度随时间变化较小。

压电石英称重传感器是利用石英晶体的纵向压电效应将重量信号转换成电信号的装置。与其他采用的传感器相比较有以下优点:

(1) 量程范围广, 结构紧凑、体积小、重量轻;

(2) 灵敏度高, 测量值可到上百吨载荷, 又能分辨出小至几公斤的动态力;

(3) 刚度大, 固有频率高 (几十千赫以上) , 是同尺寸应变式称重传感器的8倍, 动态响应快;

(4) 时间老化率低, 无热释电现象, 工作可靠性高, 寿命长;

(5) 对温度的敏感性低, 灵敏度变化极小, 长期稳定性好;

(6) 在使用时不用事先调整平衡, 操作方便。

石英晶体敏感元件惟一的缺点是不能在长时间内进行静态测量。综上所述, 完全可以选择压电石英称重传感器作为动态称重系统的轴重称重传感器。

2动态称重系统硬件设计

2.1 硬件系统组成框图

基于TMS320C6416动态称重系统的硬件设计主要包括:压电石英式传感器、放大电路模块、滤波电路模块、模/数转换模块、TMS320C6416信号处理模块、存储器模块、PCI接口模块、电源电路模块组成, 其组成框图如图1所示。

2.2 系统功能

(1) 压电石英式传感器

系统采用奇石乐公司生产的9195型称重传感器, 用来采集通过车辆的轴重电压信号。9195型压电石英传感器长1 000 mm, 宽度为50 mm, 高度为44 mm。

(2) 放大及滤波电路模块

由于压电石英称重传感器采集的电信号比较微弱, 所以通过放大电路对传感器采集的信号进行放大;滤波电路用来滤除出信号中的噪声。

(3) 模/数转换模块

将采集的轴重电压信号转换成DSP处理器可处理的数字信号。本系统采用ADS5517芯片。ADS5517是TI公司新近推出的一款高采样率、高性能的模/数转换器, 它拥有小封装体积和高模拟带宽, 并且在高频模拟信号输入的前提下可以得到很高的SNR (Signal-to-Noise Ratio, 信噪比) 和SFDR (Spurious-Free Dynamic Range, 无杂散动态范围) 。ADS5517最高采样率为200 MIPS, 支持11位采样分辨率, 支持内部采样和保持。

(4) TMS320C6416信号处理模块

该模块采用高性能的TI公司的TMS320C6416 DSP芯片负责数据的采集和处理。TMS320C6416是目前能力最强大的处理器 (DSP) , 它的主频高达600 MHz, 内部包括1个DSP内核、一级数据Cache、一级程序Cache、二级存储器、增强型DMA控制器 (EDMA) 、Vterbi译码协处理器 (VCP) 、Turbo译码协处理器 (TCP) ;对外接口包括2个外部存储器接口 (EMIFA和EMIFB) 、主机接口 (HPI) 、PCI接口、UTOPIA接口、多通道缓冲串口 (McBSP) 。

TMS320C6416采用了两级超高速缓存器, 即16 KB的一级数据Cache、16 KB的一级程序Cache和1 024 KB的数据和程序统一内存。如果需要扩展缓存, 1 024 Kb内存中的256 Kb存储空间可设置用作二级Cache。在内存和外设接口 (EMIFA接口、EMIFB接口、HPI或PCI接口、McBSP串口、UTOPIA接口等) 之间所有的数据传输都由EDMA来处理。 TMS320C6416的EDMA共有64个通道, 每个通道的优先级都可编程设置, 每个通道都对应一个专用同步触发事件, 使得EDMA可以被外设来的中断、外部硬件中断、其他EDMA传输完成的中断等事件触发, 开始进行数据的搬移。EDMA完成一个完整的数据搬移后, 可从通道传输参数记录指定的链接地址处重新加载该通道传输参数。EDMA传输完成后, EDMA控制器可以产生一个到DSP内核的中断, 也可以产生一个中断触发另一个EDMA通道开始传输。

(5) PCI接口模块

该模块采用PCI Technology公司的桥接芯片PCI9052。PCI9052是PLX技术公司继PCI9050之后推出的低成本低功耗、高性能的总线接口芯片, 通过该芯片可使多种局部总线快速转换到PCI总线上。根据PCI规范, 主设备和从设备的划分本质上是确定数据传输双方访问与被访问的能力和关系。在此, PCI9052只能由主机或拥有总线主控制能力的其他设备进行数据的读写操作, 但由于其内部有64 B写FIFO和32 B读FIFO, 使PCI9052的局部总线和PCI总线能互相独立工作。PCI9052允许设计相对的低速局部总线在PCI总线上获得132 MB/s的突发数据传输速度。

2.3 硬件电路

系统硬件电路图如图2所示。

3动态称重系统软件设计

系统的软件设计由数据采集子系统、数据存储管理子系统、称重收费子系统三部分组成。软件利用Delphi语言编写, 软件具有友好的用户界面, 可方便地实现称重数据的存储、显示。

3.1 数据采集子系统软件设计

数据采集软件设计的流程图如图3所示。

数据采集子系统软件其主要功能包括实时采集称重传感器的电压信号, 并可调整数据采集速率, 显示测试电压值, 并保存现场数据。其中用户界面如图4所示。

3.2 数据存储管理子系统

该系统是动态称重系统的后台管理软件。两厢轿车通过传感器实测后采集的数据如图5所示。

3.3 称重收费子系统

称重收费系统是利用测量数据根据相关算法计算车量, 系统界面可直接显示车辆总重, 并可通过输入收费标准, 实时显示需缴纳的费用, 其界面如图6所示。实测表明, 此系统用户界面友好、操作简单、运行时间短, 可有效缩短测量时间, 提高运行效率和精度。

4结语

本文设计的动态称重系统主要特点是节省时间、效率高, 使得称重时不至于造成对正常交通的干扰, 这对公路建设与管理有着极为重要的应用, 尤其解决了目前高速公路所采用的称重系统存在的动态称重时间长、精度差、对路面破坏严重且维修困难的问题。具体体现在:

(1) 动态称重平台的设计上抛弃了传统的平板式称重平台设计方法, 采用了压电石英传感器作为动态称重系统的称重传感器, 提高了该系统的称重精度和效率。

(2) 设计基于TMS320C6416的动态称重系统, 并利用Delphi完成动态称重系统的软件设计, 并能够完成称重数据的采集、存储、收费等功能, 系统运行稳定。

通过实验表明, 该系统软硬件运行良好, 车重结果数据可靠, 完全达到实际应用要求。

参考文献

[1]刘王景, 胡江碧, 彭利人, 等.论我国高速公路建立超载称重站的紧迫性[J].东北公路, 2003, 26 (2) :12-14.

[2]程路, 张宏建, 曹向辉.车辆动态称重技术[J].仪器仪表学报, 2006, 27 (8) :943-948.

[3]张文会, 韩冰源, 马振江.车辆动态称重系统误差产生机理[J].森林工程, 2007, 23 (5) :23-24.

[4]周志峰, 蔡萍, 许嘉, 等.EMD方法在汽车动态称重中的应用[J].数据采集与处理, 2005, 20 (3) :338-341.

[5]韩相军, 梁艳荣, 关永.基于DSP的嵌入式驾驶疲劳监测系统研究[J].公路交通科技, 2007, 24 (1) :147-150.

[6]曾华中, 徐建闽.基于TMS320F2812的车辆动态称重系统设计[J].微计算机信息, 2007, 23 (17) :165-167.

[7]吴秋平, 高钟毓, 王永梁.基于DSP的车载GPS/DR/MM组合导航仪[J].公路交通科技, 2002, 19 (6) :131-135.

[8]苑宏伟, 周福宝, 朱礼平.基于Delphi的重力式挡土墙计算机辅助设计[J].交通与计算机, 2004, 22 (11) :110-112.

[9]RAKHAH A, KATZ R A, KAISY A F.Field evaluationof weigh-in-motion screening on truck weigh station opera-tions[J].IEEE Intelligent Vehicle Symposium, 2003, 1 (6) :74-79.

[10]HUANG N E, WU M L, QU W D.Applications ofhilbert-Huang transform to non-stationary financial timeseries analysis[J].Appl.Stochastic Models Bus, 2003, 19 (3) :245-268.

DSP直流电机调速系统研究 篇8

在当今时代的电器领域中,直流电机具有两个突出性能,即运行性能和控制特性,速度调节范围宽,响应快,因此以直流电动机作为执行电机的直流调速系统在电器传动领域被广泛使用,是调速系统的主要形式。近年来,计算机发展迅猛,渗透到各个领域,随着计算机被应用到控制领域,直流电机朝着智能化的方向发展。随着工作生产的发展,直流电动机在速度控制方面的要求更高、更精准,DSP直流电机调速系统的研究与开发,满足这一发展需求,在很多对于系统性能要求高的场合得到广泛的使用。

1 DSP的概述及发展

1.1 DSP技术简介

DSP,即数字信号处理,是电子信息技术的基础学科,它的概念和基本分析方法已渗透到电路与系统、生物医学工程、电磁与微波技术等多个领域,是一门新兴且应用广泛的学科。DSP在通常的信号处理过程中有着突出的优点,如精度高、稳定性好、易于实现自适应算法、大规模集成等,DSP的这些优点是其他系统无法比拟的。

1.2 DSP技术的发展进程

纵观DSP技术的发展史,大致经历三个发展阶段。20世纪50年代到60年代,数字信号处理技术得到初步发展,直到20世纪70年代,提出了DSP的理论和算法的基础,即1978年由AIM公司发布的世界上第一个单片芯片S2811。在1979年,由美国英特尔公司组织投入研究并开发的商用可编程器件2920,被业内人士推崇为DSP芯片的里程碑作品。但是,无论是AIM公司研发的DSP芯片还是美国因特尔公司研发的DSP芯片,都缺少DSP芯片必有的单周期乘法器。世界上第一个拥有硬件乘法器的DSP芯片是由日本公司在1980年推出的mp D7720,被认为是第一块单片器件。1982年,美国德州仪器公司推出了世界上第一代DSP芯片及其系列产品,这一系列产品的出现推动了实时数字信号处理系统的大跨步发展。在90年代以后,DSP芯片进入高速发展阶段,前后推出了六代芯片。

目前,在工业中,电机耗电量大,电机的工作效率问题一直是人们关注的重点,为提高电机的效率,可以通过智能手段从以下两方面着手:一方面,在提高电机的运行性能方面,智能控制所使用的算法更加先进;另一方面,由于系统采用智能控制,就有可能将现有的电机更换为效率更高的电机。

2 DSP系统在电机控制领域的应用

感应电动机或永磁电动机控制器的构成,不仅包括微处理器、存储器和外围芯片,还需要专用门陈列组合,在这种情况下,芯片的使用数量就会增加,相应的软件应用程序更为复杂,从而使使用成本增加,企业的利润降低。为解决上述出现的问题,提高电机的性能同时降低成本,各个公司都致力于在这方面的研究。其中由TI公司研制出的TMS320C24X系列和由AD公司研制出的ADMC系列的控制器,不仅具有高速信号处理和数字控制功能所必需的体系结构特点,而且有为电机控制应用提供单片解决方案所必需的外围设备。

由此可以看出,选择以DSP技术为核心的控制系统的直流电机多很有优点,在系统硬件中,减少了芯片的使用,提高了控制系统的可靠性,体积变小,节约成本。

3 直流电机的DSP控制

3.1 直流电机的主要结构

直流电机主要包括两部分,定子和转子,其中定子主要包括主磁极、换向磁极、电刷装置、机座和端盖。主磁极是由铁心和励磁绕组成,产生恒定的气隙磁通。换向磁极主要用于改善换向。电刷装置与换向片相结合,完成直流与交流的互换,机座与端盖起到支撑和固定的作用。转子由电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴和轴承五部分组成。电枢铁心是主磁路的一部分,用来放置电枢绕组,电枢绕组是电路部分,由带绝缘的导线绕制而成。换向器与电刷装置相配合,完成直流与交流的互换。

3.2 直流电机的工作原理

直流电机作为一种旋转电机,通过直流电能与机械电能之间的相互转化完成工作。首先把电刷A与电源的正极链接在一起,电刷B与电源的负极连接在一起,然后再把电刷A与电刷B分别连接到直流电源上,就形成一个闭合电路,保证电枢线圈中有电流产生并且流过,在磁场的作用下,N极性下导体ab受力方向从右到左,S极下导体cd受力方向是从左到右,该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩,当电磁转矩大于阻转矩时,电机转子逆时针方向旋转,当电枢旋转到所示的位置时,原N极性下导体ab转到S极下,受力方向从左到右,原S极导体cd转到N极下,受力方向从右到左,该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。线圈在该电磁力形成的电磁转矩的作用下,继续逆时针方向旋转。

3.3 直流电机的DSP控制方法

在整个系统的硬件设施部分中,其中硬件TMS320F2812在研发制作的过程中使用了带有2812的DSP开发板,是控制部分的核心硬件,除使用DSP外,还要有一个电源管理芯片,该电源管理芯片能够链接一个5V转为3.3V为系统供电。首先,2812从电机处采集三部分的信息信号,即电机的转速、电流反馈信号以及位置反馈信号,然后DSP再把这三个信号进行处理并输出对外的控制信号。从驱动部分反馈的过流信号是一个0、1信号,DSP在工作时始终监视这一信号,一但监视到1,即表示电机过载,则立即给出一个让电机停止转动的信号,以免损坏电机和调速器。MC33035是驱动部分的控制核心,它的主要作用是根据电机反馈的位置信号,通过分辨出电机转子的位置达到控制开关的目的。在显示部分所采用的主控元件是AT89C51。

在整个系统软件设计的设计部分,通过采集到的电机转速,与给出的速度指令相比较,同时综合滤波算法,不断修正速度误差,一直到这两个速度相同,程序就会认为系统已入锁,如果发生异常,便会启动报警机制,让电机停止发电。

任何电动机的调速系统都转速为给定量,并使电动机的转速跟随给定值进行控制。为使系统具有良好的调速性能,通常要构建一个闭环系统。需要速度调节器与电流调节器对其进行调节。

4 结语

近几年科学技术的不断发展与进步,为直流电机系统信息化、数字化的发展提供了技术支持,并且对其发展起到了巨大的推动作用。DSP有着突出的优点,耗能小、速度快,DSP的使用使整个系统数字化信息化,操作简单易行,可极大地满足电机调速的要求。

摘要：在工程实践中,大量的机械要求要有良好的静态性能和动态性能,并且还要具有在一定范围内保持速度的平滑调节功能。DSP的功能有多,如具有灵活的指令集,改进并行结构,在实际操作中灵活多变,且运转速度快。采用DSP控制器后,使整个调控系统实现数字化,结构简单,操作方便,且电机稳态运行时,其时转速精度可达到很高的水平。本文将介绍直流电机和DSP的发展,直流电机的控制原理及DSP在电机领域的应用。

基于DSP的红外车载防撞系统 篇9

1 防撞预警系统概述

防撞预警系统总体上由红外成像子系统，处理器子系统，显示和预警子系统构成。

红外成像子系统包括：红外光源，普通黑白CCD图像传感器，图像视频采集模块组成。在系统开启的情况下，该子模块会向车辆前方发出多束红外光线，红外光线遇到前方物体后发生反射，CCD图像传感器捕获反射回来的红外光线，由其后方的图像采集模块进行模数转换，提供给处理器子系统。

处理器子系统包含DSP数字信号处理器和通用微处理器两部分;在实际项目中，选择德州仪器集成DSP和ARM的OMAP3530芯片，在物理上虽然是单个芯片，但在逻辑上，仍然是DSP和通用微处理器两部分构成。DSP将前端成像子系统的数据一方面进行物体跟踪算法处理，产生的数据用作微处理器部分的软件逻辑数据来源;另一方面将数据进行基础的校正，测温和滤波处理后，传递给显示子系统展现给用户。

微处理器模块直接控制显示和预警子系统。微处理器模块中运行有防撞系统的核心软件：防撞击专家决策分析系统。该系统以汽车防撞击安全距离模型及汽车制动数据作为依据，将DSP处理后的数据作为输入，经过计算后，产生安全距离警示，并根据速度变化实时提前4～5秒进行预警。预警信息体现为显示警戒距离及声音报警。

基于DSP的红外车载防撞系统组成如图1所示。

2 系统设计

2.1 红外成像子系统设计

红外成像部分，实验模型中红外光源选择了基于LED的可调功率发光组件。相对于卤素灯，LED具备寿命长的特点，利用散列方式排放的LED，使用850nm的波长，可以做到100—150米范围内的物体监测，满足车辆运行的基本要求。通过调整LED发光组件的功率，可以提高其距离。同时，由于该组件和CCD模块没有必然联系，在特殊的场合，可以配置成熟的卤素灯红外照明方案。

红外光属于不可见光。而黑白CCD图像传感器具有更宽宽的感光光谱范围，对波长为760—1100nm、人眼不可见的近红外光也有一定的光谱响应。利用此特性，可以在夜间无可见光照明的情况下，利用物体对红外光源照明的反射，可以使CCD图像传感器清晰地成像。

图像和视频采集模块选用CPLD和视频编码器SAA7114H构成。CCD传感器输出的PAL制模拟信号，通过视频编码器，转换为数字信号，然后通过CPLD转换相应的时序，接入到处理器的数字摄像头接口。

2.2 处理器及显示子系统设计

处理器选择了TI公司最新出品的OMAP3530芯片，该芯片具备600MHz的contex-A8架构的ARM内核和一个430MHz的C64x DSP。由于其超标量的架构设计，其主CPU可以提供1200DMIPS的运算性能，同时该处理器集成2D和3D图形加速引擎，可以提供高速流畅的图形显示能力。其主体架构如图2所示。

在基于OMAP3530的硬件子系统中，外部引出3个USB主接口，用于为此系统提供加载U盘功能，软件更新功能;引出3个串口，用于系统调试及外接GPS等装置的扩展。同时，该芯片为微功耗设计，可以使用5V的供电电路。

OMAP3530内置LCD控制器，此处选用OLED的7寸液晶屏作为显示终端，并配置支持多点触控的电容触摸屏。同时，引出标准数字音频接口，用以输出告警音。

2.3 软件系统设计

该系统采用基于Linux 2.6.32的最新内核构建，使用基于硬件2D/3D加速模块的Qt/e 4.6跨平台图形系统。基于2.6.32的Linux系统，在构建内核时选择了相关的实时选项，做的对外部事件和中断的快速响应，并保证图形，声音预警的及时播报。

系统启动后，首先初始化硬件外设，加载运行参数及专家知识库，显示主菜单，等待用户启用预警系统。用户通过菜单启用预警系统后，系统通知红外成像子系统开始采集数据，然后进行逻辑计算，最后由专家决策系统根据情况进行判断。其软件运行流程如图3所示。

图形显示部分，采用基于C++的跨平台图形库Qt来完成。该系统中的图形绘制由统一的名为DisServer的程序完成。DisServer接受外部模块传入的参数和数据，命令，根据命令要求显示不同的数据，命令协议定义表1所示。

3 算法和决策系统设计

3.1 运动跟踪的关键算法实现

该系统的算法包括图像识别，过滤，区域分割，运动图像跟踪等技术。其中，运动图像跟踪是其中的要点，运动图像跟踪，是通过对传感器拍摄到的图像序列进行分析，在图像中检测出前方运动的车辆，并在随后各图像帧中估计目标在图像中的位置。在车辆预警系统中，重要的不仅是需要跟踪车辆的运动轨迹，而且要监测车辆的位置变化信息和速度信息。

运动跟踪首先应该解决目标的确认问题，在此项目中即对车辆的特征识别。在机器视觉领域，模拟人力视觉的模型，需要对特征物体总结其特征模型，公路上行驶在前方的汽车具有的特征(后视)如下：

1)大致为正梯形，宽度在1米到2米之间，高度在1米到3米之间;

2)红外图像中车牌，车身，保险杠，后车窗呈现明显的边界特点;

在实际项目中，我们借鉴了OpenCV项目中一些成果，使用光流法来计算物体移动的速度。光流指的是运动物体在观测成像面上像素运动的瞬间速度。而光流场是指图像灰度模式的表面运动。其原理要点是首先在一帧图像中找到一些特征评估点，然后再后续图像中找到相同的特征评估点：在采集的图像P1中，若存在有特征点[δx,δy]T;在其下一帧图像P2中，对应的特征点为[μx+δx,μy+δy]T，使ω最小，则有：

其中，x,y为红外成像中像素点的相对坐标。

根据此公式，结合DSP进行红外图像光流算法实现，就可以得到实际运行汽车的速度信息。

3.2 道路及障碍物检测算法

系统中除需要对车辆进行监控外，也需要对道路和障碍物进行检测。障碍物可能包含静止的车辆或其它物体。在项目中，确认障碍物，其特征参考物为路面，所以首先需要根据特征识别法识别路面区域，主要的依据是：

1)道路的颜色、纹理以及道路边缘的方向和长度;

2)公路车道线的频谱特征。

运用特征检验方法，首先预测当前的道路前方区域，然后使用Canny边缘检测算法，Hough参数的变换估计步骤，即可完成道路信息的提取。

确定道路区域后，运用光流法和区域特征算法对前方非道路区域进行扫描计算，如果发现距离越来越近的物体靠近，可认为为障碍物，并发出报警信息。

3.3 专家决策系统设计要点

专家决策系统是防撞预警系统的核心。DSP经过对道路、障碍物的检测，以及对前方车辆速度的计算后，同时得到大量的数据。这些数据中包含的信息，必须经过过滤和重叠的逻辑计算才能确认是否需要告警，专家决策系统的主要功能就在于此。

专家决策系统的数据库中，存在许多先验知识，正是在这些先验知识的参考下，决策系统对采集和计算后的数据进行判断，确定告警内容及级别。

其中存在的先验知识库有如下内容：

1)本车的制动过程数据，包括制动时间，制动方法，制动距离计算等;

2)各种路面类型的信息，以及用户对当前路面的选择设置，道路附着系数参数;

3)预置的各种天气状况，存放各种天气数据，输入项由用户选择或从车内其它探测仪获取而来;

4)车辆类型数据，包含各种类型车辆的后视数据，长宽及底盘高度等，用以作为前方车辆类型的判别依据，也可作为预警和提示驾驶动作的依据;

5)红外光学系统的参数，用以确定当前红外光源及CCD镜头的性能和参数信息，作为预警提前量的参考数据。

6)其它系统设置，用户设置数据。

4 结论

项目实践证明，使用DSP能够很好解决防撞预警系统中的各种算法实现，特别是基于OMAP3530的多核架构，能够在极低的功耗条件下提供强大的运算能力，保证了红外图像采集，图形及声音预警的实时性。而基于此构建的算法系统及决策系统，应用视觉识别技术，能较好的解决雾天及夜晚汽车高速行驶中的防撞预警，具有较为广泛的应用推广前景。

摘要：汽车主动安全技术用以保证驾驶员及乘客能提前预知危险,并作出相应防范措施。利用红外光源的数字成像技术,结合基于DSP的图像处理,目标检测和追踪算法,实现对前方车辆位置、方向、相对速度等参数指标的实时获取,经处理后将参数输入专家决策系统,最终产生对汽车乘员的视觉及听觉预警报告,指导乘员作出应对措施。由于红外成像技术的广泛适应性,该系统可以应用于各种复杂的昼夜气候状况。

关键词：DSP,汽车安全,防撞

参考文献

[1]章毓晋.图形理解与计算机视觉[M].北京:清华大学出版社,2008.

[2]王荣本.公路上基于车载单目机器视觉的前方车距测量方法的研究[J].公路交通科技,2010,6.

[3]陈胜勇,刘盛.基于OpenCV的计算机视觉技术实现[M].北京:科学出版社,2008.

基于DSP的语音识别系统设计 篇10

近年来，语音识别技术取得了飞速发展，并逐渐应用于通信、军事、人工智能、工业自动化等多个领域。目前的人机“交流”大多数是通过操作繁琐的键盘实现的，这就要求操作人员具备一定技能。语音识别技术的出现，使人们和机器通过自然语言交流成为可能，不仅解决了人机“交流”大众化中的障碍，提高了人机交互的效率，而且给人体无法接触或不便接触来实现操作控制的场合带来了极大的方便。

虽然人们早已在实验室环境下突破了大词汇量、连续语音和非特定人这三大障碍，但做此类研究需要一定的技术设备，并且难度较大。目前很多语音识别系统的识别率都很高，特别是中小词汇量非特定人语音识别系统识别精度已大于98%，特定人语音识别系统的识别精度就更高，这些技术已经能够满足通常应用的要求[1]。我们根据自身实际情况，选择特定人、小词汇量、孤立词来进行语音识别系统的研究。常见的语音识别方法有动态时间归整技术(DTW)、隐马尔可夫模型(HMM)和人工神经元网络(ANN)[2]。由于HMM模型需要大量的前期训练工作和大量的存储资源，并且计算复杂，不太适合于在DSP系统中实现，更适合于在PC机上完成。DTW算法计算量较小，无需前期的长期训练，容易满足嵌入式应用要求，易于移植到DSP上实现语音识别，且能满足实时性要求，在特定场合可以得到较高的识别率[3]。

本文以TMS320VC5502作为处理芯片，配合TLV320AIC23共同构成嵌入式语音识别系统。系统利用DTW算法能够完成对特定人、小词汇量、孤立词的识别，并且能发出相应的控制信号，达到设计的要求。

1 系统的硬件结构

本系统由语音采集模块、语音处理模块和其他功能模块组成，语音信号由麦克风输入语音至TVL320AIC23B,AIC23对语音信号进行A/D转换和滤波后，再通过DSP芯片TMS320C5502对信号进行端点检测、特征参数提取等处理后得到MFCC系数，与模板库中的语音参数进行匹配识别，并通过LED闪灯次数检测识别结果。系统硬件结构框图如图一所示：

1.1 语音采集与输出模块

语音采集与输出模块主要由TLV320AIC23B来完成。该芯片是TI公司推出的一款高性能的音频Codec芯片，内置耳机输出放大器，支持MIC和LINE IN两种输入方式，且对输入和输出都具有可编程增益调节，针对音频领域的应用，该芯片高度集成了模拟电路功能。TLV320AIC23B的模数转换(A/D)和数模转换(D/A)部件高度集成在芯片内部，采样频率在8K到96K可编程设置，可在小型低功耗设计中实现高保真录音，并且回放出高质量的数字音频[4]。另外，TLV320AIC23B还具有低功耗、连接电路简单、性价比高的特点。

1.2 语音处理模块

语音处理模块采用的是TI公司一款高性能、低功耗、高性价比的16位定点DSP芯片TMS320VC5502，兼容TMS320C54X系列芯片指令系统，最高可在300MHz主频下工作，具有16kBytes的缓存和17 bit×17 bit双乘法器，并带有32 k×16 bit的RAM和16 k×16 bit的ROM。其片上外设主要包括时钟发生器、DMA控制器、外部存储器接口(EMIF)、主机接口(HPI)、I2C总线、通用输入输出GPIO口、3个多通道缓冲串行端口(McB-SP)、两个64位通用定时器(GPT)和一个可编程看门狗定时器、通用异步收发器(UART)，外部寻址空间达8 MB，可扩展大容量SDRAM[5]。

TLV320AIC23B的数据口通信方式比较固定，而TMS320VC5502的McBSP却可以灵活配置，从而实现TLV320AIC23B与TMS320VC5502的连接和通信，二者的接口连接如图二所示。

TMS320VC5502通过多通道缓冲串口与TLV320AIC23B进行音频数据的收发。其中，位同步信号、帧同步信号由TLV320AIC23B提供，数据音频数据传输接口采用DSP模式[6]。TLV320A-IC23B中数字接口的DSP模式的时序图如图三所示。

1.3 其他功能模块

(1)TMS320VC5502采用双电源供电，其中I/O供电电压为3.3 V，内核供电电压仅为1.26V。由于实际系统使用5 V电源，所以必须采用电源转换芯片。选用PT75233和PT70302两块电源转换芯片，与DSP可以进行无缝连接，分别接上少量的外围电路，即可调整两块芯片的输出电压分别为3.3 V和1.26 V。

(2)由于TMS320VC5502片上没有FLASH且片内RAM只有32K，要想使其成为独立系统就必须外扩外部存储器，这里选用了存储容量为256K的低功耗FLASH芯片SST39VF400A。当系统上电后，DSP芯片自动读取FLASH芯片中保存的程序并自主运行程序。

(3)JTAG可以对DSP片上的各引脚逻辑值进行扫描和测试，片内的各种资源都能通过JTAG口进行访问，包括各寄存器、ROM、RAM、各片内外设等，还可通过JTAG口下载程序进行系统调试，功能很强大。

2 系统的软件设计

2.1 语音识别系统原理

本系统实现了语音输入、预处理、特征提取、训练建立模板库和识别等模块，其原理框图如图四所示。

其中预处理模块包括预滤波、采样和量化、分帧、加窗、预加重、端点检测等处理工作，经过预处理的语音数据可以进行特征参数提取得到MFCC系数并保存为模板库。语音信号经过语音通道得到语音参数，生成测试模板，与参考模板进行匹配，经过DTW运算后将匹配度最高的参考模板作为识别结果。

2.2 算法设计

系统流程图如图五所示，以下着重介绍流程中端点检测、特征参数提取、DTW算法实现三个过程。

2.2.1 端点检测

语音端点检测是指用计算机数字处理技术从包含语音的一段信号中找出字、词的起始点及结束点，从而只存储和处理有效语音信号[8]。

本系统使用语音信号的短时能量、短时过零率、双门限端点检测。在开始检测之前需要设定4个门限，即分别为短时能量和短时过零率各设置一个高门限和一个低门限：EHigh、ELow和ZHigh、ZLow。整个语音端点检测分为四部分：静音段、过渡段、语音段、结束段。在静音段中如果能量或过零率有一个超过了其低门限，则认为进入了过渡段。在过渡段中，由于参数数值较小，还不能确定是否真的进入语音段，只有两个参数的其中一个超越了高门限才被认为是进入语音段，当参数降至低门限则认为进入结束。

部分源代码及分析如下：

2.2.2 特征参数提取

经过预处理的语音数据就可以进行特征参数提取，特征参数的好坏将直接影响系统的性能和效率。对特征参数的要求包括：

(1)提取的特征参数能有效地代表语音特征，具有很好的区分性;

(2)各阶参数之间有良好的独立性;

(3)特征参数要计算方便，最好有高效的计算方法，以保证语音识别的实时实现。

MFCC系数则构造人的听觉模型，以语音通过该模型(滤波器组)的输出为声学特征，直接通过离散傅立叶变换进行变换[9]。部分源代码及分析如下：

2.2.3 DTW算法实现

DTW算法是把时间规整和距离测度计算结合起来的一种非线性规整技术,该算法基于动态规划的思想,解决了发音长短不一的模板匹配问题[10]。DTW算法原理:假设待测语音共有N帧矢量,参考模板共有M帧矢量,且N≠M,则动态时间规整就是寻找一个时间规整函数j=w(i),它将测试矢量的时间轴i非线性地映射到模板的时间轴j上,并使该函数w满足第N帧测试矢量和第M帧模板矢量之间的距离测度最小。通常规整函数w(i)被限制在一个平行四边形内,它的一条边的斜率为2,另一条边的斜率为1/2,规整函数的起始点为(1,1),终止点为(N,M)。部分源代码及分析如下:

3 结束语

本文介绍了一个以TMS320VC5502和TLV320AIC23B为核心的特定人、小词汇量、孤立词的嵌入式语音识别系统，通过语音命令控制LED的闪灯次数检测识别结果。其中采用的DTW算法计算量较小，识别效果良好;硬件电路简单、功耗低、工作性能稳定。为取得更好的识别效果，今后应在系统的算法优化上做进一步的完善。由于具有比传统键盘输入操作更多不可比拟的优势，语音识别技术在未来会有更广阔的应用前景。

参考文献

[1]朱淑鑫,谢忠红.浅谈语音识别技术的应用及发展[J].长春理工大学学报(高教版),2009,(02).

[2]朱淑琴.语音识别系统关键技术研究[D].西安:西安电子科技大学,2004.

[3]杨占军,杨英杰,王强.基于DSP的语音识别系统的设计与实现[J].东北电力大学学报,2006,(02).

[4]李双勋,欧建平.TLV320AIC23在音频处理中的应用[J].国外电子元器件,2003,(10).

[5]陈涛.基于DSP的语音信号识别系统的研究与实现[D].成都:成都理工大学,2010.

[6]蒋永生,张雄伟,曾宏辉.一种基于DSP的语音处理系统软硬件设计[J].电力系统通信,2007,(11).

[7]曾日波.小词表实时语音识别系统的定点DSP实现[J].现代电子技术,2004,(11).

[8]TI.SST39LF/VF200A/400A/800A Data Sheet.

[9]贾克明,陶洪久.基于DSP的嵌入式语音识别系统的研究与实现[J].武汉理工大学学报(信息与管理工程版),2006,(0).

DSP系统 篇11

关键词：磁控电抗器；磁阀；无功补偿；DSP

中图分类号：TM761 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）29-0024-02

无功功率对电气设备建立和维持交变磁场起着至关重要的作用。电力系统总体表现为感性，如果负荷中滞后的感性无功功率得不到补偿或由于电容的投切使得补偿的容性无功过多，则电网的功率因数就不能处于合理范围内，所以实现无功功率在电网中的平衡是保证电压质量的基本条件。20世纪80年代中期前苏联学者提出了磁阀式可控电抗器（MCR），通过控制晶闸管的导通时间来得到电路所需的直流电流，从而获得相应的直流偏磁。通过交直流磁场的叠加来控制小面积磁阀段的饱和度，最终达到平滑调节电抗器输出容量（即无功功率）的目的。磁阀式可控电抗器成本较低、结构简单、控制方便、可靠性高，目前已成功应用于中高压电网无功控制电气化铁路动态无功功率补偿系统，高压电机磁控软启动中。本系统采样“ARM+DSP”的双核结构，该结构在相关检测领域早有应用。本研究首先分析磁阀式可控电抗器的电路原理，继而分析整套无功补偿装置的原理，然后对控制系统的相关硬件和软件进行设计，最后进行MCR的运行调试。

1 磁阀式可控电抗器的工作原理

磁阀式可控电抗器（Magnetic Control Reactor，简称MCR）的铁芯采用磁阀结构，通过调节晶闸管的导通时间，控制绕组中的直流电流大小，从而控制小面积磁阀的饱和程度，以此来控制电抗器的感性无功输出。磁控电抗器的原理如图1所示。

在一个工频周期内，晶闸管K1、K2轮流导通。二极管在K1、K2不导通时，起到续流作用，通过改变K1、K2的触发角，可以改变感性电流的输出，对输出的感性无功进行调节，最终对输出的无功进行调节。当α=180°时，晶闸管不导通，电抗器处于空载状态，铁芯不饱和，电抗器磁阻很大，电感值为最大值，无功补偿输出最小；当α为一定角度时，磁阀部分处于饱和状态，此时磁阻最小，电感达到最小值，无功补偿输出最大。因此，可以根据系统负荷的变化，实时调节电抗器的输出容量，保证电网的高功率因数。

2 磁阀式可控电抗器动态无功补偿装置原理

图2为无功补偿系统，磁阀式可控电抗器可直接连接在高压电网上，电抗器采用工作绕组和控制绕组分开的接线形式，工作绕组一般采用三角形连接方式。整个系统由磁控电抗器、固定补偿电容器和滤波装置组成。当电容器组过补，系统处于容性状态时，可增大晶闸管的导通角，增大感性无功输出，抵消过补的容性无功，使系统处于感性的高功率因数状态。当系统处于感性的低功率因数状态，而投电容又过补时，减小晶闸管的导通角，减小感性无功输出，提高系统功率因数。

3 控制系统设计

3.1 控制装置硬件结构

3.1.1 DSP芯片。系统采用的DSP芯片为AD公司的BF506F，该芯片属于Blackfin处理器家族中的BF50x系列，具有4MB可执行闪存以及ENOB为11+的真12位双通道SAR ADC。BF506F的内核时钟频率为400MHz，外设集包括2个三相PWM单元、1个ADC控制模块、2个SPI接口、2个SPORT接口、1个CAN控制器、1个PPI、8个通用计数器以及1个移动存储器接口。

3.1.2 采样模块。一共有9路采样，分别是母线三相电压、母线三相电流和MCR本体三相电流。每一采样电路都经过两级互感器的转换，最后变为电流信号进入DSP，进入DSP之后利用FFT算法进行计算。

3.1.3 触发模块。利用PWM波将触发信号通过光纤发出，改变晶闸管的触发角，从而改变晶闸管的导通时间。

3.1.4 通信模块。DSP有两个串口，一个连接ARM，由ARM控制液晶屏，屏幕显示三相电压、母线电流、MCR本体电流、有功功率、无功功率、功率因数等，便于值班人员监测。另一串行口可根据外部通信协议的需要自行设置，如RS-485、101规约等。

3.1.5 故障保护模块。磁控电抗器本体故障量有温度、压力、瓦斯、过流、过压，当检测到这些信号时，需采取相应措施对电抗器进行保护。

3.2 系统软件设计

软件设计流程图如图4所示。通过对电网的电压、电流进行采样，可以计算出所需补偿的无功大小，再控制晶闸管的触发角，从而达到补偿系统无功的目的。

4 实验波形

5 结语

本研究设计和制作了磁阀式可控电抗器的控制装置，由DSP继续相关电量的采集、处理，通过这些数据采用无功功率调节算法进行计算，最后输出相应的触发脉冲。利用ARM建立简单的人机交互界面，方便用户进行操作。实验结果表明该系统能够有效地对电网系统进行无功补偿。

参考文献

[1] 何仰赞，温增银.电力系统分析[M].武汉：华中科

技大学出版社，2002.

[2] 田翠华，陈柏超.可控电抗器在西北750kV系统中的

应用[J].高电压技术，2005，31（3）：18-21.

[3] 钱建华，陈柏超.基于磁阀式可控电抗器的无功补偿

系统[J].电力系统及其自动化学报，2003，15

（2）：66-70.

[4] 尹忠东，程行斌，刘虹.可控电抗器在电网电容电流

自动补偿中的应用[J].高电压技术，1996，22

（3）：85-87.

[5] 杜姗姗，陈柏超，余梦泽，等.磁阀式可控电抗器

在高压电机软起动中的应用[J].高压电器，2006，42

（3）：228-230.

[6] 任乃红，吴为麟.实时电能质量数据压缩的DSP实现

[J].机电工程，2008，25（7）：37-39.

[7] 唐秋杭，符丽娜，朱善安.基于DSP和ARM的滚动

轴承自动监测和故障诊断系统[J].机电工程，2006，

23（2）：1-5.

[8] 陈柏超.新型可控饱和电抗器的理论及应用[M].武

汉：武汉水利电力大学出版社，1999.

基于DSP的语音录放系统的设计 篇12

信息技术和超大规模集成电路工艺的不断发展, 极大地推动了DSP的发展。DSP技术的应用领域也越来越广, 尤其在音频处理领域。目前, 在很多语音处理系统中都用到了语音录放模块, 采集现场的声音并存储起来供以后回放。语音处理系统的实时性、功耗、体积以及对语音信号的保真度都是影响系统性能的关键因素。该设计采用的高速54x DSP芯片, 最高频率能达到100 MIPS, 能够很好的解决系统的实时性;采用的数字编解码芯片TLC320AD50 (以下简称AD50) 具有16位采样精度, 最大功耗仅100 mW。因此, 该音频编解码芯片与54x DSP的结合是可移动数字音频录放系统、现场语音采集系统的理想解决方案[1]。

1系统总体设计

该文介绍的系统, 核心处理器是TI公司的TMS320VC5402 DSP, 数字编解码芯片TLC320AD50实现了模数转换和数模转换的功能。二者是通过DSP内部的多通道缓冲串口 (MCBSP0) 连接的, 系统框图如图1所示。

图1中, DSP作为主芯片实现各模块之间的通信, 其主要工作有:上电自举, 并初始化音频编码芯片AD50, 接收来自于AD50的数字信号, 将处理的数字信号送回AD50。AD50的输入音频信号通过音频线由计算机提供, 输出信号通过耳机或喇叭都能听到。CPLD (复杂可编程逻辑器件) 为整个系统提供时序。

2器件选择

2.1DSP芯片的选择

系统采用的主芯片是TI公司的一款16位定点DSP:TMS320VC5402 (简称C5402) , C5402还具有2个MCBSP多通道缓冲串口。该串口与SPI器件兼容, 提供多达128个发送和接收通道。这里采用其中的MCBSP0。与其他C54x DSP芯片一样C5402具有功耗低、运算速率高和性价比高的优点。另外C5402具有如下特点:当核电压为1.8 V时的工作频率可达到100 MIPS;能访问64 K数据存储空间64 K I/O空间、以及1 M程序存储空间[2,3]。

2.2语音编解码芯片的选择

从适应语音信号频率、满足实时性、降低成本和简化设计的要求出发, 该系统选择TLC320AD50芯片。该器件与C5402接口易于实现, 开发和使用更加方便。尤其适合应用于低比特率、高性能密集设备的话音增强, 识别及合成等的各种VOIP, 调制解调器和电话领域。

AD50集成了16位A/D和D/A转换器。使用过采样 (Over Sampling) 技术提供16位A/D和D/A低速信号转换, 该器件包括2个串行的同步转换通道 (用于各自的数据方向) , 工作方式和采样速率均可由DSP编程设置。其内部ADC之后有抽样滤波器, DAC之前有插值滤波器, 接收和发送可同时进行, 且输入输出增益控制可编程, 可工作在单端或差分方式[4]。

3系统硬件设计

硬件连接采用AD50为主控模式, 向C5402的MCBSP0 (从设备) 提供时钟信号, 并控制数据的传输过程。而AD50的MCLK上的时钟由C5402的晶振通过CPLD分频得到。MCLK提供AD50和C5402间的数据传输时钟和帧同步时钟。C5402与TLC320AD50的硬件连接如图2所示。

DSP与AD50的数据交换是通过串口0 (MCBSP0) 实现的。其中MCBSP多通道缓冲串口数据的接收是通过3级缓冲完成的, 即引脚DR上的数据先到达移位寄存器RSR, 当收到一个满字之后数据被装载到数据接收寄存器RBR中, 最后数据才被拷贝到接收数据寄存器DRR中。DSP通过串口0接收AD50采集的数字音频信号, 并将音频信号传送给AD50。

4系统软件设计

系统的软件开发环境是TI公司的DSP集成开发环境CCS 2.0。CCS提供了软件开发、程序调试和系统仿真环境。CCS不但能支持汇编语言, 而且还支持C/C++语言进行软件开发。CCS提供的C编译器能优化代码, 提高C程序的运行效率[5]。系统的软件流程图如图3所示。

AD50采用15位数据的传输格式, 因此VC5402收到AD50的数据后, 将最后一位 (最低位) 置0;而AD50要求VC5402发送数据时, 必须将最后一位置0后再发送。

VC5402的MCBSP0接收数据和发送数据采用的是查询法。具体的程序代码如下:

5结束语

采用音频线将计算机和AD50的音频信号输入端相连, 在计算机中采用音频播放器播放一首歌曲, 将耳机接到AD50的音频信号输出端, 运行程序可以通过耳机听到十分清晰的歌声, 达到了很好的效果。随着DSP技术的不断发展, 54x DSP与TLC320AD50结合的音频编码方案将会有更好的应用前景。

摘要：以数字信号处理器 (DSP) TMS320VC5402为核心处理器, 设计了一个语音录放系统。该系统采用的数字编解码模块是由TLC320AD50芯片完成的, 采用音频线, 通过DSP内部的多通道缓冲串口 (MCBSP) 将电脑中的音频信号送到DSP中, DSP再将音频信号进行处理, 通过TLC320AD50输出。最后, 音频信号从耳机或外置喇叭传出。

关键词：语音录放,DSP,多通道缓冲串口,模数转换,数模转换

参考文献

[1]何苏勤, 徐家艳.基于定点DSP语音录放系统的设计[J].微计算机信息, 2006, 22 (26) :148-150.

[2]乔瑞萍, 崔涛, 张芳娟.TMS320C54X DSP原理及应用[M].陕西:西安电子科技大学出版社, 2005.

[3]张雄伟.DSP芯片的原理与开发应用[M].北京:电子工业出版社, 2009.

[4]高海林, 钱满义.DSP技术及其应用[M].北京:北京交通大学电工电子教学基地, 2005.