DSP器件与单片机的比较

    在过去的几十年里,单片机的广泛应用实现了简单的智能控制功能.随着信息化的进程和计算机科学与技术、信号处理理论与方法等的迅速发展,需要处理的数据量越来越大,对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.

    近年来,各种集成化的单片DSP的性能得到很大改善,软件和开发工具也越来越多,越来越好;价格却大幅度下滑,从而使得DSP器件及技术更容易使用,价格也能够为广大用户接受;越来越多的单片机用户开始考虑选用DSP器件来提高产品性能,DSP器件取代高档单片机的可能性越来越大.

    本文将从性能、价格等方面对单片机和DSP器件进行比较,在此基础上,以TI的MS320C2XX系列DSP器件为例,探讨DSP器件取代高档单片机的可行性.

    1.单片机的特点

    所谓单片机就是在一块芯片上集成了CPU、RAM、ROM(EPROM或EEPROM)、时钟、定时/计数器、多种功能的串行和并行I/O口.如Intel公司的8031系列等.除了以上基本功能外,有的还集成有A/D、D/A,如Intel公司的8098系列.概括起来说,单片机具有如下特点:

    具有位处理能力,强调控制和事务处理功能.价格低廉.如低档单片机价格只有人民币几元钱.开发环境完备,开发工具齐全,应用资料众多.后备人才充足.国内大多数高校都开设了单片机课程和单片机实验.

    2.DSP器件的特点

    与单片机相比,DSP器件具有较高的集成度.DSP具有更快的CPU,更大容量的存储器,内置有波特率发生器和FIFO缓冲器.提供高速、同步串口和标准异步串口.有的片内集成了A/D和采样/保持电路,可提供PWM输出.DSP器件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,增强的多级流水线,使DSP器件具有高速的数据运算能力.DSP器件比16位单片机单指令执行时间快8~10倍,完成一次乘加运算快16~30倍.DSP器件还提供了高度专业化的指令集,提高了FFT快速傅里叶变换和滤波器的运算速度.此外,DSP器件提供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,不占用用户任何资源.软件配有汇编/链接C编译器、C源码调试器.

    目前国内推广应用最为广泛的DSP器件是美国德州仪器(TI)公司生产的TMS320系列.DSP开发系统的国产化工作已经完成,国产开发系统的价格至少比进口价格低一半,有的如TMS320C2XX开发系统只有进口开发系统价格的1/5,这大大刺激了DSP器件的应用.目前,已有不少高校计划建立DSP实验室,TI公司和北京闻亭公司都已制订了高校支持计划,将带动国内DSP器件的应用和推广(哈尔滨工程大学就是其中的一所,他们的实力非常强大)

    3.DSP器件大规模推广指日可待?

    通过上述比较,我们可得出结论:DSP器件是一种具有高速运算能力的单片机.从应用角度看:DSP器件是运算密集型的,而单片机是事务密集型的,DSP器件可以取代单片机,单片机却不能取代DSP.DSP器件价格大幅度下滑,直逼单片机?DSP器件广泛使用了JTAG硬件仿真,比单片机更易于硬件调试.国产化的DSP开发系统为更多用户采用DSP器件提供了可能性.DSP取代单片机的技术和价格的市场条件已经成熟?大规模推广指日可待?(现在吹牛的人真是一点草稿都不打.不过DSP确实功能够强大.)

    结论:使用单片机的不一定了解DSP,并且非要用DSP不可;但使用DSP的一定了解单片机,并且能做出性价比高的产品.

    附:

    DSP器件的典型应用

    随着DSP性能不断改善,用DSP器件来作实时处理已成为当今和未来技术发展的一个新热点.TI公司最新推出的TMS320C2XX系列具有良好的性能价格比,基本可以取代16位单片机.其中TMS320C203单片价格不到人民币100元,芯片内置544字的高速SRAM.外部可寻址64K字程序/数据及I/O,指令周期在25ns~50ns之间,实时性处理比16位单片机快2倍以上,可取代一般的单片机.

    MS320F206除了具有TMS320C203的功能外,内置32K字零等待快闪存储器,可满足单片设计的要求,能最大限度减少用户板的体积.TMS320F240的指令、DSP核与TMS320C203、F206完全兼容,内置8K/16K字快闪存储器,增加了两路10位A/D,每路采样频率可达166kHz,提供9路独立的PWM输出,内置SCI和SPI接口,内置CAN总线接口.这些大大增强了TMS320X240的处理能力,在电机控制领域显示了强大的生命力.它是一个典型的TMS320F240的用户系统,它实现如下功能:

    3相PWM输出/3相电流测量/按键控制、液晶显示/RS232通信,A/D、D/A接口,62K字零等待SRAM,扩展的输入、输出及双向I/O口/JTAG接口.

    PLC可以认为是“封装”好了的单片机.PLC内部也是具有和单片机功能相同的智能控制部分,对外来说,则是扩展了单片机输入输出口的驱动能力,相当与添加了三极管和继电器.还有其他的比如抗干扰能力等都作了比较好的处理,因此,PLC经常应用在工作环境比较恶劣的地方,比如矿山,高压等地方.对于PLC来说,有一套不同于单片机的指令,这是各个厂家在开发生产时,把PLC 的指令对应成了内部单片机可以识别的指令.相对来说,PLC可以实现的功能更简单,设计人员可以发挥的余地比较小.因为对于单片机来说,PLC可以使用的部分有对外连接,而没有连接出来的部分则是不能用的.可以说,PLC的内核也是单片机,但是对外来说则是应用于专门场合的“单片机”-PLC了.