DSP在音视频信号处理及消费电子产品 中的应用

关键词： 指令

DSP在音视频信号处理及消费电子产品 中的应用（精选4篇）

篇1：DSP在音视频信号处理及消费电子产品 中的应用

文献综述

题

目DSP在音/视频信号处理及消费电子产品

中的应用

课程名称 DSP系统设计

一、DSP的基本概念

DSP（digital signal processor）是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。是以数字信号来处理大量信息的器件。其工作原理是接收模拟信号模拟信号，转换为0或1的数字信号。再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。

二、DSP学科发展状况以及特点、发展状况：当今数字化时代的背景下, DSP已成为通信、计算机、消费类电子产品等领域的基础器件，DSP将是未来集成电路中发展最快的电子产品，并将成为电子产品更新换代的决定因素。而且DSP系统具有接口方便易于编程、稳定性好、精度高、可重复性好和集成方便等特点，因此可以说基于DSP的信号处理系统是信号处理领域的发展方向。

具体特性如下：（1）运算速度快。DSP 的总线采用哈佛结构, 即独立的程序总线和数据总线, 流水线处理技术, 使运算速度特别快, 甚至比有些 PC 机的 CP U 还要快。而且 DSP 在处理乘加运算时比其它处理器都要快得多。

（2）接口方便。DSP 系统与其它以现代数字技术为基础的系统或设备都相互兼容, 这样的系统接口以实现某种功能要比模拟系统与这些系统接口要容易得多。具有并行 I/ O, 异步串口, 同步串口等 I / O 接口;有些 DSP 芯片内有双 十位的 A/ D 接口, 例如 T MS32 0F 2 40;有通 用定时器、多路 P WM、看门狗定时器和实时中断定时器等事件处理接口;还具有仿真接口等。（3）编程方便。DSP 系统中的可编程 DSP 芯片可使设计人员在开发过程中灵活方便地对软件进行修改和升级。（4）稳定性好。DSP系统以数字处理为基础, 受环境温度以及噪声的影响较小, 可靠性高。（5）精度高。定点DSP芯片字长16位, CALU（中央算术逻辑单元）和累加器32位。浮点 DS P 芯片字长32位,累加器40位.三、该领域所应用DSP芯片

DSP（TMS320C5409）

四、典型应用方案

（一）、dsp在音频信号处理中的应用

1、在外语多媒体教学中，要求对语速进行快慢控制，以适应不同程度学生的需求。语音变速系统应当具备调整语速的同时，还需要保证原说话者语调不失真。基于DSP（TMS320C5409）的语音实时变速系统能够任意调整语音语速，达到外语多媒体教学的需求。

2、声音数字压缩技术早已获得应用，其中以脉冲编码调制(PCM)的方法最普遍。但由于它只能压缩50%数字，有缺陷。DSP已经在音效应用中得到广泛采用，而且大部分应用于音效产品的技术，例如应用于多媒体音效卡。NEC公司推出了控制声音区域的DSP，可以应用于音效卡。新加坡音效卡供应商Creative Technology的技术销售专家Ian Skelton强调指出，DSP面市后，语音便成了工作重点。改进DSP，就能改进语音的吞吐量，从而减轻PC的负荷及改进语音。

（二）、dsp在视频信号处理中的应用

1、DVD里应用的活动图像压缩／解压缩用MPEG2编码／译码器，同时也广泛地应用于视频点播VOD、高品位有线电视和卫星广播等诸多领域。在这些领域里，应用的DSP应该具备更高的处理速度和功能。而且，活动图像压缩／解压技术也日新月异，例如，DCT变换域编码很难提高压缩比与重构图像质量，于是出现了对以视觉感知特性为指导的小波分析图像压缩方法。新的算法出现，要求相应的高性能DSP。

2、基于DSP的智能视频监控系统 传统的视频监视系统是简单的非智能闭路电视（CCTV）系统，这样的监控需要安保人员实时监视画面以捕捉关键事件，或者需要在事后对视频记录进行回放并进行人工分析。耗时耗力，成本高而效率低。近几年，DSP在智能视频监控系统方面的应用不断完善，正在逐渐取代传统的模拟非智能系统。iSuppli公司2006年的一份分析报告曾指出，IP视频监控系统市场到2010年将增长近十倍。IP监控的创新技术之一是“智能摄像机”，它拥有强大的数字信号处理器，能探测威胁并触发自动响应。可见，DSP芯片是智能监控的核心。

（三）、dsp在电子消费品中的应用

未来10年，全球DSP产品将向着高性能、低功耗、加强融合和拓展多种应用的趋势发展，DSP芯片将越来越多地渗透到各种电子产品当中，成为各种电子产品尤其是通信类电子产品的技术核心，将会越来越受到业界的青睐。据TI预测，到2010年，DSP芯片的集成度将会增加11倍，在单个芯片内将能集成5亿只晶体管。目前DSP的生产工艺已开始从0.35mm转向0.25mm、0.18mm、0.10mm，预计到2005年，TI生产DSP芯片的工艺将达到 0.075mm 的更高水平，届时，将能够在一块仅有拇指大小的单个芯片上集成8个TMS320DSP内核。DSP产品在不断地提高性能和增加功能的同时，正在不断地降低功耗和减小体积，以便适应市场的需求。如数字移动/无绳电话的基带信号处理和数字电视中的多信道音频解码等，要求每秒几百万次以上的信号处理能力。无线基站、手机、Internet接入高速调制解调器、IP Phone、MP3、硬盘控制器、DVD驱动器、快速彩色打印机、数字相机芯片、FLEX解码芯片、STB芯片组、DVD解码芯片、电机控制芯片、IP GATEWAY芯片、MP3播放机芯片组等也需要具有极强数字信号处理能力的器件支持。

例如汽车电子系统，诸如装设红外线和毫米波雷达，将需用DSP进行分析。利用摄像机拍摄的图像数据需要经过DSP处理，才能在驾驶系统里显示出来，供驾驶人员参考。

五、参考文献

【1】《数字信号处理的应用——硬件DSP》 【2】DSP在移动通信中的应用[刊]/张丽娟(北方交通大学现代能信研究所100044)//电子产品世界.2000(12).-47-48 ISSN:1005-5517 【3】DSP技术发展与应用综述[刊]/ 鲁争焱// 中国兵器工业第214研究所，蚌埠 【4】基于 DSP 的语音采集和处理系统的研究与实现[学位论文]，2011.【5】DSP技术在电声(部分消费性电子产品)中的应用[期刊论文]，2008.【5】基于TMS320DM642网络摄像机的设计与实现[期刊论文]，2009.【6】基于DSP的数字视频图像获取与处理技术研究（学位论文）【7】DSP主攻通信和电子消费产品 陈泽明（期刊）2000 【8】基于DSP的音频视频信号处理优势 张琪（期刊）2008 【9】DSP的多领域应用研究 张丹红, 游珍珍（期刊）2006 【10】基于DSP的数字音频系统

谢坚

篇2：DSP在音视频信号处理及消费电子产品 中的应用

坦克作为许多国家陆军作战的主要突击兵器,在进攻、防御和机动合一的作战状况下,希望能够在高速机动中向敌方军事目标稳定准确地射击。炮塔转角测试的精度直接影响其跟踪、定位、打击的准确和稳定性,其中炮塔相对底盘的转角测试的准确性为瞄准射击起到决定性的作用。

目前,国内所有主战坦克中所配备的炮塔相对底盘的转角测量装置仅是为乘员提供火炮相对底盘粗略转动角度,传统的测角方法采用机械表盘显示,并且不具备信号输出功能,自动化程度低,仅解决了坦克车体的转向问题;坦克底盘上所配备的角度测量装置仅是解决坦克车体的转向问题,上述测角装置的测量精度一般在1°~2°。国内主战坦克所配备的陀螺仅实现坦克炮线与瞄线之间的角度测量,测量精度一般在8.25″,不能够达到炮塔相对底盘的转角的测量精度。本文提出的基于图像法的测量装置与靶标图像的设计提高了转角测试的精度。

1 系统组成原理

坦克炮塔动态转角测量装置由炮塔转台、测量靶标、光学成像系统、图像处理单元、数据处理软件组成,如图1所示,安装在炮塔底盘上的CCD摄像机通过采集图像信息[1]获得炮塔与底盘转角的位置信息,将图像信息送入图像处理单元,通过图像数据处理进行角度解算,确定炮塔与底盘转角的角度信息。

2 测量靶标的设计

炮塔转台座圈、底盘特征本身决定,设计了测量靶标,它由表示二进制信息的点阵列环带标志物构成,每组点阵列由8个信息点组成。256组点阵列标志物保证了在CCD视场内存在两组点阵列图形。将靶标图像二进制编码后可表示28个不同的信息,将这256组点阵均布于坦克盘座圈的端面上。每相邻两个测量靶标角度为360°256»1.4°,即通过判断二进制的靶标信息,可识别炮塔的位置。测量靶标如图2所示。

3 软件算法流程

3.1 图像预处理

坦克行径过程中的颠簸,内部光线昏暗等原因,CCD拍到的图像特征不显著。这时需要对输入处理系统的图像进行一定的图像增强,经过增强后的图像,视觉效果会有所改善,同时也突出了某些特征信息,增强了对某些信息的鉴别能力。滤波采用的是中值滤波改进算法和领域中值滤波[2],滤波后有利于后面的特征提取,经过增强滤波后的图像对其进行二值化。

3.2 测量靶标图像的中心靶点特征提取

3.2.1 靶标图像的积分投影

中间区域编码环带的定位,积分投影法[3]最初是由Kanade运用到人脸识别中的,此方法可以通过垂直灰度投影和水平灰度投影有效地获取特征位置,该算法针对二值化后的测量靶标图像进行。设二值化图像g(x,y)的大小为M×N则水平和垂直灰度投影的函数分别定义为:

垂直积分投影定位方法:首先对二值化后的图像做垂直积分投影得到投影曲线,再运用式(4)对曲线进行平滑处理,得到平滑线图,最后对平滑后的曲线在图像的左半部分求具有最大梯度的点,记为左边界,同理在图像的右半部分找到梯度最大的点作为图像的右边界,水平积分投影定位同理,通过积分投影可获得靶标图像的待解码区可以更好地分割图像,如图3为积分投影后的靶标图像直方图,分别选取垂直和水平投影4个尖峰象素点,确定分割区域,即可得到靶标图像的待解码区(中心靶点所在区域)。

3.2.2 靶标图像的模板匹配

SUSAN算子模板匹配[4]算法不依赖于目标的其他局部特征,利用特征点本身的特点直接提取,算法速度快、实时性强,但是准确性不高,SUSAN算子采用圆形模板来得到各向同性的响应。在数字图像中,圆可以用一个含有37个像素的模板来近似。这37个像素排成7行,分别有3,5,7,7,7,5,3个像素。

设圆形模板为N(x,y),对整幅图像中的所有像素,用该模板进行扫描,比较模板内每个像素与中心像素的灰度值,若模板内某个像素的灰度与模板中心像素(核)灰度的差值小于一定阈值,则认为该点与核具有相同(或相近)的灰度。根据SUSAN算子检测能得到靶标图像的边缘点和角点这一特点,建立简单的测量靶标的轮廓模型搜索定位靶标位置,从而确定图像的特征点。

靶标特征点的提取,对实时性要求较高,而且需要提取出精确的测量靶标目标特征点计算角度信息,所以根据其图案形状提出了适合特征点提取方法:即先提取中心直线,然后求离中心直线最近的靶标特征点图案的方法。在选取到的圆心模板扫描测量靶标时,在待解码区从左往右从上往下顺序的扫描过程中,若与全1模板匹配,怎会显示1,若与全0模板匹配则为0,从而完成粗略角度的测量,跟踪图案与模板的相似度分析,最后提取出了测量靶标的特征点,按照相关算法计算确定粗略角度。

采用投影和SUSAN算子确定编码合作目标中心(X中,Y中),对图像中心定位,即十字光标对图像中心定位,图像对半分割,图像从左侧进行分割,提取编码带环所在的中间区域,形成中心竖轴和水平轴,即Y和X轴;十字光标的中心定值位,即完成炮塔转台的初始的粗略定位。

3.3 角度解算

图像的像素细分,曲线拟合法是对X的二次曲线拟合,求出顶点坐标。设二次曲线的形式为y=Ax2+Bx+C,根据方形孔径采样定理,每个像素的灰度值为:

令差分值最大的点的序号为0,其灰度值表示为f0,此点可用前述经典算法求出,相邻两个点的序号分别表为1和-1,相应的值用f-1和f1表示,可求出3个像素输出的灰度值为:

f0,f1同理,通过3个点的灰度值可得A,B,C,抛物线顶点的横坐标值x=-B/2A将上面值代入可得:

得到像素的中心横坐标X中′,同理,可以得到像素的中心纵坐标Y中′。由上式得,十字光标和测量靶标边缘距离即为弦长,即所求的精确角度。坦克底盘转过的精确角度θ2为:

由式(8)~式(10)得:

式中:(x1,y1),(x2,y2)为抛物线顶点的坐标;l为两点间线段的长度;θ2为精确测量角度;Ψ′为CCD相机分辨角度;δ′为CCD的像元尺寸;f′为CCD镜头焦距,综合考虑选择的CCD型号为:索尼公司的HN-335E黑白专用摄像机,此CCD摄像机分辨角度30″。

粗角度解算通过CCD相机采集的测量靶标图像,测量靶标为八位二进制编码,把圆周分为28=256等分,均匀布在坦克底盘上,每个等份的角度间隔为360 256=1.4°,用这个参数进行定位粗角度,对二进制编码进行解码:

式中:θ1为粗角度定位;n为测量靶标解码个数。

由式(11),式(12)得,坦克座圈底盘如顺时针旋转,十字光标左边时角度为正,在右边时角度为负。坦克炮塔底盘转过的总角度为:

最后,通过采集靶标图像信息测量坦克炮塔动态转角,该图像处理方法能够自动识别测量靶标,提取特征点和特征图案。完成通电瞬间位置确认功能,达到了测量装置的功能要求。

4 硬件结构框图

系统硬件平台[4]的实现是完成图像目标识别与处理的重要保证,因为再好的软件算法如果没有高速、稳定的硬件支持它的作用也无法体现出来。

本系统的主控制芯片为DM642[7],它是C6000[8,9,10]系列芯片中的一种。该图像处理系统硬件框图如图4所示。

5 系统识别效果及误差分析

采集到的靶标图像,经过图像预处理、图像分割、特征模板匹配最终显示转角信息,整个测试识别过程与结果如图5~图7所示(显示转角:θ=172o12′2″)。

测试表明,本文提出的预处理过程对图像的降噪、增强达到了较好的处理效果(见图6),而且在一定程度上解决了由弱光线造成的靶标图像对比度低的问题,论文结合图像结构的特点,采用积分投影法(见图3),有效地对预处理后的靶标图像进行了局部信息提取(见图7),运用相关算法最终实现转角显示。

对测角系统标定初始化后,炮塔转台分别转过90°,180°,270°,360°,读取测角系统角度值进行对比分析如表1所示。

如表1所示,测试结果表明,剔除粗大误差后得测角精度为6.11″,能够满足测量的需求。

参考文献

[1]冈萨雷斯.数字图像处理(Matlab版)[M].北京:电子工业出版社,2005.

[2]周晓亮.基于DSP的数字视频图像获取与处理技术研究[D].武汉:华中科技大学,2004.

[3]张永亮.基于DSP的人脸检测和定位算法研究[D].太原:太原科技大学,2008.

[4]林鹏岳,李玲玲,李翠华.一种改进的快速SUSAN角点检测算法[J].计算机与现代化,2010(3):17-19.

[5]龚卓.基于DM642的运动目标检测系统设计与实现[J].电子技术,2009(11):53-55.

[6]孙进平,王俊,李伟,等.DSP/FPGA嵌入式实时处理技术及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2011.

[7]王跃宗,刘会.TMS320DM642DSP应用系统与开发[M].北京:人民邮电出版社,2009.

[8]Texas Instruments.TMS320C6000CPU and instruction set reference guide[R].US:Texas Instruments,2000.

[9]Texas Instruments.TMS320C6000programmer’s guide[R].US:Texas Instruments,2001.

篇3：DSP在音视频信号处理及消费电子产品 中的应用

关键词 基于DSP的信号处理系统 电子信息工程 信息处理

中图分类号：TP3 文献标识码：A

0前言

DSP技术正迅速应用于通信、电子、计算机等各个领域。用DSP技术来改进电子信息工程实践教学具有十分重要的意义。系统采用数字信号处理功能强大的专用处理器DSP作核心，结合计算机，实现了电子信息工程实践的综合化。把多种应用实践在一个通用的处理平台上实现，大大改进了电子信息工程教学活动。系统的优点就是在统一的平台上实现了多种应用实践，并且可以根据教学活动的需要和教学实践内容的不断完善，方便地更新系统软件，使系统功能增加和性能升级。

1 DSP在信号信息处理中的广泛应用

随着信息技术革命的不断深入和计算机技术的飞速发展，数字信号处理技术逐渐发展成为一门十分重要的技术学科。集成化的数字信号处理器DSP（Digital Signal Processor）的出现，为各种数字信号处理算法的实现提供了可能。这一方面极大地促进了数字信号处理技术的进一步发展；另一方面也使数字信号处理的应用领域不断地拓展。如今，DSP已经广泛地应用于通用数字信号处理、通信、控制、仪器、医学电子、消费电子、计算机、军事等各个领域。

2 DSP用于信号处理系统的优点

（1）高速的数据处理能力

DSP的独特的芯片结构使得它具有高速的数据处理能力。不同于普通的微处理器，DSP放弃了冯诺依曼结构，采用了哈佛结构，将程序与数据的存储空间分开，各有自己的地址总线与数据总线。这使处理指令和数据可以同时进行，从而大大提高了处理效率。同时，DSP设置了硬件乘法/累加器，能在单个指令周期内完成乘法/累加运算。高速的数据传输能力是DSP作高速实时处理的关键之一。现在的DSP大多设置了单独的DMA总线及其控制器，在不影响或基本不影响DSP处理速度的情况下，作并行的数据传输，传输速率可以达到每秒数百兆字节。

（2）可程控

用DSP设计的信号处理系统，可以设计各种软件来执行多种多样的信号处理任务。例如，给DSP载入数据采集相关程序使之成为数据采集处理器，而给DSP载入调制、解调相关程序它又成为调制解调处理器。

（3）DSP集成度高，系统化好

DSP器件是基于超大规模集成电路技术和计算机技术发展起来的高速高位单片计算机。它体积小，功能强，功耗小，系统化好，使用方便，性价比很高，得到了广泛的应用。

3 DSP用于“电子信息工程综合实践”平台的意义

“电子信息工程综合实践”课程，涉及的内容覆盖面较广，使用传统的实验设备及实验手段完成这些实践内容，实现过程较复杂，实验设备较分散，可操作性也不好。有的实践课程，特别是涉及到复杂数字信号处理，传统的实验设备和手段难以胜任。

DSP器件高速的数字信号处理能力以及它和外围信号处理电路方便的接口设计，使得它在信号处理特别是实时高速的信号处理领域越来越广泛地被应用。“电子信息工程综合实践”涉及的许多信号处理算法都可以用DSP来实现，再加上DSP的可程控性，使得大部分的综合实践都可以在一块DSP芯片上完成。因此，实现DSP处理器和PC微机的结合，充分利用计算机强大的操作功能和DSP的高速信号处理能力及可程控特性，就可以达到“电子信息工程综合实践”课程的大部分应用要求，就能够实现这门实践课程的系统化、综合化。

4“电子信息工程综合实践” 系统的总体方案

系统的总体方案是要构建一个以DSP核心信号处理单元，结合以计算机为控制及人机对话操作单元的通用信号处理平台。整个系统由DPS单元和微机单元两部分组成。DSP处理部分是数字信号处理的核心，大部分的信号处理任务在DSP上完成。输入、输出通道，提供为实时信号的处理和观察。DPS处理器和CP微机的连接。DSP和计算机之间主要是进行数据交换和控制。在系统工作中，PC和DPS扮演着主从的角色，DPS处理部分接受计算机的操作控制，完成数据传输、处理、控制等不同的任务。DSP既可以处理输入、输出通道送来的实时数据，也可以处理计算机传送的模拟数据。处理完成后既可以将结果送计算机作进一步的处理，也可以送给DPS处理板上的实时通道。PC微机主要是进一步加工DSP送回的处理数据，如作波形显.示，数值分析等等，同时它还控制和管理DSP的操作。DSP处理器的应用程序，由CP进行管理并根據实验需要传送给DPS。这样，通过DSP灵活的软件加载，让平台实现不同的“电子信息工程综合实践”内容。

5结语

本文考查了国内外DSP技术在教学科研领域的应用，认真分析了电子信息工程实践教学活动主要内容，结合信号信息处理的新特点，制定了系统设计的总体方案。DSP的密集运算能力能实现数字信号的实时、高速处理，而计算机强大的处理能力，方便的人机对话，使它具有灵活的软件功能、友好的操作性能。系统设计综合了它们各自的功能特点，把二者结合起来，构建电子信息工程综合实践应用平台。

参考文献

[1] 王念旭.DSP基础与应用系统设计.北京：北京航空航天大学出版社，2002.

[2] 邹理和. 数字信号处理. 北京：国防工业出版社，1995.57-158.

篇4：DSP在音视频信号处理及消费电子产品 中的应用

美国TI(Texas Instruments）公司的系列数字信号处理器（DSP）芯片采用多总线的哈佛结构、流水线结构的指令操作方式、专用的硬件乘法器和快速的DSP运算指令，具有处理速度快、接口通用、外设资源丰富、稳定性好、精度高的特点，适用于汇编或C/C++语言开发，在数字信号处理、通信和工业自动化等领域得到了广泛应用[1]。在大功率电力电子应用领域，设备往往要求具有较好的实时性、较高的可靠性以及维护的便利性，这些都为基于DSP的控制器创造了更广阔的应用空间。控制器内部一般具有复杂的通讯网络，而电力电子装置控制系统与监控系统之间多采用串行数据交互的通讯方式，需要一种通用、简单、可靠、移植性好的串行通信方案。

本文给出的串行数据通信方案中，控制器采用DSP芯片的串行通讯接口（SCI）资源，监控系统工作站采用Visual Basic的MSComm控件，通讯符合IEC60870-5-101规约。该方案可实现基于DSP控制的多种电力电子装置与上位机间的数据交换，模块化的设计有效缩短了电力电子控制装置的开发与研制周期，更便于电力电子装置的实验与维护。

1、通信系统的硬件结构

控制器采用TI公司最新推出的C2000系列DSP产品TMS320F28335。该DSP具有三个串行通信接口，每个串行通信接口SCI的接收器和发送器各具有1个16级深度的先入先出数据缓存器（FIFO），可减少空头服务；具有各自独立的使能位和中断位，可以在全双工通信中同时进行操作[2]。为了确保数据的完整性，SCI对接收到的数据进行间断检测、奇偶性校验、超时和帧出错的检查。通过1个16位的波特率选择寄存器，数据传输的速度可以被编程为65535种不同的方式。串行通信接口的数据，无论是接收和发送都采用NRZ（非返回零）格式。NRZ数据格式包括：1个起始位、1～8个数据位、1个奇/偶校验位或无奇/偶校验位、1～2个停止位、1个用于区分数据和地址的额外位。

本文选用电平转换器MAX3232芯片进行F28335与PC间TTL电平和RS-232电平的转换。MAX3232简单易用，单+3.3 V电源供电，仅需外接几个电容即可完成从TTL电平到RS232电平的转换，硬件接口电路如图1所示。

F 2 8 3 3 5内部有三路串行通信模块SCIA、SCIB和SCIC，可根据实际工程需要进行配置。图1中所示为仅选用一路SCIB模块与PC进行串行通信的接口电路方案。

2、通信协议设计

考虑到基于DSP的电力电子控制装置与其他设备通信的多种需要。报文采用电力系统行业常用的IEC60870-5-101[3]规约的帧格式。方案中通信速率设定为9600bps，无校验位，数据位8位，停止位1位。

101规约中规定了2种帧格式，1种是可变帧格式，1种是固定帧格式。可变帧格式可以用来实现主站（上位机）与从站（电力电子装置控制器）之间的数据传输。固定帧格式则可以用来实现主站与从站之间的查询和确认。帧格式如表1、表2所示。

说明：

1）启动字符：帧格式的特征码6 8 H代表可变帧格式，1 0 H代表固定帧格式。

2）数据长度：包括控制域、地址域、用户数据区的8位位组的个数，为二进制数。L=1字节（控制域）+1字节（控制域）+用户数据个数×2字节。

3）控制域格式如表三所示。

主站到从站的功能码为：

3发送/确认帧,传送数据FCV位1;

4发送/无回答帧，传送数据FCV位0;

10请求/响应帧，召唤用户1级数据F C V位1;

11请求/响应帧，召唤用户2级数据F C V位1。

从站到主站的功能码为：

0确认帧；

8响应帧。

4）链路地址域：地址域（A）的含义是当主站触发一次传输服务时，主站向子站传送的帧中表示报文所要送达的目的站址，即子站站址；当由子站向主站传送帧时，表示该报文发送的源站址，即表示该子站站址。地址域的值为0至255，其中FFH=255为广播站地址，即向所有站传送报文。这里规定上位机（主站）地址为0x01，电力电子装置控制器（从站地址）为0x02。

5）链路用户数据：要传输的数据内容。这里每个数据占2个字节。

6）帧校验和：帧校验和是控制域、地址域、用户数据区8位位组的算术和。

7）结束字符：作为该帧数据的结束。

3、DSP程序设计

3.1 DSP SCI模块初始化

初始化串行口，使帧格式满足通信协议的要求，设置波特率为9600bps。打开串口接收终端，并使能串行口。串行口的初始化程序如下：

该段程序完成了复用I O口的设置，SCIB的初始化，使能SCI发送中断并使S C I退出复位。

3.2 DSP通信程序设计

TMS320F28335串行通信的软件设计和F2407、F2812一样，可以采用查询和中断两种不同的方式，其中查询方式是在查询到相应标志成立时，执行相应的动作（如发送一个字节）。这种工作方式要在串行口和接口电路间交换数据、状态和控制三种信息，致使DSP的利用率受到严重影响[4]。

方案中采用中断方式。DSP启动串口后，不再询问其状态，继续执行主程序，直至串行口产生中断，D S P响应后，开始执行相应的中断服务。

下面仅以接收数据为例，说明DSP芯片SCI模块如何工作。数据接收流程图如图2所示。

当SCI模块接收数据后，首先判断接收数据是否完整。随后进行数据解析，解析时，先检测数据帧中的地址信号，如果和自身的地址不匹配，则丢弃该帧；否则进行相应的数据解析。在函数实现中利用SWITCH多分支结构，依据帧中的命令信号对帧进行相应分析，完成串行通信的握手和数据的交互。当解析完成之后向上位机发出确认帧，返回主程序。

4、上位机程序设计

通常情况下，电力电子装置需要1套完善的监控平台实现参数设置、指令发送和系统检测等功能。而VB开发环境具有开发过程简单，开发周期短，可用控件兼容性好等优点，在监控系统工作站这一领域具备较好的优势。MSComm是Microsoft提供的W i n d o w s下串行通信编程的一个Active X控件，其核心内容是组件对象模型C O M，它以属性和事件的形式提供对Windows通信驱动程序API函数的接口[5]。MSComm控件使用事件驱动方式来处理和解决各类通信软件的开发设计，并提供了使用RS232进行数据通信的所有协议。VB为该控件提供了标准时间处理函数，并通过属性和方法提供对串行通信的设置。其中主要属性如下所示：

C o m m P o r t：设置并返回通信端口号；

Settings：以字符串的形式设置并返回波特率、奇偶校验、数据位、停止位；

PortOpen：设置并返回通信端口的状态，也可以打开和关闭端口；

Input：从接收缓冲区返回和删除字符；

Output：向传输缓冲区写一个字符串；

Rthreshold：设定引发OnComm事件的字节数。在设计接收可预知变长数据串时，灵活使用此属性将大大简化程序设计难度。

4.1 上位机程序设计思想

上位机软件可以用来对电力电子设备进行快速状态设置及查询，便于现场工程师进行快速调试及故障排除。

本上位机软件通过RS232接口与DSP控制器进行通信交互。上位机下发数据给DSP控制器时，DSP控制器采用中断方式接收，DSP控制器回报数据给上位机时则采用查询方式。参数的下发采用先查询后下发的方式。查询完成后，修改要调整的参数再下发所有参数。

上位机软件流程图如图3所示。首先完成必要的初始化，如操作窗口重绘、各变量的初始值设置，以及通讯串口的初始化操作等；

进入主循环后根据初始化数据（默认值）显示部分参数数据（必要定值），并自动查询当前控制器数据。在查询控制器数据结束之后，在主界面上对各参数进行显示，此时，用户可根据需要修改参数，并发送至控制器。再次查询之后，可以根据界面显示判断参数是否修改完成。

4.2 上位机程序部分实现代码

在上位机软件代码实现中，数据的发送由命令按钮的C l i c k事件触发，由M S C o m m的O u t p u t属性来实现。在O n C o m m事件中从接收缓冲区取出数据，数据的接收是由MSComm的Input属性来实现。这样接收和发送由两个事件分别触发，从而保证了通信的实时性。MSComm的Rthreshold属性用来设定引发O n C o m m事件的字节数。在设计接收可预知变长数据串时，程序员只需在发送查询帧时，重新打开串口，并更改此属性，即可灵活改变需要接受的数据串的长度。

通讯串口1设置源代码：

4.3 上位机程序特点

通过使用V B控件，工程人员可以方便地根据不同任务在上位机上设计出美观的界面和实用的功能。

在本软件设计过程中，涉及界面操作及串口操作的函数全部进行模块化封装。在开发同类型的电力电子设备控制系统时，只需要修改数据解析和数据封装函数，即可实现代码复用。

5、结语

TMS320F28335是目前性能最好的D S P之一，除了具有高速运算能力之外，还具有丰富的外设。采用M A X 3 2 3 2芯片实现TMS320F28335与上位机的串行通信，实现简单且性能可靠。该电路适用于近距离PC与DSP串行通信，通信范围15米之内。

本文给出了一种基于DSP的电力电子控制装置与PC间的数据交换的设计方案，此方案通过DSP中的SCI模块，实现了电力电子装置与P C间的串行数据通信，完成了电力电子装置开发调试过程中的定值参数传递与实验数据上传的功能。该方案已在包括DVR（动态电压补偿器），TSF（晶闸管投切滤波器）等多个电力电子项目中投入使用，效果明显，可有效缩短电力电子装置的开发与研制周期，降低电力电子装置的实验与维护成本。

摘要：TMS320F28335是32位浮点DSP(数字信号处理器)芯片,在电力电子装置中的应用日益广泛。本文介绍了利用DSP芯片的SCI(串行通信接口)模块与Visual Basic中的MSComm控件在电力电子控制装置中实现符合IEC60870-5-101规范的串行数据通信方案。该方案可应用于多种基于DSP的电力电子控制装置与上位机间的数据交换。在实际环境下运行表明该方案简单有效、移植方便,便于系统的开发与调试,具有较强的实用性。

关键词：数字信号处理器,TMS320F28335,串行通信接口,IEC60870-5-101规范,MSComm控件

参考文献

[1]Texas Instrument.DSP Selection Guide.2004.

[2]TMS320F28335Digital Signal Controllers(DSCs)Data Manual.Texas Instruments Incorporated,USA,2007.

[3]IEC60870-5-101.Companion standard for basic telecontrol tasks.

[4]苏奎峰等.TMS320X281X DSP原理及C程序开发[M].北京:北京航空航天大学出版社.2008.