DSP技术在数控技术中的应用研究

　　制造业是整个上业的基础产业，制造业的水平高低是衡量一个国家工业发达程度的重要标志，大力发展先进的制造技术己成为世界各国的最重要的几大技术战略之一。数控技术是先进制造技术(如柔性制造系统、计算机集成制造系统等)的基础。数控机床在整个现代制造系统中处于基础性的、核心的地位。DSP具有高达数十MIPS的数据吞吐能力，短至几十纳秒的指令周期，非常适合于大数据量的高速数据采集系统和实时控制系统，因此DSP在高性能的数控系统中具有十分重要的应用价值。

1 DSP及其特点

　　数字信号处理(DSP)的理论产生于60年代中期，在数字信号处理技术发展的初期，人们只是在通用数字计算机上进行算法的研究和处理系统的模拟与仿真。近年来，随着DSP技术的发展，国外一些大公司如德州仪器公司、AD公司推出一类新型的微处理器芯片数字信号处理器(DSP)，有的DSP除增加了芯片内RAM的容量和片外寻址能力外，还增加了串/井门的数量和速度，增加了计数一定时器、ADC,DAC等.其处理一条指令的时间提高到几卜纳秒，数据吞吐能力高达80MIPS以上，非常适用于大数据量的高速数据采集系统和实时控制系统。在国外DSP己广泛应用于通信、遥感，语音和图像处理，电子测量、白动控制和模式识别等领域，DSP之所以有如此广泛的应用、主要是由它如下特点决定的

　　1.1 哈佛结构

　　通用型微处理器。采用的是冯.诺依曼结构，即程序指令和数据共用一个存储窄空间和单的地址与数据总线。为了进一步提高运算速度，以满足实时数字信号处理笄法的要求，当前的DSP都采用了与通用微处理机不同的结构，即放弃了冯.诺依曼结构，而采用了哈佛结构。所谓哈佛结构，是将程序指令与数据的存储空间分开，各有自己的地址与数据总线。这就使得处理指令和数据可以并行操作，从而大大提高了处理效率。

　　1.2 流水线技术

　　DSP大多采用了流水线技术。流水作业，使取指、译码和执行等操作可以重瞢执行，指令可以在单个机器周期内完成，械大提高了处理速度。DSP的哈佛结构为采用流水技术提供了方便。

　　1.3 快速运算能力

　　DSP芯片有一个专刚的硬件乘法器，在一个指令周期内可完成次乘江、和一次加法。

　　1.4 高速数据传输能力

　　新型的DSP大多设冒了单独的DMA，总线及其挖制器，任不影响或摹本不影响DsP处理速度的情况下，作并行的数据传送。这为DSP之问的串联和并联提供了方便。

　　1.5 良好的仿真开发技术

　　为了方便用户的设计与调试，许多DSP在片上设置了JTAG仿真接口和高戥语高编洋器、DSP同刚拥有仿真软件，可以对程序运行、中断、定时等进行仿真，从而具有极大的方便性，非常适合数控开发的需要。

　　早期DSP主要用作控制算怯的运算，现在控制功能也由DSF来实现。在数字控制系统中DSP可以处理所有的工作。如DSP通过对输入和反馈信号进行处理来改善噪声和不准确的信号，该过程对所有的传感器操作都有改善作用。

　　DSP还可以在高级算刀、的实时应用上改善系统控制的性能许多拎制算法包括自适应、多变量寻优、学习、自校正、神经网络、遗传算法和模糊逻辑，都需要由DSP的速度和性能来实现。对丁许多系统，在般操作之前或当中必须估计一些系统的参数，DSP由足够的能力在处理其他任务的同时进行辨识和参数估算

　　许多电机数字控制系统包括电源信号调节和功率因数校正.控制电机的系统，通常都采用PWM方法控制能量转换器，DSP带PWM的产生功能，快速DSP可以采用先进的算法提高电能的利用率，而且有故障诊断和保护功能。

　　因此，在基于DSP的数控系统中，DSP可以完成复杂的插补运算程序和速度控制程序，特别是在高速高精度多轴数控加工中，要求数控系统在极短的时间内对各轴反馈的位置信号进礼处理，将DSP应用于高性能数控系统的开发不失为一种好的策略同时还可以通过程序实现刀具磨损的实时监控和动态补偿，有效地提高了数控系统的性能和精度口此外，DSP还可以实现非控制的功能，包括与上位机的通信、数字滤波和数据总线的控制协议(如SCSI)等。