[科普中国]-基本测控单元

为了减少系统的负担，目前的测控装置，都做成了智能式的，测控装置与系统的联系，由数据通信来完成。这样，不但减少了系统的负担，而且还大量地减少了现场至控制室之间的电缆，主机负责系统管理、决策、统计等任务，而测控装置负责测控及将采集的数据上送主机。测控装置虽然要接受主机的控制，但它的测控任务是独立完成的。这就是自动化系统的“分散监控、集中管理”基本模式。1

简介测控单元以功能来划分，可分为集中式测控单元、独立综合式测控单元。集中式测控单元可实现数据采集或控制的某一个单一功能，例如遥测单元、遥控单元。独立综合式测控单元能实现各类信号的测量、控制功能。目前构成测控装置的器件很多，主要以单片机、DSP(Digital Signal Processor)为主。1

单片机测控单元单片机是一种具有CPU和各种不同外部电路的微处理器。从结构上看，单片机与微处理器的重要区别在于，单片机的系统管理资源没有微处理器丰富，但却具有多种用户电路。因此，如果系统不需要复杂的管理，就可以充分利用单片机的电路集成特性，把系统体积压缩到最小。单片机组成的基本测控单元结构如图1所示。1

DSP器件测控单元从系统简单、易于开发的角度看，提供了相应用户电路的单片机则具有良好的实用性。但如果要实现复杂算法，或许要进行高速数学处理的测控装置，选择DSP器件有其明显的优势。由DSP器件组成的测控装置系统结构示意图如图2所示。1

DSP芯片是一种专门用于数字信号处理的微处理器，它是一种特殊的、专业的微处理器，不仅具有可编程性，而且其实时运行速度远远超过通用微处理器。其特殊的内部结构，强大的信息处理能力以及较高的运行速度等特点，使其在各个领域得到越来越广泛的应用。1

DSP芯片的内部采用程序和数据分开的哈佛结构，具有专门的硬件乘法器，采用流水线操作，提供特殊的DSP指令，可以用来快速的实现各种数字信号处理算法。DSP芯片具有如下的一些主要特点：

(1)在一个指令周期内可以完成一次乘法和一次加法。

(2)程序和数据空间分开，可以同时访问数据空间和程序空间。

(3)片内具有快速RAM，通常可通过独立的数据总线同时访问两块芯片。

(4)快速的中断处理和硬件支持。

(5)具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器。

(6)可以并行执行多个操作。

(7)支持流水线操作，取址、译码和执行等操作可以流水执行。

DSP器件有通用与专用之分。通用DSP的运算和处理是用“软件”实现的，而专用DSP一般是针对某种具体应用而设计的，其运算是用硬件直接实现。常见的专用DSP有：FFT、卷积/相关器、复乘加器等。专用DSP内部结构简单，速度远高于通用DSP，其缺点是灵活性差，几乎不具备自适应处理能力。1

通用DSP与单片机的比较单片机只有单总线，且片外地址、数据线复用；而DSP片内有许多总线，片外的地址、数据总线分开，还有比异步串口(UART)速度高得多的同步串口或通信口，因此，数据输入/输出能力很强。DSP数据位宽，乘加器位宽也比单片机大，进行数字信号处理时速度快、精度高。DSP有大容量的片内存储器。但单片机的控制接口种类比DSP多，适用于以控制为主的模数混合设计。在其他方面，两者是类似的。1

本词条内容贡献者为:

郑国忠 - 副教授 - 华北电力大学