Виртуальные измерительные приборы, ещё недавно казавшиеся чем-то фантастическим, всё шире используются практически во всех областях человеческой деятельности. Везде, где возникает потребность в универсальных, точных и недорогих измерительных приборах, системы на базе ПК и плат АЦП довольно успешно конкурируют с традиционными осциллографами, спектроанализаторами и вольтметрами. Главными преимуществами подобных систем являются прежде всего гибкость и универсальность. Технические характеристики измерительного комплекса зависят только от типа выбранной платы АЦП, при этом точность измерений будет одинакова как на стационарном ПК, так и на ноутбуке в полевых условиях. Для наблюдения сигнала в режиме реального времени необходима высокая вычислительная мощность компьютера, поскольку поток данных от АЦП весьма интенсивен, а частота обновления информации на экране монитора во многом зависит от быстродействия ПК. Если плата АЦП не оснащена устройством, осуществляющим предварительную обработку и коммутацию цифрового потока, то данные функции приходится выполнять центральному процессору ПК, что приводит к его практически полной загрузке. Кроме этого, процессоры общего применения не позволяют аппаратно поддерживать аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи без дополнительных аппаратных схем и требуют затрат процессорного времени для ввода/вывода данных.

    При повышении тактовой частоты АЦП и его разрядности с возросшим потоком с трудом справляются даже современные высокопроизводительные универсальные процессоры. Для решения этой проблемы используются различные схемотехнические решения, как правило, это традиционные ПЛИС и цифровые сигнальные процессоры (DSP). Программируемая логика позволяет работать с высокоскоростными потоками, но поскольку её управление реализовано аппаратно, реконфигурация системы становится весьма трудоёмкой. К тому же, стоимость таких микросхем увеличивается неадекватно увеличению числа логических ячеек.

    Цифровые сигнальные процессоры создавались специально для высокоскоростной обработки больших массивов информации, поэтому их применение в платах АЦП позволяет существенно снизить нагрузку на центральный процессор ПК. Поскольку функции, выполняемые DSP, могут быть самыми различными: от маршрутизации цифровых потоков до фильтрации и различной обработки (БПФ, фильтр Собеля, свёртка и так далее), то они могут заменить собой целый ряд функциональных узлов на плате АЦП. Главное преимущество сигнальных процессоров перед программируемой логикой — в программном управлении функциями и параметрами обработки. Гибкость систем с DSP позволяет в зависимости от стоящей задачи легко перепрограммировать плату АЦП, например, с функцией виртуального осциллографа, в спектроанализатор с разнообразными возможностями отображения спектра, причём БПФ в данном случае производится сигнальным процессором, и центральный процессор отвечает только за обновление данных на экране. Даже далёкий от программирования DSP человек может легко справиться с изменением режимов работы, поскольку в его распоряжении имеется набор стандартных динамических библиотек, включающих самые разнообразные режимы обработки. Необходимость в написании собственных программ для сигнального процессора возникает у пользователя только при решении сложных задач. Если, например, система должна работать исключительно в режиме осциллографа, то DSP успешно справится с получением данных от АЦП, управлением цепями коммутатора входных сигналов и коэффициентом усиления программируемого усилителя, с буферизацией и обменом данными с ПК. Разработчики компании L-Card — ведущего отечественного производителя промышленных и лабораторных систем сбора и обработки информации — пошли именно по пути использования сигнальных процесссоров при разработке и производстве модельного ряда плат на шину PCI.

    Использование в платах АЦП на шину PCI сигнальных процессоров позволило не только повысить надёжность продукции, но и снизить виртуальную стоимость одного измерительного канала более, чем в два раза по сравнению со стоимостью измерительного канала зарубежных систем. Выпускаемые фирмой платы АЦП L-761, L-780 и L-783 оснащены DSP от Analog Devices ADSP-2184/85/86 c тактовой частотой 40 МГц. Эти процессоры обладают своим собственным контроллером ПДП (IDMA), благодаря чему пользовательская программа может обращаться к любой ячейке памяти центрального процессора, не прерывая работы самого DSP, при этом скорость обмена составляет приблизительно 10 Мб/с. Наличие собственного контроллера ПДП позволяет отлаживать и программировать DSP в “горячем режиме”, что предоставляет дополнительные удобства при разработке собственных приложений под DSP.

    Специализированная архитектура DSP и сокращённая система команд позволяют при сравнительно низких тактовых частотах (40–50 МГц) получать достаточно высокую производительность, сравнимую на задачах определённого класса с универсальными процессорами Pentium II, Pentium III с тактовыми частотами 300–450 МГц. Однако, низкая тактовая частота DSP накладывает ограничения на максимальную частоту входного аналогового сигнала: на практике она, как правило, не может превышать 10–20 МГц. Поэтому при работе на более высоких частотах более целесообразным является использование программируемой логики.

    Определённые трудности могут возникнуть и при разработке собственных приложений для DSP, поскольку процессоры различных производителей имеют свою систему команд, что не позволяет пользоваться стандартным ассемблером.

    Однако, в последнее время появились общедоступные и достаточно мощные средства разработки приложений, например, новый продукт фирмы Analog Devices — Visual DSP, который можно бесплатно получить на сайте фирмы.

    Подводя итог, нужно сказать, что цифровые сигнальные процессоры, несмотря на определённые ограничения, по-прежнему остаются одним из наиболее перспективных средств обработки сигналов. Их функциональные возможности и область применения постоянно расширяются, а себестоимость стремительно падает. В этой связи использование DSP в платах АЦП безусловно является следующим шагом в развитии современных систем аналогового ввода. Есть мнение, что в будущем роль этих изделий для подобных систем станет ещё более значимой.

С продукцией компании
«L-Card» Вы можете
ознакомиться по адресу:
1-я ул. Ямского Поля, 17;
получить консультацию по телефонам 257-1710, 257-3414,
или в сети Интернет по адресу: http://www.lcard.ru