Цифровий сигнальний контролер ( (DSC)) – певний гібрид мікроконтролерів та цифрових сигнальних процесорів (DSP).
Об'єднання сигнальних процесорів і мікроконтролерів дозволяє отримувати при мінімальних витратах прийнятне рішення для багатьох побутових і промислових систем. І сьогодні, аналогічно тому, як з класу мікропроцесорів виділилися мікроконтролери, сформувався новий клас цифрових мікросхем - сигнальні контролери, або DSC.
Причина створення Історично мікроконтролери та сигнальні процесори (DSP) призначені для різних додатків. Мікроконтролери в основному використовуються в засобах управління, які виконують функції впізнання і контролю події. Типове призначення контролера – реакція на зовнішні події, тобто аналіз вхідних даних і статусу системи, з тим щоб своєчасно змінити її стан. Основні його операції – умовні переходи, маніпулювання великим обсягом даних і послідовне переміщення розрядів регістру або комірки пам'яті. Вони легко програмуються на мові Сі. Але мікроконтролери малопридатні для складної обробки сигналів.
Спеціалізовані цифрові сигнальні мікропроцесори (DSP) традиційно застосовуються в системах, що вимагають прецизійної обробки аналогових сигналів. Сигнальні процесори являють собою швидкісні обчислювачі і виконують математичні дії з надзвичайно високою швидкістю, безперервно маючи при цьому обчислювальні блоки необхідними даними. Ця остання завдання і робить програмування DSP менш привабливим у порівнянні з мікроконтролером.
Таким чином, основні властивості мікроконтролерів – можливість керування в реальному часі і детермінований відгук, DSP – висока продуктивність. Мікроконтролери, як правило, виконуються на одному кристалі, DSP часто вимагають застосування зовнішніх схем пам'яті, ПЛІС, контролера і сполучних логічних схем.
Сьогодні, у міру збільшення складності систем, мікроконтролери вже здатні виконувати деякі функції обробки сигналу, а DSP – функції відгуку на подію в реальному часі, зберігаючи при цьому своє безпосереднє призначення. У системах прецизійного керування електродвигунами, робототехніки, драйвери накопичувачів на жорстких дисках, ряді електронних засобів вимірювання з метою збільшення швидкості виконання математичних операцій передбачена можливість доступу DSP до зовнішньої пам'яті мікроконтролера. А в цифрових фотоапаратах, стільникових телефонах можлива спільна робота двох пристроїв, що виконують різні операції системи. І, звичайно, у розробників систем виникло питання: "А чому б не скоротити витрати і не об'єднати мікроконтролери та сигнальні процесори на одному кристалі?".
Способи об'єднання мікроконтролера і DSP Існують два способи об'єднання мікроконтролера і DSP.
Відповідно до першого, у мікроконтролері можна передбачити можливість виконання функції сигнального процесора. Згідно з другим, мікросхема сигнального процесора "збагачується" функціями мікроконтролера і отримує набір периферії, властивий мікроконтролеру.
Деякі виробники мікроконтролерів намагалися додати до схеми, яка вже є у випуску, функції множення і додавання (MAC) сигнального процесора. Але функції DSP набагато складніше, ніж просто множення і додавання: введення й виведення даних, обробка різних типів даних, рішення проблем насичення і переповнення під час обчислень. Ці функції, а також виконання спеціальних алгоритмів DSP не можна просто "додати" до існуючих мікроконтролерів. Та мікроконтролери з додатковими блоками МАС не змогли працювати з швидкодією, властивим DSP. Такий підхід виявився прийнятний лише для створення цифрових сигнальних контролерів, використовуваних у системах з малим об'ємом математичних дій.
Були і спроби виробників цифрових сигнальних процесорів "збагатити" свої схеми периферійними пристроями мікроконтролерів (принаймні, UART, SPI і одним таймером). Але мікроконтролери, виконані на основі DSP-ядер, вже не володіють швидким детермінованим відгуком або можливістю побітової обробки. Єдине прийнятне рішення полягало в розробці цифрового сигнального контролера "з нуля" з урахуванням всіх особливостей мікроконтролерів та сигнальних процесорів. В результаті розроблені мікросхеми цифрових сигнальних контролерів з швидкою реакцією на переривання і периферійними пристроями, розрахованими на виконання функцій управління, такими як ШІМ і програмовані сторожові таймери, і з такими притаманними більшості DSP блоками, як МАС, багаторегістрові схеми циклічного зсуву і суматори великого об'єму.
Приклади DSC На сьогодні найбільшими постачальники мікросхем сигнальних контролерів є компанії: Microchip Technology, Texas Instruments і Freescale Semiconductor.
Microchip Technology
Цифрові сигнальні контролери цієї марки представлені на ринку моделями сімейства dsPIC30F та dsPIC33F. Зупинимось детальніше на першому.
Цифрові контролери цифрового сигналу dsPIC30F 30 MIPS пропонують продуктивність DSP з простотою MCU. DsPIC30F найкраще підходить для застосувань, де використовується широка робоча напруга (від 2,5 до 5,5 В), надзвичайно низьким струмом в режимі очікування, інтегрованим EEPROM, а також для дизайнерів, які віддають перевагу 5 В роботі з огляду на системи. Варіанти продукту інтегрують периферійні пристрої SMPS, периферійні пристрої управління двигуном та інтерфейс Codec, які дозволяють використовувати ефективні цифрові перетворювачі потужності, вдосконалені алгоритми управління двигуном та програми мови та аудіо. Невеликі пакети DSC з високоефективними АЦП добре підходять для інтелектуальних програм зондування. +Характеристики продукції Microchip Technology Product5K PricingFamilyPart FamilyCPU Speed (MIPS/DMIPS)SRAM (Bytes)Temp Range, (С)Data EEPROM/HEF (Bytes)Internal OscillatorMax I/O PinsPin countdsPIC30F1010$2.9316-bit MCU/DSCPIC30F202330256 -40 to 12507.37 MHz, 512 kHz2128dsPIC30F2010$2.5916-bit MCU/DSCPIC30F201030512 -40 to 12510247.37 MHz, 512 kHz2028dsPIC30F2011$2.3716-bit MCU/DSCPIC30F3013301024 -40 to 12507.37 MHz, 512 kHz1218dsPIC30F2012$2.4716-bit MCU/DSCPIC30F3013301024 -40 to 12507.37 MHz, 512 kHz2028dsPIC30F2020$3.8616-bit MCU/DSCPIC30F202330512 -40 to 12507.37 MHz, 512 kHz2128dsPIC30F2023$4.2816-bit MCU/DSCPIC30F202330512 -40 to 12507.37 MHz, 512 kHz3544dsPIC30F3010$3.2216-bit MCU/DSCPIC30F6010301024 -40 to 12510247.37 MHz, 512 kHz2028dsPIC30F3011$3.5416-bit MCU/DSCPIC30F6010301024 -40 to 12510247.37 MHz, 512 kHz3040dsPIC30F3012$2.8516-bit MCU/DSCPIC30F3013302048 -40 to 12510247.37 MHz, 512 kHz1218dsPIC30F3013$2.9516-bit MCU/DSCPIC30F3013302048 -40 to 12510247.37 MHz, 512 kHz2028dsPIC30F3014$3.4516-bit MCU/DSCPIC30F4013302048 -40 to 12510247.37 MHz, 512 kHz3040dsPIC30F4011$4.2816-bit MCU/DSCPIC30F6010302048 -40 to 12510247.37 MHz, 512 kHz3040dsPIC30F4012$3.9516-bit MCU/DSCPIC30F6010302048 -40 to 12510247.37 MHz, 512 kHz2028dsPIC30F4013$4.1616-bit MCU/DSCPIC30F4013302048 -40 to 12510247.37 MHz, 512 kHz3040dsPIC30F5011$5.2816-bit MCU/DSCPIC30F5013304096 -40 to 12510247.37 MHz, 512 kHz5264dsPIC30F5013$5.7216-bit MCU/DSCPIC30F5013304096 -40 to 12510247.37 MHz, 512 kHz6880dsPIC30F5015$5.4116-bit MCU/DSCPIC30F6010302048 -40 to 12510247.37 MHz, 512 kHz5264dsPIC30F5016$5.6216-bit MCU/DSCPIC30F6010302048 -40 to 12510247.37 MHz, 512 kHz6880dsPIC30F6010A$7.4716-bit MCU/DSCPIC30F6010308192 -40 to 12540967.37 MHz, 512 kHz6880dsPIC30F6011A$6.8916-bit MCU/DSCPIC30F6014306144 -40 to 12520487.37 MHz, 512 kHz5264dsPIC30F6012A$6.9616-bit MCU/DSCPIC30F6014308192 -40 to 12540967.37 MHz, 512 kHz5264dsPIC30F6013A$7.1416-bit MCU/DSCPIC30F6014306144 -40 to 12520487.37 MHz, 512 kHz6880dsPIC30F6014A$7.2516-bit MCU/DSCPIC30F6014308192 -40 to 12540967.37 MHz, 512 kHz6880dsPIC30F6015$7.6516-bit MCU/DSCPIC30F6010308192 -40 to 12540967.37 MHz, 512 kHz5264
Texas Instruments Платформа C2000 пропонує різноманітні аналогові периферійні пристрої, такі як АЦП, ЦАП, програмовані підсилювачі, компаратори, сигма-дельта-фільтри та зйомку високої роздільної здатності з метою підвищення точності входів системи управління при одночасному зниженні системних витрат. +Характеристики продуктів Texas Instruments на базі С2000Part NumberDescriptionFrequency, (MHz)CANTotal processing (MIPS)Flash, (KB)RAM, (KB)Sigma-delta filterPWM, (Ch)Operating temperature range (C)Approx. price (US$)TMS320F28378DC2000™ 32-bit MCU with 800 MIPS, 2xCPU, 2xCLA, FPU, TMU, 1024 KB Flash, CLB, EMIF, 12b ADC20028001024204824 -40 to 12512.79 | 1kuTMS320F28378SC2000™ 32-bit MCU with 400 MIPS, 1xCPU, 1xCLA, FPU, TMU, 1024 KB Flash, CLB, EMIF, 12b ADC20024001024164824 -40 to 12511.20 | 1kuTMS320F280040C2000™ 32-bit MCU with 100 MHz, FPU, TMU, 128 KB Flash, PGAs, SDFM1002100128100316 -40 to 1254.01 | 1kuTMS320F280040CC2000™ 32-bit MCU with 100 MHz, FPU, TMU, 128 KB Flash, InstaSPIN-FOC, CLB, PGAs, SDFM1002100128100316 -40 to 1254.73 | 1kuTMS320F280048C2000™ 32-bit MCU with 100 MHz, FPU, TMU, 256 KB Flash, CLA, PGAs, SDFM1002200256100316 -40 to 1254.87 | 1kuTMS320F280048CC2000™ 32-bit MCU with 100 MHz, FPU, TMU, 256 KB Flash, CLA, InstaSPIN-FOC, CLB, PGAs, SDFM1002200256100316 -40 to 1255.58 | 1kuTMS320F28035-EPC2000™ Enhanced Product 32-bit MCU with 60 MHz, 128 KB Flash, CLA60112012820314 -55 to 12514.08 | 1kuTMS320F280041CC2000™ 32-bit MCU with 100 MHz, FPU, TMU, 128 KB Flash, InstaSPIN-FOC, CLB, PGAs, SDFM1002100128100416 -40 to 1254.30 | 1kuTMS320C28341C2000™ 32-bit MCU with 200 MIPS, FPU, 196 KB RAM, EMIF20022000196012 -40 to 1057.88 | 1kuTMS320C28342C2000™ 32-bit MCU with 300 MIPS, FPU, 196 KB RAM, EMIF30023000196012 -40 to 1058.98 | 1kuTMS320C28343C2000™ 32-bit MCU with 200 MIPS, FPU, 260 KB RAM, EMIF20022000260018 -40 to 105,9.90 | 1kuTMS320C28344C2000™ 32-bit MCU with 300 MIPS, FPU, 260 KB RAM, EMIF30023000260018 -40 to 10511.26 | 1kuTMS320C28345C2000™ 32-bit MCU with 200 MIPS, FPU, 516 KB RAM, EMIF20022000516018 -40 to 10512.72 | 1ku
Freescale Semiconductor Компанія Freescale пропонує поєднання мікроконтролерів і цифрових сигнальних процесорів, так звані цифрові сигнальні контролери (рисунок 1), що володіють такими властивостями:
Команди, оптимізовані для управління, цифрової обробки, матричних операцій; Компактний асемблерний і Сі-код; Простота програмування; Висока продуктивність і розширене адресний простір.
Цифрові сигнальні контролери (DSC) компанії Freescale знаходять застосування в таких областях, як:
автомобільна промисловість (EPAS, гальмування, X-Wire, трансмісія, привід гідравлічні або пневматичні розподільники, стартери, датчики інерції, управління двигунами); предмети домашнього побуту (пральні машини, холодильники, посудомийні машини, індуктивні печі); промисловість (імпульсні джерела живлення, частотні інвертори, безперебійні джерела живлення); торгові автомати, вимірювальні пристрої, системи безпеки, інтелектуальні іграшки.
Сімейство цифрових сигнальних контролерів, 56F8xxx, складається з трьох груп, 56F80xx, 56F81xx, 56F83xx, побудованих на базі ядра 56800E і розрізняються по продуктивності, обсягу пам'яті і функціональності +Характеристики продукції Freescale SemiconductorСімействоПродуктивність, MIPSОб'єм Flash, кБОб'єм RAM, кБКаналов 12-бітн. АЦПВиходів ШІМПослідовні інтерфейсиGPIOКількість виводів56F80xx3216…128до 8до 16.до 6до 2 SCI, до 2 SPI, I2C, CANдо 5332…6456F81xx4032…512до 2до 16.до 6SCI, SPIдо 7648…16056F83xx6032…5124…32.до 16до 12до 2 SCI, до 2 SPI, до 2 CANдо 7648…160