数字处理与电机控制 

    一、

 

数字处理单元

    近代科技技术有一个很重要的趋势，就是数字化，由于微电子技术的快速发展，带动
了数字化科技的落实，从最早的 4 位处理器，到现在各式各样百花齐放的处理器或微控
器，进而牵引了诸多数字化的技术与理论，如﹝电机﹞数字控制、数字相机﹝ digital 
camera﹞、数字通讯，汽车工业等，无一不影响生活周遭，以下便针对市面上常见的组件

 

做简略地介绍。

    1. 微控器﹝Microcontroller﹞：整合了运算单元 CPU、内存 RAM、ROM、通讯接口
Serial、Parallel，中断线路、定时器。速度要求不高，适用于玩具、工业控制、消费性产品。如
8051、6502、Z80、68HC11、PIC、EM78、MSP430、AVR

 

等。

    2. 微处理器﹝Microprocessor﹞：只有 CPU，需要外加控制芯片与内存。速度快，大量
应 用于 个人 计算 机及 工业 计算 机， 如 Intel 的 Pentium ； AMD 的 Athlon ；Motorola 的
PowerPC；MIPS

 

等。

       3.   数 字 信 号 处 理 器 ﹝ Digital Signal Processor﹞ ： 整 合 了 运 算 单 元 CPU 、 内 存
RAM、ROM、通讯接口 Serial、Parallel，中断线路、定时器。对 CPU 做特殊的硬件设计，能
做实时处理﹝Real time﹞，适用于视讯、影像、语音、电机等，要求精确计算的场合。常见
的有 Texas Instruments 的 TMS320x2k、5k、6k；Lucent 的 ADSP16x、ADSP3210；Analog 
Device 的 ADSP21xx、Blankfin、SHARC；Motorola 的 56000、96000

 

等。

    其中用于精确电机控制者，多着眼于数字信号处理器﹝简称 DSP﹞来实践之，因为
DSP 将原来搭载于处理器的乘算器内藏后，且采用加算器做纵续连接的二管线结构，使
得一个机械周期能实行一个积和演算，大大方便了使用者用简捷的指令，完成复杂的控

 

制方程式。

      其次，因 DSP 采用了哈佛架构﹝Harvard architecture﹞，将程序总线﹝Program Bus 
System﹞与数据总线﹝Data Bus System﹞相互并列处理，因此处理单元 CPU 能同时捉取
程序指令﹝Instruction Code﹞与资料﹝data﹞，强化运算速度。

    另外，DSP 还强调数学运算能力，擅于计算三角函数、傅立叶。这也是选用 DSP 或微控

 

器之分野。

    Von Neumann 架构，它的程序总线与数据总线共享，程序指令与资料共享一块可抹除
内存﹝Flash memory﹞，优点是制造成本比较低，使用简单，德州仪器﹝简称 TI﹞的 16-
bit RISC 微控器 MSP430，便是采用此架构。

    DSP 或 MCU 制造商为了因应电机﹝伺服﹞控制的广大运用，也相继推出专用产品，
例如 TI 的 TMS320LF240x 系列；AD 的 ADMC 系列；Microchip 的 dsPIC 系列等。这些产

 

品皆有以下类似的外围功能：

    a. 外部中断向量﹝Reset、Interrupt  

﹞