DSP的信號處理系統在電子信息工程中應用研究

摘 要：本篇內容通過介紹在電子信息工程中對于DSP數字信號處理系統的要求及其在電子產品信息化系統工程中的運用優勢在何處，并從數字信息系統建設總體方案設計，DSP數據處理部分，計算機系統的數據處理方式，DSP在應用時的算法、系統應用軟件的設計，系統應用測試分析等方面，逐步探討在電子信息工程中使用DSP的信息管理網絡系統措施，以期能為進一步促進DSP數字信號處理系統在電子產品信息化系統工程中的運用，做以參考。

關鍵詞：DSP;信號處理系統;電子信息工程;系統設計

DSP的數字信號處理技術是一門綜合性新技術，于20世紀60年代飛速發展，并在通信等領域被廣泛應用，其主要是通過數字的形式對信號進行各項處理，使得人們獲得符合需求的信號形式。將DSP的信號處理系統集成化應用于電子信息工程之中，有較強的可控性，并可對數據進行快速的處理，能夠改善傳統系統中所存在的設備分散，操作性不佳等問題。

1.DSP的信號處理系統在電子信息工程中應用要求

首先在實驗過程中要保證系統的連貫性，實驗所需要用到的相關設備，必須要具備良好的操作性，這樣才能給后期的應用提供一個良好的環境。在實驗和應用的過程之中，其核心工作內容是計算以及相關處理技術，此項信號處理系統對平臺處理信號的能力要求較高，并且為滿足DSP的信號處理技術所具備的高速計算處理特點，應將處理系統的接口設計符合外圍信號處理電路以及處理能力的實際需求。在設計時，DSP信號處理單元為系統的核心，系統所有作業都應在DSP信號處理單元完成，并且要實現計算機對其有可控的特性。為將兩者相完美結合，其系統還應具備可便捷性，因此在設計時要將DSP信號處理系統與計算機進行連接，技術人員可以通過計算機中所呈現的人機相連畫面對其進行操作，這樣也符合電子信息技術對于綜合實踐平臺的要求[1]。

2.DSP的信號處理系統在電子信息工程中應用優勢

2.1DSP信號處理特點

DSP數字信號處理功能的實現主要是使用了各種設計方式，它對數碼信息的處理過程有著各種靈活計算，在實際數據處理的流程中使用了特定的晶片構成，而這些晶片構成和通常的微數據處理器明顯不同，它有著自身的地址總線，能夠提升處理水平與處理效率，在數據傳輸方面，還具有并行傳輸的特點，能夠有效提升傳輸效率，系統本身也具有可優化和可擴展的特點?；贒SP信號處理系統的這些功能，許多復雜信號可以得到良好處理，因此該項技術也在許多領域得到應用，不僅是信號處理領域，還包括通信控制與電子信息工程領域。

2.2有著較強的可控性

DSP信號處理系統具有明顯可控性，該特征主要表現為對不同的信號處理任務選用不同處理軟件，開展針對性處理，提升處理效果并實現精準化控制。比如說計算機工程中的信號處理工作，使用DSP技術可以利用程序進行數據信息的采集與載入，讓系統具備計算機調制解調器的作用，DSP技術下的信號處理系統中還具體特殊數字濾波器裝置，該裝置與一般濾波器不同，具有可針對程序編程的差異來進行濾波處理的功能，避免內部產生構造破壞情況，提升信號處理的安全水平，其可控性也表現為靈活度較高以及適應性較強等特征[2]。

2.3可對數據快速處理

DSP設計的信號處理系統在實現處理后大多是采用特殊器件，其處理的水平比較好，還可以提高工作效率。分析從其芯片的具體構造中得知，其內部存在著相對單獨的程序空間和信息存儲模塊，能夠一邊進行數據處理一邊完成對應指令，因而數據處理的速度較快，信號處理系統的穩定性也比較強，現階段的市面上基于DSP技術的信號處理器都具有強大處理功能，處理后的傳輸速率也能夠達到每秒百兆字節，具有顯著優勢。

2.4有著較高的集成性

DSP信號處理系統具有較高的集成性，該項特征也使得系統的優化性能更強，可提升信號處理水平。例如，將DSP信號處理器與以往使用的模擬信號處理器進行對比分析，發現其裝置內部配置的芯片結構具有高集成性特點，這種結構主要是基于集成電路的設計理念，能夠提升對高維高速計算機的利用率，芯片結構本身的功能十分強大，不過自重較輕、體積較小，因此，在實際使用過程中不會消耗過多能源，具有節能的優點，目前這種芯片結構具有很好的發展前景。

3.在電子信息工程中應用DSP的信號處理系統對策

3.1系統總體方案

系統包括兩個部分其一，DSP單元，其二，微型計算機系統單元。信號處理的主要處理任務均要在DSP單元進行，而系統上的輸入和輸出通道主要性能都是實時處理和觀察信息，在系統下零點五部分DSP處理器要和PC微機相連接，主要承擔著數據的交換和控制。而DSP在控制系統中仍然受PC微機的控制，并要完成相關處理任務。DSP在計算機控制系統中，可即時信息處理在入口與出口信道之間所傳輸的各種數據消息，并兼顧信息處理在電子計算機操作系統中所傳輸的仿真訊號，當信息處理完成之后則再將信息處理成果回輸于電子計算機管理系統中，由電子計算機管理系統再將其成果加以波形表示、統計訊息算法等處理程序。在操作系統中，基于DSP處理器的所有應用程序，均由PC微機系統實現管理與監控，因此根據DSP加載程序靈活性的特點，系統平臺上則可以完成針對各種電子信息工程件的管理運算。在設計整體系統架構時，DSP單元應包含三個部分，分別是實時通道、存儲器以及接口[3]。

3.2DSP處理部分

DSP處理部分結構應包括如下結構和功能：首先，前置放大器，為了使前端的模擬信號電壓加大，這樣就可以使其輸出的電平滿足A/D的要求;第二，模擬低通濾波器，其主要功用一是為了使信號的最高頻率低于實際采集頻率一半，這樣就可以確保實時的信息在采集后不會丟失，并滿足奈奎斯特采樣定理，二是為了濾波掉經過D/A轉換后的高頻分量;第三，信道選擇開關，一是為了適應系統需要，當信息直通時可在輸入終端上直接連接信息發生器等專用設備，二是為了能夠觀察出D/A器件的特性;第四，A/D轉換器，其主要功能是將從輸入端口中所送至的模擬信號變成數字信號，再輸送至DSP數字信號處理器之中，其DSP可通過編程控制A/D的采樣頻率，這樣便可滿足不同的處理需求;第五，D/A轉換器，與A/D信號轉換器功能相同，但要將最終的數據處理結果轉換變為模擬信號;第六，功率放大器;主要是為了方便觀察和測量;第七，DSP芯片;第八，程序存儲器;第九，數據存儲器;第十，高速數據傳輸通道;第十一，命令控制接口;第十二，串行通信擴展接口。

3.3計算機的處理

計算機處理部分主要包括四個部分：第一，ISA通信接口單元;第二，PC處理單元;第三，人機界面;第四，支持軟件。從第一部分來說，ISA通信接口單元的設置主要是用來完成在DSP和PC之間的數據和控制傳輸功能，而ISA的內部通訊則使用了IO接口訪問方式。從第二部分來說，因為在控制系統中的DSP處理單元完全受PC單元控制，所以PC單元要作為主控制器來運行，并且需要對DSP單元數據進行的處理。人機界面的功能其主要是為了實現人機可交互操作，一是界面將顯示DSP處理所產生的結果數據，并進行分析和保存。二是充當功能控制區的作用，可通過人機界面實現對于DSP處理板硬件的控制，并且可按照之前所設定好的系統參數，控制所需要顯示比例、靜態以及動態等呈現。在支持軟件方面的設置，其一是為了支持DSP各種程序的應用，方便技術人員在PC機的人機界面上進行操作，對所需要的各類應用進行下載，并進行相應的處理。二是為了節省DSP處理板上使用的大容量POM，使用此程序代替將DSP應用程序寫入處理板上ROM的操作，這樣能夠提升系統整體的靈活性[4]。

3.4DSP應用算法

基于DSP的數據處理系統在計算機信息工程中可以完成對各種數據的數據處理工作，所以在每一個階段都有其應用計算的處理過程，其中包括了數字濾波器、高速傅立葉變換等。數字濾波器的描述方式主要有兩種，一種為方框圖表示法，另一種則是信流圖表示法。但在結構的計算方面，有三種基本計算的單元，依次是：其一，加法器;其二，單位延時;其三，乘常數乘法。數字波濾器的分布種類較多，其功能也不相同，主要可以分為FIR和IIR兩種。IIR數字濾波器的有理系統函數可表示為：

3.5系統硬件設計

第一，數字信號處理中心單元。當設置系統時，數字信號處理中心單元即是整個系統器件的核心，主要承擔著完成對數據的運算、儲存和傳送等幾大功能。其所組成的主體部分由DSP元件TMS320C31以及部分外圍的電路所組成。其中，TMS320C31即是該單元的核心元件，所有作業內容都需經過此器件才能夠完成，選擇TMS320C31芯片的原因，是由于其性能較高。其高速緩沖存儲器的容量為64*32位，可用于存儲重復碼段，并能夠減少片外存取的次數。第二，核心元件的基礎組成。TMS320C31CPU一般由浮點/整數乘法器、計算邏輯單元、輔助寄存器計算單位、CPU寄存器組、32位的桶型移位裝置及其內部總線通道所組成。第三，系統硬件中比較關鍵的三個時序為：其一，存儲器讀時序;其二，存儲器寫時序;其三，中斷響應時序。第四，核心元件在操作系統中的特性設置。首先在系統設計的方法上，主要采取了二個功能設計方法，其一，微處理器方法;其二，微型計算機/引導裝載程序方法。其次在存儲器控件的分配上，主要依賴于微處理器工作。再次，在外部擴展存儲器方面，主要應用到了EPROM芯片以及SRAM芯片[5]。

3.6系統軟件設計

在DSP系統軟件的研發環節包括如下基本過程：第一，算法的仿真建模技術，其重點是利用Matlab軟件工具語言對其信號處理方式加以建模，并要檢驗其算法的基本結構及其可實踐操作性;第二，語句編寫程序，使用匯編語言、C語句的混編技術進行程式編排并將之轉換，進而輸出結果至匯編語言編譯器中并完成編排，最后獲得目標文檔;第三，可運行性文檔，將之前所獲得的目標文檔，直接送入鏈路器中并完成連接，最后便可獲得可運行文檔;第四，調試運行器環節，在此環節要將所有可運行的目標文檔直接送入調式器中，并完成調試運行，其目的是為提高，系統運算結果的正確性，若出現了偏差，則可返回上一次并重新檢測加以調整，需要調試的主要內容還有軟件系統模擬、應用軟件操作系統、評測模式和控制系統模擬。第五，完成代碼變換后，在交換時，先要進入代碼EPROM，并使之遠離模擬器的運行程序，以檢驗系統結果是否正確，若發現失敗則可返回上一次進行的調整;第六，軟件測試環節。

3.7系統測試分析

利用仿真數據分析等技術手段，可以一并檢測系統的某些特性是否穩定，比如快速傅立葉變換的使用以及數字濾波器的使用。首先要完成光譜分析測試，其重點是對實時信息和計算機的仿真數據利用FTT進行不同的計算，結算結果將與Matlab仿真結果進行對比，這樣能夠進一步驗證系統在頻譜的計算過程中所呈現出的性能是否穩定。其測試步驟包括：第一，頻率取樣;第二，FFT運算;第三，得出實驗結果，最后計算機還要對模擬數據進行處理并和結果進行對比。在數字濾波測試環節其主要包括，第一，低通;第二，高通;第三，帶通;第四，帶阻;第五，測試結果分析，最后進行模擬數據處理。

結束語：

DSP的信號處理系統在電子信息產業中使用上具有許多優點，而且可以規避傳統計算機技術處理所面臨的挑戰與問題，可將電子信息工程實踐變得更加綜合化，系統整體的信號處理能力變得更加高效。當今我國現在對于DSP的信號處理系統研究及運用存在著一定的局限性，因此相關科研人員應加大對于DSP數字信號處理技術的研究，使其在電子信息工程領域可得到發展與優化。

參考文獻：

[1] 王曉東，岳宇航. 電子信息工程綜合實踐中信號處理系統的應用[J]. 魅力中國，2021（37）：407-408.

[2] 賁雪. 電子信息工程綜合實踐中信號處理系統的研究[J]. 科技創新導報，2019，16（30）：108-109.

[3] 張依達. 電子信息工程綜合實踐中信號處理系統的應用[J]. 大科技，2019（27）：237.

[4]劉亦恒.電子信息工程信號處理系統的應用研究[J].信息與電腦（理論版），2021，33（14）：113-115.

[5]孫靖舒.基于DSP和FPGA的通用數字信號處理系統設計[J].電腦知識與技術，2020，16（20）：221-222.

作者簡介：

張慶，1986年，男;籍貫：江蘇宜興，本科，工程師，研究方向：測試計量技術與儀器