電子信息工程綜合實(shí)踐中信號處理系統(tǒng)的應(yīng)用

馮行祥

(三明學(xué)院，福建 三明 365000)

時(shí)代在不斷進(jìn)步，計(jì)算機(jī)技術(shù)也在不斷創(chuàng)新，人們的生活和生產(chǎn)已經(jīng)離不開計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，而在計(jì)算機(jī)運(yùn)行的過程中信號處理系統(tǒng)有著非常大的作用，在信號處理系統(tǒng)的支持下，可以構(gòu)建出更加科學(xué)和便捷的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用平臺，處理和分析數(shù)據(jù)也更加準(zhǔn)確和可靠。而電子信息工程是一種比較復(fù)雜和綜合的學(xué)科。DSP的出現(xiàn)更是推動了信號處理技術(shù)的發(fā)展，使其更加先進(jìn)和強(qiáng)大，并廣泛應(yīng)用于軍事、醫(yī)學(xué)等各個行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)。所以對信號處理系統(tǒng)應(yīng)用在電子信息工程綜合實(shí)踐中研究具有十分重要的意義。

1 電子信息工程和信號處理系統(tǒng)的綜合概述

1.1 電子信息工程概述

在電子信息工程技術(shù)當(dāng)中現(xiàn)代化的電子技術(shù)是最主要的技術(shù)，其主要包括信息技術(shù)和網(wǎng)路通信技術(shù)，進(jìn)行控制的系統(tǒng)主要是計(jì)算機(jī)和集成電路，對各類比較復(fù)雜的電子信息進(jìn)行處理采用自動化的方式[1]。電子設(shè)備、研發(fā)信息系統(tǒng)以及集成是我國最初的電子信息工程發(fā)展的階段，這個階段的發(fā)展進(jìn)一步推動了我國電子信息工程的有效發(fā)展，但是在最初的發(fā)展階段中，電子信息工程的內(nèi)容相對較少，其主要的功能就是集成電路、傳輸圖像等，而在時(shí)代不斷發(fā)展的過程中，電子信息工程技術(shù)也在不斷創(chuàng)新，出現(xiàn)了更多先進(jìn)和科學(xué)的信息、數(shù)據(jù)傳輸?shù)雀鞣N更加具體的功能。在未來社會中相信電子信息工程的發(fā)展會更加智能化、移動化、科學(xué)化。

1.2 信號處理系統(tǒng)概述

在現(xiàn)代社會中，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，各行各業(yè)都開始應(yīng)用計(jì)算機(jī)信號處理系統(tǒng)，這讓人們的生活和工程更加方便和快捷。在現(xiàn)代社會中使用的信號處理系統(tǒng)是通過改進(jìn)和創(chuàng)新原有的信號處理系統(tǒng)而來的?，F(xiàn)代化的信號處理系統(tǒng)更加先進(jìn)和科學(xué)，具有更大的便捷性。信號處理技術(shù)就是對記錄下來的某個媒介的信號進(jìn)行處理，保證抽取出的信息是可靠、有用的，也是對信號進(jìn)行提取、變換和分析等進(jìn)行綜合處理的一個總過程[2]。信號處理系統(tǒng)能夠解決許多復(fù)雜的問題，具有較多優(yōu)勢，所以在電子信息工程中積極應(yīng)用信號處理系統(tǒng)，能使電子信息工程的作用最大化發(fā)揮出來。

1.3 在電子信息工程綜合實(shí)踐中應(yīng)用信號處理系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

1.3.1 增強(qiáng)信息處理靈活性

現(xiàn)代化的電子信息技術(shù)中軟件存在著多樣性，所以其處理信息的形式也就不一樣。數(shù)字信號技術(shù)在處理信息時(shí)具有比較高的靈活性和可控性，其能夠根據(jù)不同軟件的信號對應(yīng)類型不同的信號處理，將信息處理工作的能力病毒案增強(qiáng)，比如將數(shù)字信號處理系統(tǒng)應(yīng)用在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域當(dāng)中，就可以采集數(shù)據(jù)，通過與其他軟件相結(jié)合，就能處理和分析數(shù)據(jù)。數(shù)字信號處理還能夠整編劃分?jǐn)?shù)據(jù)，讓信息能夠?qū)崿F(xiàn)濾波工作，將硬件設(shè)施的要求大大降低，并具備更高的靈活性。

1.3.2 提高信息處理的速率

由于芯片結(jié)構(gòu)比較獨(dú)特，傳統(tǒng)技術(shù)處理信息的效率得到有效提升，在電子信息工程領(lǐng)域中應(yīng)用數(shù)字信號處理系統(tǒng)具有較高的信息處理效率主要緣于系統(tǒng)中的芯片結(jié)構(gòu)儲存分離開了程序的指令和數(shù)據(jù)，讓信息在處理的過程中能夠通過兩種不同的線路運(yùn)行。指令和數(shù)據(jù)的儲存結(jié)構(gòu)具有獨(dú)立性且比其他的微處理結(jié)構(gòu)更加優(yōu)秀，能夠?qū)?shù)據(jù)處理工作的效率不斷提高。

1.3.3 具有較高的集成化

在現(xiàn)代化的信號處理系統(tǒng)中，所使用的芯片是單片，集成電路的規(guī)模相對較大，而且也增加了許多運(yùn)算方面的功能，所以具有較高的集成化，也讓人們?nèi)粘５纳詈凸ぷ鞲颖憬荨?/p>

1.3.4 增強(qiáng)可控性

電子信息工程主要是將外界的信號捕獲，再使用計(jì)算機(jī)或者計(jì)算機(jī)技術(shù)處理外界信號，并對其他設(shè)備進(jìn)行控制的一種技術(shù)，其中最為重要的就是了解到外界的通信。外界的信號一般是以物理量的形式存在，運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)能夠?qū)⒂?jì)算機(jī)語言中的數(shù)字信號進(jìn)行處理，計(jì)算機(jī)要想識別信息具體情況，就需要通過數(shù)字信號處理技術(shù)將信息轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)，而且在電子信息工程中應(yīng)用數(shù)字信號處理系統(tǒng)，能夠通過各種不同的軟件處理不同類型的信號信息。通過程序?qū)ζ溥M(jìn)行控制，不會將內(nèi)部的硬件結(jié)構(gòu)改變，但是通過將編程可改變提高數(shù)字信號處理的能力，所以擁有較強(qiáng)的可控性。

2 系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)研究

2.1 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)主要是由DSP處理以及計(jì)算機(jī)控制構(gòu)成，其中DSP還包括存儲器、接口以及實(shí)時(shí)的通道[3]。計(jì)算機(jī)部分主要是由處理中心、ISA接口等組成，其中實(shí)踐的界面能夠?qū)崿F(xiàn)對人機(jī)對話窗口操作，還是各種信號的入口和終端，系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖(見圖1)。

2.2 DSP處理部分概述

DSP處理部分主要是由前置放大器、模擬低通濾波器、通道選擇開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、功率放大器、通道選擇開關(guān)、DSP芯片、程序存儲器以及數(shù)據(jù)存儲器等組成，其中前置放大器的功能是要電壓放大輸入的模擬信號，保證輸出的電平能夠?qū)/D的要求滿足；模擬低通濾波器主要是將奈奎斯特采樣的定理滿足，保證實(shí)時(shí)信號在經(jīng)過采樣之后不會出現(xiàn)失真的情況；通道選擇開關(guān)的功能主要是為了讓各種實(shí)驗(yàn)的需求得到滿足；A/D轉(zhuǎn)換器的功能是把模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N數(shù)字信號，通過DSP進(jìn)行數(shù)字信號處理工作；DSP芯片是最為核心的處理器，對各種數(shù)字信號進(jìn)行計(jì)算，并處理輸入輸出、存取數(shù)據(jù)，控制端口等。

圖1 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖

2.3 計(jì)算機(jī)處理部分概述

計(jì)算機(jī)處理部分主要是由ISA通信接口單元、PC處理單元、實(shí)驗(yàn)界面、支持軟件組成[4]。其中ISA通信接口單元的功能是為了讓PC和DSP之間的數(shù)據(jù)能實(shí)現(xiàn)交互，傳送控制信號；PC處理單元主要是進(jìn)一步處理DSP數(shù)據(jù)；實(shí)驗(yàn)界面的功能主要是為了將人機(jī)交互的功能實(shí)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)界面不僅能夠?qū)SP處理的結(jié)果顯示出來，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和保存，還能讓實(shí)驗(yàn)人員在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作時(shí)對各種功能進(jìn)行控制，通過實(shí)驗(yàn)界面可以對DSP處理板的硬件進(jìn)行操作，還能以實(shí)驗(yàn)實(shí)際情況為準(zhǔn)設(shè)置更加科學(xué)的參數(shù)；支持軟件主要是DSP系統(tǒng)中的各種應(yīng)用軟件，可以通過操作PC機(jī)上的實(shí)驗(yàn)界面，加載出所有需要的DSP應(yīng)用程序，從而對數(shù)字信號進(jìn)行處理。

2.4 將DSP信號處理系統(tǒng)應(yīng)用在電子信息工程綜合實(shí)踐中的作用

電子信息工程綜合實(shí)踐是一種具有較高綜合性的工作[5]，在實(shí)踐過程中使用一般的實(shí)驗(yàn)手段和設(shè)備很難將其作用充分體現(xiàn)出來，并且傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備由于體積較大，在具體操作的過程中的過程比較繁瑣，可能會出現(xiàn)較多錯誤，導(dǎo)致最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果存在誤差。而使用以DSP為基礎(chǔ)的數(shù)字信號處理技術(shù)，可以通過利用計(jì)算機(jī)，將處理數(shù)據(jù)的過程演示出來，并且還能保證信號處理的精準(zhǔn)性，具有較高的可控性和靈活性，提升實(shí)踐效率。

3 在電子信息工程綜合實(shí)踐中信號處理系統(tǒng)的應(yīng)用研究

3.1 在信號處理方面的應(yīng)用

在現(xiàn)代社會中，信號處理系統(tǒng)，具有較廣的應(yīng)用市場，也發(fā)揮出了較大的作用，而信號處理系統(tǒng)于傳統(tǒng)的信息處理相比，傳統(tǒng)信息處理擁有較多缺點(diǎn)，在具體使用的過程中容易耗費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力，并且還會耗費(fèi)許多時(shí)間，不能讓信息處理的質(zhì)量得到保證，并且隨著社會的不斷發(fā)展，社會中涌現(xiàn)的信息量也越來越大，不能滿足復(fù)雜且多變的數(shù)據(jù)類型，不能對數(shù)據(jù)進(jìn)行集中化的處理，而在電子信息工程綜合實(shí)踐中應(yīng)用信號處理系統(tǒng)，能夠在使用過程中節(jié)約一些時(shí)間，且具有較高的數(shù)據(jù)信息處理準(zhǔn)確效率，讓整個工作的效率大大提高，具有非常重要的作用。

3.2 設(shè)計(jì)信號處理系統(tǒng)的思路

信號處理系統(tǒng)主要是對信息進(jìn)行整合和分析，通過將輸入信息和輸出信息的系統(tǒng)渠道設(shè)置在系統(tǒng)的內(nèi)部，有機(jī)結(jié)合收集和處理信息，有效完成各種信息處理和分析的工作，而且還可以將相關(guān)的信息共享，從而得到更加全面的信號處理信息。計(jì)算機(jī)微機(jī)是整個信號處理系統(tǒng)中的主導(dǎo)結(jié)構(gòu)，與信號處理系統(tǒng)相互協(xié)作，讓數(shù)據(jù)分析更加地可靠，更加地有效。

3.3 信號處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析

計(jì)算機(jī)微機(jī)單元和信號處理系統(tǒng)構(gòu)成了計(jì)算機(jī)信號處理系統(tǒng)[6]。在實(shí)際運(yùn)行的過程中，主要是在計(jì)算機(jī)微機(jī)單元中導(dǎo)入收集的數(shù)據(jù)信息，工作人員進(jìn)行操作，下達(dá)相應(yīng)指令后，通過計(jì)算機(jī)中的數(shù)字濾波器以及語言分析等功能將信息有效采集起來，將輸入的信息通過信號處理器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，在處理中心將轉(zhuǎn)換后的模擬信號進(jìn)行整理和分析，最后在計(jì)算機(jī)上顯示出數(shù)據(jù)分析的結(jié)果。通過信號處理系統(tǒng)的分析和篩選，能夠保證信息的準(zhǔn)確性、真實(shí)性和可靠性，使人們在查閱和調(diào)取數(shù)據(jù)時(shí)更加方便，操作更加簡單。

3.4 DSP應(yīng)用軟件研究

3.4.1 實(shí)現(xiàn)FFT的DSP軟件

首先需要安排好應(yīng)用程序的結(jié)構(gòu)，需要按照相關(guān)的要求對模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并將其分成不同的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行實(shí)時(shí)處理需要依靠外來的實(shí)時(shí)信號源，在ADC中通入模擬信號，讓DSP系統(tǒng)進(jìn)行FFT的計(jì)算。此處主要對實(shí)時(shí)處理的方式進(jìn)行探討，由于C31的結(jié)構(gòu)比較特殊，所以將其作為實(shí)時(shí)的FFT性能相對較高，可以在一個周期內(nèi)進(jìn)行累加行乘的操作，而且在DSP系統(tǒng)中的位反轉(zhuǎn)尋址操作具有一定的專業(yè)性，能夠很容易實(shí)現(xiàn)FFT的要求，主要的服務(wù)流程(見圖2)。

圖2 FFT服務(wù)流程圖

從圖3可以看出，由于進(jìn)行的是實(shí)時(shí)的FFT運(yùn)算，所以可以將其中斷識別碼設(shè)定位0xFFA，進(jìn)行實(shí)時(shí)處理還可以從計(jì)算機(jī)的顯示器中看到實(shí)時(shí)輸入信號的波形以及信號的頻譜圖，所以需要設(shè)置兩個中斷識別碼，其中一個識別碼主要是請求時(shí)間信號中的數(shù)據(jù)傳輸，另一個則表示頻譜數(shù)據(jù)傳輸。

3.4.2 實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波器的DSP軟件

應(yīng)用該數(shù)字濾波器主要是實(shí)現(xiàn)有限長單位的脈沖響應(yīng)濾波器以及無限長單位的脈沖響應(yīng)濾波器，每一個濾波器都會處理實(shí)時(shí)信號以及計(jì)算機(jī)模擬的數(shù)據(jù)，每一種處理中應(yīng)用了低通、高通以及不同的采樣頻率等內(nèi)容，從而讓實(shí)驗(yàn)者在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)能夠充分把握和了解數(shù)字濾波器。其中有限長單位的脈沖響應(yīng)濾波器低通濾波處理要想實(shí)現(xiàn)，需要通過D/A通道送出觀測的結(jié)果，并提供給外部的設(shè)備，而且還要提供給計(jì)算機(jī)，讓其進(jìn)行分析和處理[7-8]。其主要的處理流程圖(見圖3)。

圖3 DSP軟件處理流程圖

由圖3可知，系統(tǒng)可以根據(jù)中斷請求的不同形式發(fā)送出不一致的波形數(shù)據(jù)，上圖中的中斷識別碼的輸出時(shí)間信號表示非0xFFF1、輸入頻譜信號表示為0xFFF2、輸出的時(shí)間信號表示為0xFFF3、輸出的頻譜信號表示為0xFFF4。通過實(shí)現(xiàn)這兩類軟件的應(yīng)用，就能夠在電子信息工程綜合實(shí)踐中將應(yīng)用信號處理系統(tǒng)的作用最大化發(fā)揮出來，應(yīng)用價(jià)值較好。

4 結(jié)語

社會經(jīng)濟(jì)和時(shí)代在不斷發(fā)展與進(jìn)步的過程中，在電子信息工程綜合實(shí)踐中信號處理系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛，讓人們的生活和工作更加便捷，也不斷提高人們的生活質(zhì)量和水平。信號處理系統(tǒng)具有耗能少、可靠性高且集成性高等特點(diǎn)，在電子信息工程綜合實(shí)踐中應(yīng)用，能夠?qū)⒕C合實(shí)踐中的大量需求滿足，并將DSP作為整個系統(tǒng)中的核心，與計(jì)算機(jī)結(jié)合起來，能讓電子信息工程實(shí)踐實(shí)現(xiàn)綜合化的發(fā)展，同時(shí)讓電子信息工程相關(guān)的教學(xué)活動得到完善和改進(jìn)，具有十分重要的意義。因此，相關(guān)的研究人員應(yīng)該做到與時(shí)俱進(jìn)，積極利用社會中先進(jìn)和科學(xué)的知識技術(shù)，不斷創(chuàng)新信號處理系統(tǒng)，保證信號處理系統(tǒng)的科學(xué)性、穩(wěn)定性和先進(jìn)性，讓其在電子信息工程綜合實(shí)踐中發(fā)揮最大的效能。