信號(hào)處理系統(tǒng)在電子信息工程綜合實(shí)踐中的應(yīng)用

王強(qiáng) 呂飄 周正誠(chéng) 楊巖 張宏宏

（右江民族醫(yī)學(xué)院 廣西壯族自治區(qū)百色市 533000）

經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，電子信息工程已經(jīng)開始從電子設(shè)備研發(fā)向信息系統(tǒng)開發(fā)、集成等方向發(fā)展，需要通過(guò)與現(xiàn)代化電子技術(shù)融合推動(dòng)有關(guān)技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展。而信號(hào)處理系統(tǒng)作為工程重要的系統(tǒng)應(yīng)用，已經(jīng)在通信、計(jì)算機(jī)、軍事、生物醫(yī)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用，能夠使工程實(shí)踐效果得到提升。因此，還應(yīng)加強(qiáng)信號(hào)處理系統(tǒng)在電子信息工程綜合實(shí)踐中的應(yīng)用研究，以便全面推動(dòng)工程技術(shù)發(fā)展。

1 信號(hào)處理系統(tǒng)與電子信息工程

1.1 信號(hào)處理系統(tǒng)

所謂的信息處理系統(tǒng)，實(shí)際就是理應(yīng)信號(hào)處理技術(shù)搭建的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用平臺(tái)，能夠用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的整理、分析和處理，達(dá)到抽取和提供有用信息的目標(biāo)[1]。系統(tǒng)需要對(duì)媒介信號(hào)進(jìn)行處理和記錄，通過(guò)提取、變換等操作完成綜合處理，以便從中挖掘有價(jià)值的信息。面對(duì)來(lái)自外界的大量信號(hào)，系統(tǒng)能夠轉(zhuǎn)化為機(jī)器可識(shí)別的語(yǔ)言，使信息能夠在計(jì)算機(jī)中順利傳輸，從而為信息處理提供便利。采用系統(tǒng)可以為計(jì)算機(jī)與外界建立溝通橋梁，憑借結(jié)構(gòu)獨(dú)特的芯片實(shí)現(xiàn)信號(hào)高速、有效處理。而芯片中擁有獨(dú)立存儲(chǔ)空間，能夠同時(shí)運(yùn)行多個(gè)獨(dú)立程序，生成相應(yīng)的數(shù)據(jù)指令。系統(tǒng)采用不同軟件，能夠完成不同類型信號(hào)處理，并且能夠完成復(fù)雜處理過(guò)程的模擬，滿足各種信息的處理需求。

1.2 電子信息工程

電子信息工程是將計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)等當(dāng)成是基礎(chǔ)的一門技術(shù)，結(jié)合電子信息進(jìn)行采集、控制和處理需求對(duì)信息系統(tǒng)及相關(guān)應(yīng)用進(jìn)行研發(fā)。在科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的背景下，電子信息工程應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬，涉及通訊、網(wǎng)絡(luò)等各個(gè)方面。而工程內(nèi)容繁瑣，需要運(yùn)用各種技術(shù)，如利用光纖電纜等實(shí)現(xiàn)信息傳遞，利用網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)資源共享，具有通信快捷、覆蓋面大等特點(diǎn)，能夠?yàn)樾畔⒔涣魈峁┍憷?。在?jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)不斷進(jìn)步的基礎(chǔ)上，電子信息工程也取得了快速發(fā)展，與相關(guān)技術(shù)之間存在相輔相成的關(guān)系[2]。在電子信息化時(shí)代，每天都會(huì)有大量數(shù)據(jù)產(chǎn)生，因此需要加快電子信息工程建設(shè)，以便在信息獲取渠道得到拓寬的同時(shí)，加快各種信息的處理，為信息資源的利用提供便利。

2 信號(hào)處理系統(tǒng)在電子信息工程綜合實(shí)踐中的應(yīng)用意義

2.1 靈活處理信息

在電子信息工程中，信號(hào)處理系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用，能夠通過(guò)程序化控制使各種信息得到靈活處理。在工程開發(fā)過(guò)程中，需要對(duì)不同電信號(hào)進(jìn)行獲取，還要保證各種信息得到較好處理才能達(dá)到原本開發(fā)目標(biāo)。采用信號(hào)處理系統(tǒng)完成各種信息的轉(zhuǎn)換，統(tǒng)一以信號(hào)形式輸入到計(jì)算機(jī)中，能夠滿足工程不同軟件的信息處理需求。配合采用相應(yīng)的軟件程序，能夠?qū)π盘?hào)處理過(guò)程進(jìn)行控制，促使工程計(jì)算機(jī)編程和信息處理能力得到提高。如在移動(dòng)設(shè)備上下載系統(tǒng)應(yīng)用，就可以及時(shí)進(jìn)行信號(hào)處理調(diào)整，保證各種信息得到靈活處理。在實(shí)踐應(yīng)用中，需要對(duì)信號(hào)處理系統(tǒng)的不同處理方式進(jìn)行調(diào)用，使信號(hào)處理獲得不同效果。選取恰當(dāng)?shù)能浖?，將?shù)據(jù)輸入到計(jì)算機(jī)中，可以通過(guò)編程加強(qiáng)信息控制。在數(shù)據(jù)采集方面，可以利用處理器完成調(diào)制解調(diào)，在硬件結(jié)構(gòu)維持不變的情況下利用不同程序進(jìn)行不同任務(wù)操作，達(dá)到高效處理各種任務(wù)的目標(biāo)。

2.2 高效處理數(shù)據(jù)

應(yīng)用信號(hào)處理系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字信號(hào)高效處理。從系統(tǒng)架構(gòu)上來(lái)看，包含兩臺(tái)獨(dú)立主機(jī)，能夠分別進(jìn)行程序運(yùn)行和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。而配備相應(yīng)的數(shù)據(jù)線，可以分別用于數(shù)據(jù)傳輸和計(jì)算。因此相較于普通微處理器，系統(tǒng)在信號(hào)處理、指令生成等方面可以保持單獨(dú)運(yùn)行，使系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)量得到了有效增加，達(dá)到更高處理效率。在電子信息工程實(shí)踐應(yīng)用中，利用系統(tǒng)可以在人員下達(dá)指令后利用解調(diào)器、濾波器等完成信息有效采集，并通過(guò)語(yǔ)言合成分析將數(shù)據(jù)導(dǎo)入到微機(jī)單元中[3]。由微機(jī)發(fā)揮主導(dǎo)作用，利用信號(hào)處理系統(tǒng)提供輔助，能夠通過(guò)協(xié)作完成數(shù)據(jù)高效分析，使數(shù)據(jù)采集和處理環(huán)節(jié)得到有機(jī)整合。通過(guò)實(shí)現(xiàn)輸入信息轉(zhuǎn)換，將得到的信號(hào)傳遞至數(shù)據(jù)處理中心，能夠?qū)Υ罅啃畔⑦M(jìn)行統(tǒng)一整理和分析，并利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖形、圖標(biāo)等各種分析結(jié)果的展示。經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的層層篩選，可以為工程提供準(zhǔn)確、真實(shí)的信息。

2.3 優(yōu)化系統(tǒng)性能

在電子信息工程建設(shè)過(guò)程中，涉及各種芯片和集成線路，使得數(shù)據(jù)項(xiàng)目運(yùn)作較為復(fù)雜。而應(yīng)用信號(hào)處理系統(tǒng)，能夠?qū)C(jī)器語(yǔ)言轉(zhuǎn)化為能夠運(yùn)用的操作系統(tǒng)，具有較高的集成度，能夠使數(shù)據(jù)運(yùn)作流程得到簡(jiǎn)化，繼而滿足工程應(yīng)用開發(fā)需求。擁有多種功能，系統(tǒng)可以利用較小芯片帶入高精度數(shù)據(jù)語(yǔ)言，并對(duì)繁瑣代碼進(jìn)行運(yùn)行，為復(fù)雜應(yīng)用實(shí)現(xiàn)提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，因此能夠使工程建設(shè)成本得到節(jié)約。相較于傳統(tǒng)模擬系統(tǒng)，數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)建立在超大規(guī)模集成電路上，具有尺寸小、性能高的特點(diǎn)，能夠結(jié)合用戶需求進(jìn)行功能穩(wěn)定運(yùn)行。如在導(dǎo)航產(chǎn)品中，采用的信號(hào)處理系統(tǒng)由語(yǔ)言播報(bào)、GPS 定位、導(dǎo)航系統(tǒng)等各種硬件及相應(yīng)軟件程序構(gòu)成，最終形成了處理器這一有機(jī)整體，可以降低導(dǎo)航設(shè)備故障發(fā)生幾率，促使系統(tǒng)整體性能得到優(yōu)化。在電子信息設(shè)備制造方面，可以運(yùn)用信號(hào)處理技術(shù)對(duì)各種器件進(jìn)行集成，促使設(shè)備具備豐富功能的同時(shí)，使設(shè)備質(zhì)量得到提高。

圖1：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

3 信號(hào)處理系統(tǒng)在電子信息工程綜合實(shí)踐中的應(yīng)用方法

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能

目前在電子信息工程綜合實(shí)踐應(yīng)用方面，采用的信號(hào)處理系統(tǒng)主要包含DSP 處理和計(jì)算機(jī)控制兩大部分，如圖1 所示。 其中，DSP 部分由處理器、存儲(chǔ)器、DSP 接口、A/D 模塊、D/A 模塊等部分構(gòu)成，能夠用于實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)傳輸、處理、存儲(chǔ)和控制。計(jì)算機(jī)部分由處理中心、實(shí)踐界面、應(yīng)用程序軟件和ISA 接口構(gòu)成，能夠滿足各種工程實(shí)踐應(yīng)用需求，提供人機(jī)對(duì)話窗口，完成各種信號(hào)入口和終端布置。采用端口，可以將DSP 部分和計(jì)算機(jī)連接在一起，通過(guò)發(fā)揮各模塊功能保證系統(tǒng)可以順利實(shí)現(xiàn)各種信息匯集、分析和處理。為保保證數(shù)模轉(zhuǎn)換、模數(shù)轉(zhuǎn)換、信號(hào)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等各模塊能夠保持良好通信狀態(tài)，還要利用輸入和輸出通道進(jìn)行信號(hào)發(fā)送和傳輸控制。采用A/D 模塊，能夠?qū)⒉杉降耐饨缒M信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，傳輸至處理器進(jìn)行分析處理。利用D/A 模塊能夠?qū)⑻幚淼玫降臄?shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，向相應(yīng)控制裝置發(fā)送，確保控制程序能夠得到啟動(dòng)。利用存儲(chǔ)模塊，能夠?qū)ο到y(tǒng)控制程序進(jìn)行存儲(chǔ)，用于實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理控制。通過(guò)程序?qū)δK內(nèi)的軟件進(jìn)行選用，能夠改變信號(hào)處理方式，按照不同要求完成信息處理。利用通信端口將處理得到的信號(hào)傳至計(jì)算機(jī)，并將反饋信號(hào)傳回D/A 模塊，可以使各種信息得到高效處理。

3.2 微機(jī)界面操作

在綜合實(shí)踐中，應(yīng)用系統(tǒng)需要通過(guò)微機(jī)界面操作進(jìn)行應(yīng)用程序加載，從而滿足信息處理需求。在計(jì)算機(jī)提供的微機(jī)實(shí)驗(yàn)界面上，結(jié)合實(shí)際需求對(duì)DSP 處理板的硬件進(jìn)行操作，需要完成參數(shù)合理設(shè)置。而微機(jī)單元由操作者和處理器進(jìn)行控制，前者需要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入，后者需要完成數(shù)據(jù)輸出。在微機(jī)界面上，系統(tǒng)處理器有關(guān)數(shù)據(jù)信息將得到顯示，使操作人員與實(shí)驗(yàn)處理結(jié)合在一起。完成相應(yīng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容選定后，可以對(duì)外部相關(guān)信息進(jìn)行采集，實(shí)施自動(dòng)測(cè)量等操作。借助ISA 通信接口，能夠使PC 與DSP 完成數(shù)據(jù)交互，完成圖像處理、數(shù)字變頻等操作，使處理結(jié)果在界面上顯示[4]。通過(guò)專業(yè)接口，系統(tǒng)可以向?qū)嶒?yàn)人員下達(dá)指令。完成指令接受后，微機(jī)單元需要完成對(duì)應(yīng)主控器操作，完成DSP 分析結(jié)果保存、分析。在實(shí)驗(yàn)操作中，根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)控制選型選擇，能夠利用微機(jī)界面執(zhí)行相應(yīng)實(shí)驗(yàn)程序，在保證實(shí)驗(yàn)過(guò)程得到有效控制的同時(shí)，完成實(shí)驗(yàn)精準(zhǔn)操控。

3.3 DSP信號(hào)處理

DSP 信號(hào)處理單元需要完成數(shù)據(jù)傳輸、處理和存儲(chǔ)，保證大部分信號(hào)能夠得到精確處理，從而使綜合實(shí)踐效率得到提高。在DSP處理器中，需要對(duì)低通濾波器保護(hù)進(jìn)行模擬，以便使輸入的信息不會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)失真問(wèn)題。在輸入端設(shè)置放大器，能夠放大信號(hào)電壓，保證電壓滿足通信通道要求。完成信號(hào)傳輸后，單元開關(guān)將被啟動(dòng)，使得信息經(jīng)過(guò)A/D 轉(zhuǎn)換器的處理，得到的信號(hào)將在處理中心得到處理。經(jīng)過(guò)加工后，系統(tǒng)信息可以通過(guò)D/A 得到還原，并在功率放大器作用下得到放大，在輸出端得到顯示。發(fā)揮芯片控制功能，能夠使信號(hào)傳輸和存取等過(guò)程得到有效管控。在電子信息工程綜合實(shí)踐中，各種實(shí)驗(yàn)操作較為繁瑣，容易發(fā)生數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，造成結(jié)果存在誤差。而應(yīng)用DSP 信號(hào)處理技術(shù)，能夠?qū)?shù)據(jù)處理過(guò)程進(jìn)行演示，在改善數(shù)據(jù)處理效果的同時(shí)，增強(qiáng)信息處理的可控性，因此能夠使工程實(shí)踐效率得到提高。

4 信號(hào)處理系統(tǒng)在電子信息工程綜合實(shí)踐中的應(yīng)用實(shí)踐

4.4 應(yīng)用思路

在綜合實(shí)踐中，想要使信號(hào)處理系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)得到充分發(fā)揮，還要完成專門子系統(tǒng)設(shè)計(jì)，負(fù)責(zé)滿足工程信息處理需求。而系統(tǒng)各模塊需要接受計(jì)算機(jī)控制，通過(guò)計(jì)算機(jī)端口完成信號(hào)接收，并在處理后向計(jì)算機(jī)傳送，從而達(dá)到為工程提供信息服務(wù)的系統(tǒng)開發(fā)需求。結(jié)合這一目標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)，需要保證各模塊擁有明確分工，并且微機(jī)能夠在各模塊間合理進(jìn)行計(jì)算任務(wù)分配，促使系統(tǒng)工作效率得到提高。而利用系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)信息整合，需要在整體系統(tǒng)內(nèi)部完成信息輸入和輸出渠道設(shè)置，使各種信息得到有機(jī)結(jié)合，高效開展數(shù)據(jù)分析和處理工作。對(duì)系統(tǒng)相關(guān)信息進(jìn)行共享，能夠完成信息全面處理，保證各部分相互開展有效協(xié)作，繼而使數(shù)據(jù)分析的可靠性得到保證。

4.2 應(yīng)用流程

按照系統(tǒng)應(yīng)用思路，需要由微機(jī)單元導(dǎo)入數(shù)據(jù)后，由人員進(jìn)行指令下達(dá)操作，對(duì)系統(tǒng)數(shù)字濾波、語(yǔ)言分析等功能進(jìn)行調(diào)用，從而順利進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與處理。經(jīng)過(guò)系統(tǒng)篩選后，可以在計(jì)算機(jī)上顯示真實(shí)、可靠的數(shù)據(jù)，并為人員調(diào)取和查閱數(shù)據(jù)提供便利。結(jié)合這一目標(biāo)，需要先做好應(yīng)用程序結(jié)構(gòu)安排，以便使系統(tǒng)能夠按照要求完成模擬數(shù)據(jù)處理。具體來(lái)講，就是依靠外來(lái)實(shí)時(shí)信號(hào)源將模擬信號(hào)發(fā)送至ADC 中，促使系統(tǒng)完成FFT 計(jì)算。為對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，還應(yīng)保證FFT 擁有較高性能，能夠在固定周期內(nèi)完成累加行乘等操作，并保證位反尋址操作達(dá)到較高專業(yè)水平，繼而順利提供信息服務(wù)[5]。結(jié)合系統(tǒng)工作流程可知，在微機(jī)單元發(fā)出中斷后，系統(tǒng)將啟動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)，從PC 中讀入中斷識(shí)別碼，并完成頻譜計(jì)算，不符合設(shè)定參數(shù)恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)。符合設(shè)定會(huì)將時(shí)域數(shù)據(jù)傳送至存儲(chǔ)模塊進(jìn)行存儲(chǔ)，并完成數(shù)據(jù)FFT 運(yùn)算，將結(jié)果傳送至指定頻譜數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中存儲(chǔ)，然后恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，結(jié)束中斷。在信號(hào)實(shí)時(shí)處理中，需要完成兩個(gè)中斷識(shí)別碼的設(shè)定，分別用于發(fā)送時(shí)間和頻譜數(shù)據(jù)傳輸請(qǐng)求，使人員可以從顯示器直接查看信號(hào)波形和頻譜圖。

4.3 軟件實(shí)現(xiàn)

在信號(hào)處理系統(tǒng)軟件功能實(shí)現(xiàn)方面，需要完成有限和無(wú)限兩種長(zhǎng)單位脈沖濾波器的配備。而兩個(gè)濾波器都可以用于模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字信號(hào)的實(shí)時(shí)處理，完成不同采樣頻率設(shè)定，具備低通和高通濾波功能。在實(shí)驗(yàn)操作中，可以利用D/A 通道對(duì)有限長(zhǎng)單位器件的低通濾波功能進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，將結(jié)果傳輸給計(jì)算機(jī)和外部設(shè)備。在系統(tǒng)輸出時(shí)域中斷碼時(shí)，可以完成1K×32 位輸出時(shí)域數(shù)組發(fā)送。如果輸出為頻域中斷碼，將完成頻譜數(shù)組發(fā)送。采取相同方法對(duì)輸入中斷碼進(jìn)行判斷，也能完成相應(yīng)數(shù)組發(fā)送。分別利用兩種濾波器對(duì)不同軟件應(yīng)用進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，能夠使系統(tǒng)數(shù)據(jù)高效、準(zhǔn)確處理作用得到充分發(fā)揮，因此能夠滿足工程綜合實(shí)踐應(yīng)用要求。

5 結(jié)論

綜上所述，在科學(xué)技術(shù)發(fā)展過(guò)程中，電子信息工程和信號(hào)處理系統(tǒng)之間維持著相互促進(jìn)的關(guān)系。加強(qiáng)信號(hào)處理系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)信息靈活處理，使數(shù)據(jù)處理效率得到提高的同時(shí)，優(yōu)化系統(tǒng)性能，為工程研發(fā)應(yīng)用帶來(lái)良好效益。因此電子信息工程綜合實(shí)踐中，還應(yīng)加速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能開發(fā)，合理進(jìn)行微機(jī)界面操作和信號(hào)處理。理清系統(tǒng)應(yīng)用思路和流程，利用軟件加強(qiáng)信號(hào)處理控制，能夠?yàn)楣こ贪l(fā)展提供良好數(shù)據(jù)支撐。