電子信息工程綜合實(shí)踐中信號處理系統(tǒng)的應(yīng)用探究

劉旺 李華

摘要：隨著我國科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)推動(dòng)國民經(jīng)濟(jì)增長的優(yōu)勢也越來越明顯。在這樣的發(fā)展背景下，國家加大了對我國技術(shù)人才的培養(yǎng)力度，而且鼓勵(lì)全社會進(jìn)行創(chuàng)新。在高校課程中，高校已經(jīng)根據(jù)國家發(fā)展戰(zhàn)略開設(shè)了各類專業(yè)性課程，全面提高學(xué)生的基礎(chǔ)理論和綜合實(shí)踐能力。在電子信息工程中，信息處理系統(tǒng)的引入使得電子信息工程實(shí)現(xiàn)了有效地控制，有著良好的應(yīng)用效果。在實(shí)際的應(yīng)用中，搭建實(shí)踐平臺，能夠保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，充分發(fā)揮信號處理的具體優(yōu)勢。該文立足于實(shí)際，結(jié)合行業(yè)內(nèi)的研究現(xiàn)狀，從實(shí)踐人手，對信號處理系統(tǒng)的相關(guān)具體應(yīng)用進(jìn)行探究與分析。

關(guān)鍵詞：應(yīng)用;電子信息工程;綜合實(shí)踐;處理;信號

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）29-0102-02

1 前言

進(jìn)入21世紀(jì)以來，通信技術(shù)飛速發(fā)展，成為推動(dòng)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新的增長點(diǎn)。在通信技術(shù)的發(fā)展背景下，數(shù)字信號處理作為通信技術(shù)中的重要組成部分得到了廣泛的應(yīng)用與發(fā)展，在目前的計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中，數(shù)字信號的作用非常巨大，計(jì)算機(jī)在運(yùn)營的過程中并不能識別非數(shù)字化的語言，因此需要數(shù)字信息的處理系統(tǒng)將數(shù)字信息轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)能夠識別的語言。到目前為止，信號處理系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各類通用數(shù)字信號處理、醫(yī)學(xué)電子、消費(fèi)電子、控制等領(lǐng)域之中，得到了人們的認(rèn)可與好評。在信息技術(shù)快速發(fā)展的現(xiàn)代社會中，利用信號處理系統(tǒng)來處理實(shí)時(shí)信號的相關(guān)內(nèi)容已經(jīng)成為未來技術(shù)發(fā)展中的一個(gè)新的熱點(diǎn)，因此，研究信號處理的相關(guān)實(shí)踐內(nèi)容對于社會的發(fā)展十分具有促進(jìn)意義。

2 數(shù)字信號處理系統(tǒng)的優(yōu)勢分析

2.1 可程控制

數(shù)字信號處理系統(tǒng)在目前的電子信息工程有著非常廣泛的應(yīng)用，這種應(yīng)用可以不局限型號和類型的設(shè)備，對于各類社會均可以應(yīng)用，其普遍性較高，與傳統(tǒng)的信號處理系統(tǒng)相比，數(shù)字信號處理系統(tǒng)能夠顯著提高整體系統(tǒng)的運(yùn)行效率，尤其是在大數(shù)據(jù)的時(shí)代背景下，該系統(tǒng)能夠?qū)Ａ康臄?shù)據(jù)進(jìn)行高效、快速、準(zhǔn)確地處理，從而為人們提取中有用的數(shù)據(jù)信息，同時(shí)還可以將數(shù)據(jù)采集集成處理器的優(yōu)勢充分展現(xiàn)出來，是當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)+時(shí)代背景下數(shù)據(jù)處理的一種很好方式，同時(shí)根據(jù)人們的需求編制出很多不同的程序內(nèi)容，充分地滿足了個(gè)性化、差異化的需求。但是在數(shù)字信號處理系統(tǒng)工作的過程中，需要系統(tǒng)根據(jù)人們的具體要求改變系統(tǒng)內(nèi)部相關(guān)的硬件構(gòu)造，從而使得數(shù)字信號處理系統(tǒng)能夠具備高效、靈活的數(shù)據(jù)處理能力與程序的掌控能力，實(shí)現(xiàn)可程控制的特點(diǎn)。

2.2 數(shù)據(jù)處理速度較高

高效的數(shù)據(jù)處理能力是數(shù)字信號處理的一大天然優(yōu)勢，在該系統(tǒng)內(nèi)部具有其他系統(tǒng)所不具備的、獨(dú)特的芯片結(jié)構(gòu)，滿足了人們對海量數(shù)據(jù)處理的要求。從專業(yè)結(jié)構(gòu)來說，數(shù)字信號處理系統(tǒng)的芯片結(jié)構(gòu)屬于哈弗結(jié)構(gòu)，在具體的實(shí)踐過程中可以將芯片中的程序和數(shù)據(jù)分別存儲在兩個(gè)不同的、相對獨(dú)立的空間之中，從而使得兩個(gè)結(jié)構(gòu)能夠獨(dú)立運(yùn)行，分別單獨(dú)設(shè)置有數(shù)據(jù)線路和運(yùn)行線路，兩者互不干擾，獨(dú)立運(yùn)行，極大地提高了數(shù)據(jù)處理的速度與效率。從內(nèi)部結(jié)構(gòu)來看，該系統(tǒng)的內(nèi)部芯片結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比也有著較大的不同，當(dāng)該系統(tǒng)接收到相關(guān)的數(shù)據(jù)處理指令之后，它會對系統(tǒng)內(nèi)部的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行首次篩選，從而提取出關(guān)鍵性的信息，這種系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)速度較高，十分適應(yīng)現(xiàn)代化的發(fā)展潮流。

2.3 具有較高的集成度

在電子信息工程綜合實(shí)踐中，對芯片有著一定的要求，在該系統(tǒng)中，高速、高危的單片計(jì)算機(jī)是其芯片最主要的組成部分，而在計(jì)算機(jī)的內(nèi)部，超大規(guī)模的集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)組成了該系統(tǒng)的內(nèi)部主要結(jié)構(gòu)，能夠滿足電子信息工程的應(yīng)用，而且在體積方面，該芯片的體積較小，還能夠?qū)崿F(xiàn)各種各樣的功能，使用性能穩(wěn)定，集成度較高，應(yīng)用起來高速便捷，符合當(dāng)前大數(shù)據(jù)時(shí)代背景的主要要求。

3 構(gòu)建電子信息工程綜合實(shí)踐的方案分析

3.1 數(shù)字信號處理系統(tǒng)應(yīng)用的意義探析

電子信息工程綜合實(shí)踐是一個(gè)范圍廣泛的課題，涵蓋著各類技術(shù)的方方面面，僅憑我們傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室操作是難以體現(xiàn)其強(qiáng)大功能的，而且可操作性不強(qiáng)。在一些復(fù)雜的課題中可能會牽涉到復(fù)雜數(shù)字信號的處理，在這些實(shí)踐過程中不但要進(jìn)行信號的實(shí)時(shí)處理，而且卷積、濾波、希爾伯特變換等高速運(yùn)算也需要應(yīng)用在其中，所以，在計(jì)算機(jī)技術(shù)處理中依然還存在著不小的技術(shù)難題。數(shù)字信號處理系統(tǒng)可以對上述的應(yīng)用環(huán)境進(jìn)行一定的優(yōu)化改善，在該系統(tǒng)中具有高速的數(shù)字信號處理能力而且在外圍的信號處理中有比較方面的接口設(shè)計(jì)，所以，數(shù)字信號處理系統(tǒng)越來越被應(yīng)用在電子信息工程綜合實(shí)踐過程中。電子信息工程綜合實(shí)踐中所設(shè)計(jì)的多種信息處理算法都可以使用數(shù)字信號處理系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，而且數(shù)字信號處理系統(tǒng)自身具有很強(qiáng)的可控性，所以，大多數(shù)的實(shí)踐內(nèi)容均可以在數(shù)字信號處理系統(tǒng)的芯片上完成。除此之外，數(shù)字信號處理系統(tǒng)能夠與PC端緊密結(jié)合，可以與計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的操作功能結(jié)合起來，全面提升數(shù)字信號處理系統(tǒng)的可控性能。

3.2總體設(shè)計(jì)方案

數(shù)字信號處理系統(tǒng)應(yīng)用在電子信息工程綜合實(shí)踐的總體設(shè)計(jì)方案是設(shè)計(jì)一些信號的綜合處理單元內(nèi)容，結(jié)合計(jì)算機(jī)的相關(guān)操作功能來形成可以操作單元的通用信號處理平臺。在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，由數(shù)字信號處理系統(tǒng)和微機(jī)單元兩個(gè)部分組成，數(shù)字信號處理系統(tǒng)是數(shù)字處理模塊的核心.大多數(shù)的信息處理均是在該平臺上完成。而數(shù)字信號處理系統(tǒng)與微機(jī)端之間主要是進(jìn)行數(shù)據(jù)交換與數(shù)據(jù)控制，在關(guān)系界定上，數(shù)字信號處理系統(tǒng)與PC端扮演著主從的關(guān)系，數(shù)字信號處理系統(tǒng)接受計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的控制和操作，然后在計(jì)算機(jī)的指令下可以實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)操作的各個(gè)流轉(zhuǎn)過程。

數(shù)字信號處理系統(tǒng)在具體的應(yīng)用過程中不但能夠處理輸出、輸入通道所傳遞的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，而且對于一些模擬數(shù)據(jù)也可以做到高效地處理，數(shù)字信號處理系統(tǒng)將數(shù)據(jù)處理完畢之后將結(jié)果傳送到計(jì)算機(jī)端做進(jìn)一步的處理，PC端主要是進(jìn)一步加工數(shù)字信號處理系統(tǒng)所傳輸出的相關(guān)數(shù)據(jù)，例如數(shù)值分析結(jié)果、波形展示結(jié)果等，同時(shí)還對數(shù)字信號處理系統(tǒng)進(jìn)行一定的控制作用。數(shù)字信號處理系統(tǒng)處理器中的相關(guān)應(yīng)用程序，由PC端管理并且傳輸相關(guān)的指令給數(shù)字信號處理系統(tǒng)，在這樣的工作模式下，數(shù)字信號處理系統(tǒng)可以靈活地操縱數(shù)字信號處理系統(tǒng)，從而滿足實(shí)踐的相關(guān)主要要求。

4 數(shù)字信號處理系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

首先，數(shù)字信號處理中心單元的設(shè)計(jì)與處理需要從以下幾個(gè)方面人手，該模塊是整個(gè)數(shù)字信號處理系統(tǒng)的核心內(nèi)容，主要是由DSP器件和TMS320C31及相關(guān)的一些外圍電路共同構(gòu)成。TMS320C31是數(shù)字信號的處理核心器件，在數(shù)字信號處理系統(tǒng)中，幾乎所有的計(jì)算、統(tǒng)計(jì)、傳輸?shù)冗^程中均是依靠它來完成的。在硬件設(shè)計(jì)中，DSP器件一般需要采用TMS320C31-40型號的器件，保證其時(shí)鐘頻率控制在40Mhz。其次，在中央處理單元的設(shè)計(jì)中，TMS320C31-40的中央處理單元主要是由CPU寄存器組、ALU、輔助寄存器運(yùn)算單元、浮點(diǎn)/整數(shù)乘法器等模塊組成，浮點(diǎn)，整數(shù)乘法器可以對系統(tǒng)內(nèi)32位浮點(diǎn)數(shù)進(jìn)行浮點(diǎn)乘進(jìn)行運(yùn)算，結(jié)果為40位浮點(diǎn)數(shù)，或者同時(shí)也可以對24位整數(shù)進(jìn)行定點(diǎn)乘運(yùn)算。單周期內(nèi)可以自動(dòng)完成相應(yīng)的乘法操作。該系統(tǒng)的中央處理單元具有高度的并行性和較快的指令周期，處理速度相對較高。ALU主要可以實(shí)現(xiàn)對32位整數(shù)、32位邏輯或者40位浮點(diǎn)數(shù)進(jìn)行算數(shù)的邏輯運(yùn)算，整體的操作過程可以在單周期內(nèi)完成與實(shí)現(xiàn)。CPU寄存器組，C31內(nèi)與CPU緊耦的寄存器組有28個(gè)寄存器，這28個(gè)寄存器通用性極強(qiáng)，可以適應(yīng)不同的應(yīng)用環(huán)境，但是其各自的主要特點(diǎn)也是非常突出的，其中有8個(gè)寄存器有32位擴(kuò)展精度寄存器功能主要是用于管理擴(kuò)展精度浮點(diǎn)結(jié)果操作，還有8個(gè)寄存器具有輔助寄存器支持間接尋址功能，可以在整個(gè)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)循環(huán)計(jì)數(shù)的功能。此外，存儲器的資源設(shè)置也是數(shù)字信號處理系統(tǒng)構(gòu)建的關(guān)鍵，上述的TMS320C31的總體存儲空間為16Mx32位，其中RAM模塊的0和1分為lKx32位，而引導(dǎo)裝載程序存儲器的ROM為4Kx32位，每g RAM和ROM塊在單周期內(nèi)能夠支持兩次的存取，分開的程序總線、數(shù)據(jù)總線和DMA總線的共同應(yīng)用使得程序的提取、DMA的操作以及數(shù)據(jù)的讀寫過程變得更加簡化，使得各條線路能夠并行運(yùn)行。最后，在數(shù)字信號處理系統(tǒng)的外設(shè)部分，會受到統(tǒng)一的控制與調(diào)配，而這種控制和調(diào)配過程是通過自動(dòng)化和智能化的方式來實(shí)現(xiàn)的，而上述的C31的外設(shè)部分主要是包含有兩個(gè)定時(shí)器和一個(gè)串行端口。在定時(shí)器的結(jié)構(gòu)組成中，兩個(gè)定時(shí)模塊均是使用32位計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)的，而且還具備兩種發(fā)信號的方式，每一個(gè)定時(shí)器有一個(gè)1/0的管腳，它可以用來作為定時(shí)器的輸入時(shí)鐘，或者也可以作為定時(shí)器驅(qū)動(dòng)的輸出信號，同時(shí)，該管腳還可以被配置為通用1/0的管腳部分。串行端口是由一組互補(bǔ)的寄存器控制完成的，一般而言，國內(nèi)目前主要的串口可配置為8、16、32三類位數(shù)的數(shù)據(jù)，而串行口的定時(shí)部分可以使用外部啟動(dòng)或者內(nèi)部啟動(dòng)。串行口管腳也可以配置為通用1/0的管腳，當(dāng)然還可以根據(jù)數(shù)字信號處理系統(tǒng)的具體需要將其配置為定時(shí)器。

5 結(jié)束語

從目前的應(yīng)用實(shí)踐情況來看，電子信息工程綜合性與復(fù)雜性較強(qiáng)，尤其是在信號處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)中依然還存在著不小的技術(shù)難題。如果采用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)手段，難以完成相關(guān)的設(shè)計(jì)任務(wù)，而數(shù)字信號處理系統(tǒng)的出現(xiàn)為信息化處理提供了新的思路，數(shù)字信號處理系統(tǒng)有著非常強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)課程控制，集成度較高，基本上能夠滿足電子信息工程實(shí)踐的要求。

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【通聯(lián)編輯：李雅琪】

作者簡介：劉旺（1996-），男，陜西商洛人，商洛學(xué)院電子信息工程專業(yè)，本科生;李華（1980-），女，陜西臨潼人，商洛學(xué)院副教授，碩士，研究方向?yàn)殡娐放c系統(tǒng)。