DSP的信号处理系统在电子信息工程中应用研究

摘 要：本篇内容通过介绍在电子信息工程中对于DSP数字信号处理系统的要求及其在电子产品信息化系统工程中的运用优势在何处，并从数字信息系统建设总体方案设计，DSP数据处理部分，计算机系统的数据处理方式，DSP在应用时的算法、系统应用软件的设计，系统应用测试分析等方面，逐步探讨在电子信息工程中使用DSP的信息管理网络系统措施，以期能为进一步促进DSP数字信号处理系统在电子产品信息化系统工程中的运用，做以参考。

关键词：DSP;信号处理系统;电子信息工程;系统设计

DSP的数字信号处理技术是一门综合性新技术，于20世纪60年代飞速发展，并在通信等领域被广泛应用，其主要是通过数字的形式对信号进行各项处理，使得人们获得符合需求的信号形式。将DSP的信号处理系统集成化应用于电子信息工程之中，有较强的可控性，并可对数据进行快速的处理，能够改善传统系统中所存在的设备分散，操作性不佳等问题。

1.DSP的信号处理系统在电子信息工程中应用要求

首先在实验过程中要保证系统的连贯性，实验所需要用到的相关设备，必须要具备良好的操作性，这样才能给后期的應用提供一个良好的环境。在实验和应用的过程之中，其核心工作内容是计算以及相关处理技术，此项信号处理系统对平台处理信号的能力要求较高，并且为满足DSP的信号处理技术所具备的高速计算处理特点，应将处理系统的接口设计符合外围信号处理电路以及处理能力的实际需求。在设计时，DSP信号处理单元为系统的核心，系统所有作业都应在DSP信号处理单元完成，并且要实现计算机对其有可控的特性。为将两者相完美结合，其系统还应具备可便捷性，因此在设计时要将DSP信号处理系统与计算机进行连接，技术人员可以通过计算机中所呈现的人机相连画面对其进行操作，这样也符合电子信息技术对于综合实践平台的要求[1]。

2.DSP的信号处理系统在电子信息工程中应用优势

2.1DSP信号处理特点

DSP数字信号处理功能的实现主要是使用了各种设计方式，它对数码信息的处理过程有着各种灵活计算，在实际数据处理的流程中使用了特定的晶片构成，而这些晶片构成和通常的微数据处理器明显不同，它有着自身的地址总线，能够提升处理水平与处理效率，在数据传输方面，还具有并行传输的特点，能够有效提升传输效率，系统本身也具有可优化和可扩展的特点。基于DSP信号处理系统的这些功能，许多复杂信号可以得到良好处理，因此该项技术也在许多领域得到应用，不仅是信号处理领域，还包括通信控制与电子信息工程领域。

2.2有着较强的可控性

DSP信号处理系统具有明显可控性，该特征主要表现为对不同的信号处理任务选用不同处理软件，开展针对性处理，提升处理效果并实现精准化控制。比如说计算机工程中的信号处理工作，使用DSP技术可以利用程序进行数据信息的采集与载入，让系统具备计算机调制解调器的作用，DSP技术下的信号处理系统中还具体特殊数字滤波器装置，该装置与一般滤波器不同，具有可针对程序编程的差异来进行滤波处理的功能，避免内部产生构造破坏情况，提升信号处理的安全水平，其可控性也表现为灵活度较高以及适应性较强等特征[2]。

2.3可对数据快速处理

DSP设计的信号处理系统在实现处理后大多是采用特殊器件，其处理的水平比较好，还可以提高工作效率。分析从其芯片的具体构造中得知，其内部存在着相对单独的程序空间和信息存储模块，能够一边进行数据处理一边完成对应指令，因而数据处理的速度较快，信号处理系统的稳定性也比较强，现阶段的市面上基于DSP技术的信号处理器都具有强大处理功能，处理后的传输速率也能够达到每秒百兆字节，具有显著优势。

2.4有着较高的集成性

DSP信号处理系统具有较高的集成性，该项特征也使得系统的优化性能更强，可提升信号处理水平。例如，将DSP信号处理器与以往使用的模拟信号处理器进行对比分析，发现其装置内部配置的芯片结构具有高集成性特点，这种结构主要是基于集成电路的设计理念，能够提升对高维高速计算机的利用率，芯片结构本身的功能十分强大，不过自重较轻、体积较小，因此，在实际使用过程中不会消耗过多能源，具有节能的优点，目前这种芯片结构具有很好的发展前景。

3.在电子信息工程中应用DSP的信号处理系统对策

3.1系统总体方案

系统包括两个部分其一，DSP单元，其二，微型计算机系统单元。信号处理的主要处理任务均要在DSP单元进行，而系统上的输入和输出通道主要性能都是实时处理和观察信息，在系统下零点五部分DSP处理器要和PC微机相连接，主要承担着数据的交换和控制。而DSP在控制系统中仍然受PC微机的控制，并要完成相关处理任务。DSP在计算机控制系统中，可即时信息处理在入口与出口信道之间所传输的各种数据消息，并兼顾信息处理在电子计算机操作系统中所传输的仿真讯号，当信息处理完成之后则再将信息处理成果回输于电子计算机管理系统中，由电子计算机管理系统再将其成果加以波形表示、统计讯息算法等处理程序。在操作系统中，基于DSP处理器的所有应用程序，均由PC微机系统实现管理与监控，因此根据DSP加载程序灵活性的特点，系统平台上则可以完成针对各种电子信息工程件的管理运算。在设计整体系统架构时，DSP单元应包含三个部分，分别是实时通道、存储器以及接口[3]。

3.2DSP处理部分

DSP处理部分结构应包括如下结构和功能：首先，前置放大器，为了使前端的模拟信号电压加大，这样就可以使其输出的电平满足A/D的要求;第二，模拟低通滤波器，其主要功用一是为了使信号的最高频率低于实际采集频率一半，这样就可以确保实时的信息在采集后不会丢失，并满足奈奎斯特采样定理，二是为了滤波掉经过D/A转换后的高频分量;第三，信道选择开关，一是为了适应系统需要，当信息直通时可在输入终端上直接连接信息发生器等专用设备，二是为了能够观察出D/A器件的特性;第四，A/D转换器，其主要功能是将从输入端口中所送至的模拟信号变成数字信号，再输送至DSP数字信号处理器之中，其DSP可通过编程控制A/D的采样频率，这样便可满足不同的处理需求;第五，D/A转换器，与A/D信号转换器功能相同，但要将最终的数据处理结果转换变为模拟信号;第六，功率放大器;主要是为了方便观察和测量;第七，DSP芯片;第八，程序存储器;第九，数据存储器;第十，高速数据传输通道;第十一，命令控制接口;第十二，串行通信扩展接口。

3.3计算机的处理

计算机处理部分主要包括四个部分：第一，ISA通信接口单元;第二，PC处理单元;第三，人机界面;第四，支持软件。从第一部分来说，ISA通信接口单元的设置主要是用来完成在DSP和PC之间的数据和控制传输功能，而ISA的内部通讯则使用了IO接口访问方式。从第二部分来说，因为在控制系统中的DSP处理单元完全受PC单元控制，所以PC单元要作为主控制器来运行，并且需要对DSP单元数据进行的处理。人机界面的功能其主要是为了实现人机可交互操作，一是界面将显示DSP处理所产生的结果数据，并进行分析和保存。二是充当功能控制区的作用，可通过人机界面实现对于DSP处理板硬件的控制，并且可按照之前所设定好的系统参数，控制所需要显示比例、静态以及动态等呈现。在支持软件方面的设置，其一是为了支持DSP各种程序的应用，方便技术人员在PC机的人机界面上进行操作，对所需要的各类应用进行下载，并进行相应的处理。二是为了节省DSP处理板上使用的大容量POM，使用此程序代替将DSP应用程序写入处理板上ROM的操作，这样能够提升系統整体的灵活性[4]。

3.4DSP应用算法

基于DSP的数据处理系统在计算机信息工程中可以完成对各种数据的数据处理工作，所以在每一个阶段都有其应用计算的处理过程，其中包括了数字滤波器、高速傅立叶变换等。数字滤波器的描述方式主要有两种，一种为方框图表示法，另一种则是信流图表示法。但在结构的计算方面，有三种基本计算的单元，依次是：其一，加法器;其二，单位延时;其三，乘常数乘法。数字波滤器的分布种类较多，其功能也不相同，主要可以分为FIR和IIR两种。IIR数字滤波器的有理系统函数可表示为：

3.5系统硬件设计

第一，数字信号处理中心单元。当设置系统时，数字信号处理中心单元即是整个系统器件的核心，主要承担着完成对数据的运算、储存和传送等几大功能。其所组成的主体部分由DSP元件TMS320C31以及部分外围的电路所组成。其中，TMS320C31即是该单元的核心元件，所有作业内容都需经过此器件才能够完成，选择TMS320C31芯片的原因，是由于其性能较高。其高速缓冲存储器的容量为64*32位，可用于存储重复码段，并能够减少片外存取的次数。第二，核心元件的基础组成。TMS320C31CPU一般由浮点/整数乘法器、计算逻辑单元、辅助寄存器计算单位、CPU寄存器组、32位的桶型移位装置及其内部总线通道所组成。第三，系统硬件中比较关键的三个时序为：其一，存储器读时序;其二，存储器写时序;其三，中断响应时序。第四，核心元件在操作系统中的特性设置。首先在系统设计的方法上，主要采取了二个功能设计方法，其一，微处理器方法;其二，微型计算机/引导装载程序方法。其次在存储器控件的分配上，主要依赖于微处理器工作。再次，在外部扩展存储器方面，主要应用到了EPROM芯片以及SRAM芯片[5]。

3.6系统软件设计

在DSP系统软件的研发环节包括如下基本过程：第一，算法的仿真建模技术，其重点是利用Matlab软件工具语言对其信号处理方式加以建模，并要检验其算法的基本结构及其可实践操作性;第二，语句编写程序，使用汇编语言、C语句的混编技术进行程式编排并将之转换，进而输出结果至汇编语言编译器中并完成编排，最后获得目标文档;第三，可运行性文档，将之前所获得的目标文档，直接送入链路器中并完成连接，最后便可获得可运行文档;第四，调试运行器环节，在此环节要将所有可运行的目标文档直接送入调式器中，并完成调试运行，其目的是为提高，系统运算结果的正确性，若出现了偏差，则可返回上一次并重新检测加以调整，需要调试的主要内容还有软件系统模拟、应用软件操作系统、评测模式和控制系统模拟。第五，完成代码变换后，在交换时，先要进入代码EPROM，并使之远离模拟器的运行程序，以检验系统结果是否正确，若发现失败则可返回上一次进行的调整;第六，软件测试环节。

3.7系统测试分析

利用仿真数据分析等技术手段，可以一并检测系统的某些特性是否稳定，比如快速傅立叶变换的使用以及数字滤波器的使用。首先要完成光谱分析测试，其重点是对实时信息和计算机的仿真数据利用FTT进行不同的计算，结算结果将与Matlab仿真结果进行对比，这样能够进一步验证系统在频谱的计算过程中所呈现出的性能是否稳定。其测试步骤包括：第一，频率取样;第二，FFT运算;第三，得出实验结果，最后计算机还要对模拟数据进行处理并和结果进行对比。在数字滤波测试环节其主要包括，第一，低通;第二，高通;第三，带通;第四，带阻;第五，测试结果分析，最后进行模拟数据处理。

结束语：

DSP的信号处理系统在电子信息产业中使用上具有许多优点，而且可以规避传统计算机技术处理所面临的挑战与问题，可将电子信息工程实践变得更加综合化，系统整体的信号处理能力变得更加高效。当今我国现在对于DSP的信号处理系统研究及运用存在着一定的局限性，因此相关科研人员应加大对于DSP数字信号处理技术的研究，使其在电子信息工程领域可得到发展与优化。

参考文献：

[1] 王晓东，岳宇航. 电子信息工程综合实践中信号处理系统的应用[J]. 魅力中国，2021（37）：407-408.

[2] 贲雪. 电子信息工程综合实践中信号处理系统的研究[J]. 科技创新导报，2019，16（30）：108-109.

[3] 张依达. 电子信息工程综合实践中信号处理系统的应用[J]. 大科技，2019（27）：237.

[4]刘亦恒.电子信息工程信号处理系统的应用研究[J].信息与电脑（理论版），2021，33（14）：113-115.

[5]孙靖舒.基于DSP和FPGA的通用数字信号处理系统设计[J].电脑知识与技术，2020，16（20）：221-222.

作者简介：

张庆，1986年，男;籍贯：江苏宜兴，本科，工程师，研究方向：测试计量技术与仪器