數(shù)字信號(hào)在電子信息工程中的運(yùn)用范文

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摘要：隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，其中數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在多種科學(xué)技術(shù)的發(fā)展中占有重要的位置，在社會(huì)和生活中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在處理系統(tǒng)等方面進(jìn)行開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，憑借其優(yōu)勢(shì)逐漸占據(jù)了科技市場(chǎng)的主要地位。

關(guān)鍵詞：數(shù)字信號(hào)；電子；信息工程；應(yīng)用

數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)目前在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域、電子信息工程領(lǐng)域、通信工程領(lǐng)域等都有廣泛的應(yīng)用，尤其在電子信息工程領(lǐng)域，信號(hào)處理技術(shù)作為一種可持續(xù)發(fā)展型的科學(xué)技術(shù)對(duì)電子信息工程的綜合實(shí)踐有著重要的意義。利用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電子信息工程的技術(shù)構(gòu)建，有利于促進(jìn)電子信息實(shí)踐活動(dòng)的高效開(kāi)展。

1概述

1.1定義

數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)從定義上說(shuō)就是利用數(shù)字的方式表示所需要的信號(hào)并將其進(jìn)行處理。數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)作為信號(hào)處理技術(shù)的一種，與模擬信號(hào)處理技術(shù)并不太相同，相較于模擬信號(hào)處理技術(shù)，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)更適用于數(shù)字信號(hào)處理算法中的微處理，可以根據(jù)需求及時(shí)、快速、高效地實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)的處理。數(shù)字信號(hào)處理器就是實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理操作的一種專(zhuān)業(yè)器件。通過(guò)將收集的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)過(guò)濾、信號(hào)抽樣處理、數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換等步驟后，實(shí)現(xiàn)收集的原始信號(hào)按照所需求數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換。這樣的數(shù)字信號(hào)處理方法在多種領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，比如：航空航天領(lǐng)域、雷達(dá)探測(cè)技術(shù)、醫(yī)療科學(xué)領(lǐng)域、自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域等。作為現(xiàn)代化企業(yè)熱衷的一種科學(xué)應(yīng)用技術(shù)，由數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)延伸的其他科學(xué)產(chǎn)品以及科學(xué)技術(shù)逐漸在電子信息工程中也占有越來(lái)也重要的地位，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)逐漸成為了現(xiàn)代化科技的主要應(yīng)用技術(shù)。

1.2特點(diǎn)

數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)從本質(zhì)上來(lái)講是指對(duì)全部的信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效提取，然后進(jìn)一步進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換和變更的處理，從而實(shí)現(xiàn)有效信息與無(wú)效信息的分離，最終將數(shù)字信號(hào)變更為適合識(shí)別的信號(hào)形式。在之前的傳統(tǒng)科學(xué)技術(shù)中，大多采用模擬信號(hào)處理方式，但是這樣的信號(hào)處理方式有一定的缺點(diǎn)，由于模擬信號(hào)處理技術(shù)的參數(shù)比較難以修改，所以信號(hào)模擬器對(duì)于周邊的環(huán)境變化感知不強(qiáng)，敏感度不夠，最終導(dǎo)致模擬信號(hào)處理技術(shù)逐漸被數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)所替代。數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)作為新興的信號(hào)處理技術(shù)，采用的主要技術(shù)為二值邏輯技術(shù)，它對(duì)環(huán)境中的聲音變化、顏色變化、溫度變化都有較強(qiáng)的感知和適應(yīng)能力，同時(shí)相較于模擬信號(hào)處理系統(tǒng)也具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，可以穩(wěn)定地進(jìn)行信號(hào)的輸入與輸出。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)應(yīng)用的范圍逐漸變廣，適應(yīng)科學(xué)技術(shù)的能力也不斷增強(qiáng)，通過(guò)軟件技術(shù)可以進(jìn)行信號(hào)處理器的參數(shù)修改，使得信號(hào)處理器的靈活性大大增強(qiáng)，由此也支持了數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的不斷發(fā)展。

1.3優(yōu)勢(shì)

（1）數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)較多，其中最重要的一個(gè)性質(zhì)就是數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)可程控制。針對(duì)不同的軟件和不同的需求，可以采用不同類(lèi)型的數(shù)字信號(hào)處理器進(jìn)行處理，這樣就可以方便用戶(hù)對(duì)種信息進(jìn)行選擇處理。例如，針對(duì)于計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)方面，工作人員在進(jìn)行數(shù)字處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)載入時(shí)，就可以應(yīng)用數(shù)字信號(hào)處理器，最大程度地發(fā)揮數(shù)字信號(hào)處理器的作用，使其能夠成為計(jì)算機(jī)的調(diào)制解調(diào)器。這樣，就可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)對(duì)多種不同的程序的編程與編制。

（2）相較于模擬信號(hào)處理器，數(shù)字信號(hào)處理器還有一個(gè)顯著的優(yōu)勢(shì)就是具有高速的處理能力。由于數(shù)字信號(hào)模擬器的有自己的獨(dú)特的芯片，其芯片采用專(zhuān)業(yè)的哈弗結(jié)構(gòu)，能夠保障芯片中的程序與存儲(chǔ)空間互相獨(dú)立，互不干擾，使得數(shù)字信號(hào)處理器形成了專(zhuān)屬自己的運(yùn)行路線(xiàn)和數(shù)據(jù)線(xiàn)路。相比于普通的信號(hào)微處理結(jié)構(gòu)，數(shù)字信號(hào)處理結(jié)構(gòu)能夠在進(jìn)行指令的同時(shí)對(duì)信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，于是，在很大程度上提高了數(shù)字信號(hào)處理器處理信息數(shù)據(jù)的效率，從而使得數(shù)字信號(hào)處理器具有了高速的處理能力。

（3）較高的集成度也是數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)系統(tǒng)的一個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)系統(tǒng)的芯片從根本上來(lái)說(shuō)是一種高效并且高危的單片計(jì)算機(jī)，能夠?qū)崿F(xiàn)科技需要的多種功能和作用。它主要是利用超大規(guī)模的集成電路以及利用計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)制作而成，所以相較于其他信號(hào)模擬器具有體積小、功能性強(qiáng)、應(yīng)用廣的特點(diǎn)，使用起來(lái)非常方便，在多種信號(hào)處理器中具有較大的優(yōu)勢(shì)。

2應(yīng)用

2.1數(shù)字信號(hào)在軟件無(wú)線(xiàn)電中

軟件無(wú)線(xiàn)電是近幾年提出的新型的通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，軟件無(wú)線(xiàn)電的基本思想就是把硬件作為通信系統(tǒng)的一個(gè)基本平臺(tái)，而其他的盡可能多的通信功能則由軟件來(lái)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。所以軟件無(wú)線(xiàn)電的核心就是利用數(shù)字信號(hào)處理器，在數(shù)字領(lǐng)域中實(shí)現(xiàn)軟件的各種無(wú)線(xiàn)通信功能。在軟件無(wú)線(xiàn)電的技術(shù)實(shí)現(xiàn)中，最重要的兩個(gè)方面，一個(gè)是A/D變換轉(zhuǎn)換器，一個(gè)是數(shù)字下的變頻。在軟件無(wú)線(xiàn)電設(shè)計(jì)中，軟件無(wú)線(xiàn)電的射頻信號(hào)需要經(jīng)過(guò)射頻前端的處理變成寬帶中頻信號(hào)，這其中就需要A/D變換器實(shí)現(xiàn)對(duì)中頻信號(hào)處理器的量化處理，只有這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)信號(hào)的轉(zhuǎn)換，使中頻信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)。所以，應(yīng)用數(shù)字信號(hào)處理器制作的A/D轉(zhuǎn)換器的作用是非常重要的。數(shù)字化變頻則是在A(yíng)/D轉(zhuǎn)換器將信號(hào)進(jìn)行變換后起作用的部分，它要完成其余剩下的絕大部分的處理工作，這其中包括數(shù)字下變頻、濾波以及二次采樣、對(duì)比等工作。以濾波為例，要能夠完成濾波處理，就需要對(duì)采樣點(diǎn)進(jìn)行1000次操作處理，比如，對(duì)于一個(gè)系統(tǒng)寬帶為20MHz的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，采樣率大于25MHz，就需要至少5000MIPS的運(yùn)算能力來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣的算法處理需要多個(gè)高性能的數(shù)字信號(hào)處理器組合進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，而按照目前的科學(xué)技術(shù)而言，利用可編程的數(shù)字信號(hào)處理器芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)是最合適的，也是目前的科技手段中最先進(jìn)的技術(shù)。

2.2數(shù)字信號(hào)在處理移動(dòng)機(jī)器人領(lǐng)域

在設(shè)計(jì)移動(dòng)機(jī)器人領(lǐng)域，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)也有著非常重要的作用。在新型移動(dòng)機(jī)器人的控制系統(tǒng)中，機(jī)器人的移動(dòng)是基于USB總線(xiàn)，以PC為上位計(jì)算機(jī)的，應(yīng)用運(yùn)動(dòng)控制卡對(duì)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)的。機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制卡需要應(yīng)用步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，只有這樣，才能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器人的實(shí)時(shí)控制，便于分布式環(huán)境探測(cè)系統(tǒng)的建立，方便機(jī)器人實(shí)現(xiàn)環(huán)境地圖的建立，目標(biāo)的定位以及跟蹤，實(shí)時(shí)導(dǎo)航，躲避障礙等功能。而其中最重要的步進(jìn)電機(jī)控制的運(yùn)動(dòng)控制卡就是以一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器為核心的。在進(jìn)行機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)顯卡設(shè)計(jì)中，數(shù)字信號(hào)處理器通過(guò)發(fā)送一定的脈沖信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的左右步進(jìn)電機(jī)的適應(yīng)。比如，以機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)為例，首先要對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)周?chē)沫h(huán)境進(jìn)行信息采集；然后需要借助USB，向機(jī)器人的上位計(jì)算機(jī)發(fā)送收集的信息，接著等待接受上位計(jì)算機(jī)傳輸?shù)男盘?hào)或者命令；然后在上位計(jì)算機(jī)內(nèi)，需要將接收的環(huán)境信息由數(shù)字化信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)，最后再將轉(zhuǎn)化后的脈沖信號(hào)輸出，實(shí)現(xiàn)對(duì)于步進(jìn)電機(jī)的控制，進(jìn)而控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)行程。這其中，數(shù)字信號(hào)處理器在信號(hào)的轉(zhuǎn)換中起著至關(guān)重要的作用，只有將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)，才能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)機(jī)器人的信號(hào)輸出，才能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制。

2.3數(shù)字信號(hào)在短波通信中

數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在短波通信中主要應(yīng)用于信道掃描、信道數(shù)字化、鏈路質(zhì)量分析、音頻信號(hào)處理、擴(kuò)頻技術(shù)等方面，除了這些方面還包括聲碼話(huà)、靜態(tài)圖像傳輸和傳真等。數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)作為一種先進(jìn)的新型技術(shù)，在短波通信中起了至關(guān)重要的作用，應(yīng)用數(shù)字信號(hào)模擬技術(shù)，主要是指通過(guò)模擬前段的射頻信號(hào)處理，接著應(yīng)用中頻信號(hào)對(duì)信號(hào)模塊進(jìn)行數(shù)字化的處理，最后實(shí)現(xiàn)音頻信號(hào)的輸出。所以，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在進(jìn)行短波通信中起著非常重要的作用，是短波通信能夠?qū)崿F(xiàn)的必要基礎(chǔ)和必須途徑。對(duì)于短波通信信號(hào)的傳輸，除了音頻信號(hào)的輸出，還包括數(shù)字量化基帶信號(hào)和AGC控制信號(hào)的輸出，這其余的兩種信號(hào)輸出不同于音頻信號(hào)的輸出，音頻信號(hào)是可以直接提供給用戶(hù)的終端輸出，是最終直接使用的音頻信息，而ACG控制信號(hào)輸出是為了便于信號(hào)波形的分析和頻譜的分析，所以ACG信號(hào)是一種反映到模擬前段的放大增益信號(hào)，在日常生活中可以提供給電子設(shè)備，避免模擬信號(hào)的多次量化而造成噪聲的形成。

3未來(lái)展望

數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)以及數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的發(fā)展都表示著數(shù)字信號(hào)處理在不斷地進(jìn)行自身的提高，它越來(lái)越按照人們的需求，向人們所需要的個(gè)人化以及少耗能的方面發(fā)展，目前可以看出，數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的發(fā)展前景是非常可觀(guān)的，也是非常值得投入精力和財(cái)力的，所以進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理器的發(fā)展是未來(lái)社會(huì)中科技發(fā)展的不可缺少的一部分。數(shù)字化信息處理技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域都有非常廣泛的應(yīng)用，電子產(chǎn)品要發(fā)展就要依靠數(shù)字化，信息科技要發(fā)展就要依靠數(shù)字化，數(shù)字化的信息科技時(shí)代已經(jīng)到來(lái)，而數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)作為一種專(zhuān)門(mén)的科技技術(shù)，使DSP產(chǎn)品逐漸成為可編程多媒體的主流，而DSP系統(tǒng)集成電路作為一種體積小、便于攜帶的芯片，在應(yīng)用于圖像數(shù)據(jù)的方面將是一個(gè)新型的科技研究熱點(diǎn)，與此同時(shí)，DSP芯片的少耗能、低電壓處理也會(huì)成為研究的重點(diǎn)問(wèn)題。新的應(yīng)用程序迅速發(fā)展，DSP在各個(gè)領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)潛力都是巨大的，在各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)都有著非常光明的發(fā)展前景。

4結(jié)語(yǔ)

電子信息工程是一個(gè)相對(duì)傳統(tǒng)科技而言比較復(fù)雜的實(shí)踐過(guò)程，傳統(tǒng)的實(shí)踐手段已經(jīng)不能夠?qū)崿F(xiàn)電子信息工程的處理和操作需求，因此在社會(huì)和科技發(fā)展需求下，要求要更簡(jiǎn)單、更便捷的手段實(shí)現(xiàn)電子信息工程的處理和開(kāi)發(fā)。伴隨著數(shù)字信息化技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字信號(hào)技術(shù)作為一種新型、高效的科技手段實(shí)現(xiàn)了數(shù)字信息的有效處理，可以有效地促進(jìn)電子信息工程的更好發(fā)展。

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作者：劉泓昆 單位：株洲長(zhǎng)鴻實(shí)驗(yàn)學(xué)校