數(shù)字信號在電子信息工程中的運用范文
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摘要：隨著我國社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的進步，其中數(shù)字信號處理技術(shù)在多種科學(xué)技術(shù)的發(fā)展中占有重要的位置，在社會和生活中的應(yīng)用也越來越廣泛，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。數(shù)字信號處理技術(shù)在處理系統(tǒng)等方面進行開發(fā)和應(yīng)用，憑借其優(yōu)勢逐漸占據(jù)了科技市場的主要地位。
關(guān)鍵詞：數(shù)字信號；電子；信息工程；應(yīng)用
數(shù)字信號處理技術(shù)目前在計算機領(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)對電子信息工程的綜合實踐有著重要的意義。利用數(shù)字信號處理技術(shù)，實現(xiàn)電子信息工程的技術(shù)構(gòu)建，有利于促進電子信息實踐活動的高效開展。
1概述
1.1定義
數(shù)字信號處理技術(shù)從定義上說就是利用數(shù)字的方式表示所需要的信號并將其進行處理。數(shù)字信號處理技術(shù)作為信號處理技術(shù)的一種，與模擬信號處理技術(shù)并不太相同，相較于模擬信號處理技術(shù)，數(shù)字信號處理技術(shù)更適用于數(shù)字信號處理算法中的微處理，可以根據(jù)需求及時、快速、高效地實現(xiàn)數(shù)字信號的處理。數(shù)字信號處理器就是實現(xiàn)數(shù)字信號處理操作的一種專業(yè)器件。通過將收集的數(shù)字信號經(jīng)過信號過濾、信號抽樣處理、數(shù)字信號轉(zhuǎn)換等步驟后，實現(xiàn)收集的原始信號按照所需求數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換。這樣的數(shù)字信號處理方法在多種領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，比如：航空航天領(lǐng)域、雷達探測技術(shù)、醫(yī)療科學(xué)領(lǐng)域、自動化技術(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也重要的地位，數(shù)字信號處理技術(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
數(shù)字信號處理技術(shù)從本質(zhì)上來講是指對全部的信號數(shù)據(jù)進行有效提取，然后進一步進行信號轉(zhuǎn)換和變更的處理，從而實現(xiàn)有效信息與無效信息的分離，最終將數(shù)字信號變更為適合識別的信號形式。在之前的傳統(tǒng)科學(xué)技術(shù)中，大多采用模擬信號處理方式，但是這樣的信號處理方式有一定的缺點，由于模擬信號處理技術(shù)的參數(shù)比較難以修改，所以信號模擬器對于周邊的環(huán)境變化感知不強，敏感度不夠，最終導(dǎo)致模擬信號處理技術(shù)逐漸被數(shù)字信號處理技術(shù)所替代。數(shù)字信號處理技術(shù)作為新興的信號處理技術(shù)，采用的主要技術(shù)為二值邏輯技術(shù)，它對環(huán)境中的聲音變化、顏色變化、溫度變化都有較強的感知和適應(yīng)能力，同時相較于模擬信號處理系統(tǒng)也具有較強的穩(wěn)定性，可以穩(wěn)定地進行信號的輸入與輸出。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，通過軟件技術(shù)可以進行信號處理器的參數(shù)修改，使得信號處理器的靈活性大大增強，由此也支持了數(shù)字信號處理技術(shù)的不斷發(fā)展。
1.3優(yōu)勢
（1）數(shù)字信號處理系統(tǒng)的優(yōu)勢較多，其中最重要的一個性質(zhì)就是數(shù)字信號處理技術(shù)可以實現(xiàn)可程控制。針對不同的軟件和不同的需求，可以采用不同類型的數(shù)字信號處理器進行處理，這樣就可以方便用戶對種信息進行選擇處理。例如，針對于計算機科學(xué)技術(shù)方面，工作人員在進行數(shù)字處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)載入時，就可以應(yīng)用數(shù)字信號處理器，最大程度地發(fā)揮數(shù)字信號處理器的作用，使其能夠成為計算機的調(diào)制解調(diào)器。這樣，就可以實現(xiàn)應(yīng)用數(shù)字信號處理技術(shù)對多種不同的程序的編程與編制。
（2）相較于模擬信號處理器，數(shù)字信號處理器還有一個顯著的優(yōu)勢就是具有高速的處理能力。由于數(shù)字信號模擬器的有自己的獨特的芯片，其芯片采用專業(yè)的哈弗結(jié)構(gòu)，能夠保障芯片中的程序與存儲空間互相獨立，互不干擾，使得數(shù)字信號處理器形成了專屬自己的運行路線和數(shù)據(jù)線路。相比于普通的信號微處理結(jié)構(gòu)，數(shù)字信號處理結(jié)構(gòu)能夠在進行指令的同時對信號數(shù)據(jù)進行處理，于是，在很大程度上提高了數(shù)字信號處理器處理信息數(shù)據(jù)的效率，從而使得數(shù)字信號處理器具有了高速的處理能力。
（3）較高的集成度也是數(shù)字信號處理技術(shù)系統(tǒng)的一個顯著優(yōu)勢，數(shù)字信號處理技術(shù)系統(tǒng)的芯片從根本上來說是一種高效并且高危的單片計算機，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算機科學(xué)技術(shù)制作而成，所以相較于其他信號模擬器具有體積小、功能性強、應(yīng)用廣的特點，使用起來非常方便，在多種信號處理器中具有較大的優(yōu)勢。
2應(yīng)用
2.1數(shù)字信號在軟件無線電中
軟件無線電是近幾年提出的新型的通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，軟件無線電的基本思想就是把硬件作為通信系統(tǒng)的一個基本平臺，而其他的盡可能多的通信功能則由軟件來進行實現(xiàn)。所以軟件無線電的核心就是利用數(shù)字信號處理器，在數(shù)字領(lǐng)域中實現(xiàn)軟件的各種無線通信功能。在軟件無線電的技術(shù)實現(xiàn)中，最重要的兩個方面，一個是A/D變換轉(zhuǎn)換器，一個是數(shù)字下的變頻。在軟件無線電設(shè)計中，軟件無線電的射頻信號需要經(jīng)過射頻前端的處理變成寬帶中頻信號，這其中就需要A/D變換器實現(xiàn)對中頻信號處理器的量化處理，只有這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)信號的轉(zhuǎn)換，使中頻信號變?yōu)閿?shù)字信號。所以，應(yīng)用數(shù)字信號處理器制作的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/D轉(zhuǎn)換器將信號進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、對比等工作。以濾波為例，要能夠完成濾波處理，就需要對采樣點進行1000次操作處理，比如，對于一個系統(tǒng)寬帶為20MHz的系統(tǒng)來說，采樣率大于25MHz，就需要至少5000MIPS的運算能力來實現(xiàn)，這樣的算法處理需要多個高性能的數(shù)字信號處理器組合進行實現(xiàn)，而按照目前的科學(xué)技術(shù)而言，利用可編程的數(shù)字信號處理器芯片來實現(xiàn)是最合適的，也是目前的科技手段中最先進的技術(shù)。
2.2數(shù)字信號在處理移動機器人領(lǐng)域
在設(shè)計移動機器人領(lǐng)域，數(shù)字信號處理技術(shù)也有著非常重要的作用。在新型移動機器人的控制系統(tǒng)中，機器人的移動是基于USB總線，以PC為上位計算機的，應(yīng)用運動控制卡對機器人實現(xiàn)的。機器人的運動控制卡需要應(yīng)用步進電機進行控制，只有這樣，才能夠?qū)崿F(xiàn)機器人的實時控制，便于分布式環(huán)境探測系統(tǒng)的建立，方便機器人實現(xiàn)環(huán)境地圖的建立，目標(biāo)的定位以及跟蹤，實時導(dǎo)航，躲避障礙等功能。而其中最重要的步進電機控制的運動控制卡就是以一個數(shù)字信號處理器為核心的。在進行機器人的運動顯卡設(shè)計中，數(shù)字信號處理器通過發(fā)送一定的脈沖信號實現(xiàn)對機器人的左右步進電機的適應(yīng)。比如，以機器人的運動為例，首先要對機器人運動周圍的環(huán)境進行信息采集；然后需要借助USB，向機器人的上位計算機發(fā)送收集的信息，接著等待接受上位計算機傳輸?shù)男盘柣蛘呙睿蝗缓笤谏衔挥嬎銠C內(nèi)，需要將接收的環(huán)境信息由數(shù)字化信號轉(zhuǎn)換為脈沖信號，最后再將轉(zhuǎn)化后的脈沖信號輸出，實現(xiàn)對于步進電機的控制，進而控制機器人的運動行程。這其中，數(shù)字信號處理器在信號的轉(zhuǎn)換中起著至關(guān)重要的作用，只有將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為脈沖信號，才能夠?qū)崿F(xiàn)對機器人的信號輸出，才能夠?qū)崿F(xiàn)機器人的運動控制。
2.3數(shù)字信號在短波通信中
數(shù)字信號處理技術(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、音頻信號處理、擴頻技術(shù)等方面，除了這些方面還包括聲碼話、靜態(tài)圖像傳輸和傳真等。數(shù)字信號處理技術(shù)作為一種先進的新型技術(shù)，在短波通信中起了至關(guān)重要的作用，應(yīng)用數(shù)字信號模擬技術(shù)，主要是指通過模擬前段的射頻信號處理，接著應(yīng)用中頻信號對信號模塊進行數(shù)字化的處理，最后實現(xiàn)音頻信號的輸出。所以，數(shù)字信號處理技術(shù)在進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。對于短波通信信號的傳輸，除了音頻信號的輸出，還包括數(shù)字量化基帶信號和AGC控制信號的輸出，這其余的兩種信號輸出不同于音頻信號的輸出，音頻信號是可以直接提供給用戶的終端輸出，是最終直接使用的音頻信息，而ACG控制信號輸出是為了便于信號波形的分析和頻譜的分析，所以ACG信號是一種反映到模擬前段的放大增益信號，在日常生活中可以提供給電子設(shè)備，避免模擬信號的多次量化而造成噪聲的形成。
3未來展望
數(shù)字信號處理技術(shù)以及數(shù)字信號處理系統(tǒng)的發(fā)展都表示著數(shù)字信號處理在不斷地進行自身的提高，它越來越按照人們的需求，向人們所需要的個人化以及少耗能的方面發(fā)展，目前可以看出，數(shù)字信號處理系統(tǒng)的發(fā)展前景是非常可觀的，也是非常值得投入精力和財力的，所以進行數(shù)字信號處理器的發(fā)展是未來社會中科技發(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)字化的信息科技時代已經(jīng)到來，而數(shù)字信號處理技術(shù)作為一種專門的科技技術(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)的方面將是一個新型的科技研究熱點，與此同時，DSP芯片的少耗能、低電壓處理也會成為研究的重點問題。新的應(yīng)用程序迅速發(fā)展，DSP在各個領(lǐng)域的競爭潛力都是巨大的，在各個技術(shù)領(lǐng)域，數(shù)字信號處理技術(shù)都有著非常光明的發(fā)展前景。
4結(jié)語
電子信息工程是一個相對傳統(tǒng)科技而言比較復(fù)雜的實踐過程，傳統(tǒng)的實踐手段已經(jīng)不能夠?qū)崿F(xiàn)電子信息工程的處理和操作需求，因此在社會和科技發(fā)展需求下，要求要更簡單、更便捷的手段實現(xiàn)電子信息工程的處理和開發(fā)。伴隨著數(shù)字信息化技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字信號技術(shù)作為一種新型、高效的科技手段實現(xiàn)了數(shù)字信息的有效處理，可以有效地促進電子信息工程的更好發(fā)展。
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作者：劉泓昆 單位：株洲長鴻實驗學(xué)校