數(shù)字信號(hào)處理淺析【文獻(xiàn)綜述】

1、<p><b>　　畢業(yè)論文文獻(xiàn)綜述</b></p><p><b>　　通信工程</b></p><p><b>　　數(shù)字信號(hào)處理淺析</b></p><p>　　摘要：數(shù)字信號(hào)處理是圍繞著數(shù)字信號(hào)處理的理論、實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用等幾個(gè)方面發(fā)展起來(lái)的。數(shù)字信號(hào)處理在理論上發(fā)展推動(dòng)了數(shù)字信號(hào)處理應(yīng)用的

2、發(fā)展。反過(guò)來(lái)，數(shù)字信號(hào)處理的應(yīng)用又促進(jìn)了數(shù)字信號(hào)處理理論的提高。而數(shù)字信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)則是理論和應(yīng)用的橋梁。</p><p>　　關(guān)鍵字：數(shù)字信號(hào)處理；應(yīng)用；發(fā)展；橋梁</p><p><b>　　一.DSP概述</b></p><p><b>　　1.1定義</b></p><p>　　DSP是Di

3、gital Signal Processing（數(shù)字信號(hào)處理）或Digital Signal Processor（數(shù)字信號(hào)處理器）的縮寫，因此DSP包含兩種含義：第1種指基于數(shù)字信號(hào)處理理論的技術(shù)和方法；第2種指適宜實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理算法的微處理器芯片以及實(shí)現(xiàn)方法[1]。</p><p><b>　　1.2 系統(tǒng)組成</b></p><p>　　我們所遇見(jiàn)的科學(xué)和工程領(lǐng)

4、域的大多數(shù)信號(hào)在本質(zhì)上都是模擬的，即信號(hào)所對(duì)應(yīng)的函數(shù)中的變量是連續(xù)變化的，例如時(shí)間或空間，這些變量的取值范圍也是連續(xù)區(qū)間。為了對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理，模擬信號(hào)和數(shù)字處理器之間需要一個(gè)接口，這個(gè)接口叫做A/D轉(zhuǎn)化器，A/D轉(zhuǎn)化器的的輸出就是數(shù)字信號(hào)，并且作為數(shù)字信號(hào)處理器的輸入。在實(shí)際應(yīng)用中，數(shù)字信號(hào)處理器的輸出需要以模擬的形式送給用戶，例如語(yǔ)音信號(hào)。因此還需要一個(gè)接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)到模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換，這種接口叫D/A轉(zhuǎn)換器[2],如圖1。&

5、lt;/p><p>　　為了保證模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換準(zhǔn)確度，可以在A/D轉(zhuǎn)化器前增加一個(gè)模擬低通濾波器（LPF），LPF主要用來(lái)濾除模擬信號(hào)中的高頻噪聲；同樣，數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)后，信號(hào)通過(guò)一個(gè)帶通濾波器（BPF）平滑濾波，輸出平滑的模擬信號(hào)。</p><p>　　1.3 DSP芯片基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　DSP芯片的基本結(jié)構(gòu)包括：</p>&

6、lt;p>　?。?）哈佛結(jié)構(gòu) 哈佛結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是將程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在不同的存儲(chǔ)空間中，即程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是兩個(gè)相互獨(dú)立的存儲(chǔ)器，每個(gè)存儲(chǔ)器獨(dú)立編址、獨(dú)立訪問(wèn)。與兩個(gè)存儲(chǔ)器相對(duì)應(yīng)的是系統(tǒng)中設(shè)置了程序總線和數(shù)據(jù)總線，從而使數(shù)據(jù)的吞吐率提高了一倍。由于程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在兩個(gè)分開(kāi)的空間中，因此取指和執(zhí)行能完全重疊進(jìn)行。</p><p>　?。?）流水線操作 DSP芯片廣泛采用流水線，以減少指令執(zhí)行的時(shí)間，從

7、而增強(qiáng)了處理器的處理能力。處理器可以并行處理2~4條指令，每條指令處于流水線的不同階段。</p><p>　?。?）多總線結(jié)果 許多DSP芯片內(nèi)部都采用了多總線結(jié)構(gòu)，這樣可以保證在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)，同時(shí)訪問(wèn)數(shù)據(jù)和程序存儲(chǔ)空間。因此可以解決傳統(tǒng)芯片的總線沖突問(wèn)題，使系統(tǒng)的速度和效率大大提高。</p><p>　?。?）專用的硬件乘法器 乘法速度越快，DSP的性能越高。由于具有專用的應(yīng)用乘法

8、器，乘法可在一個(gè)指令周期內(nèi)完成。</p><p>　?。?）特殊的DSP指令 為了更好地滿足數(shù)字信號(hào)處理應(yīng)用的需要，在DSP指令系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)了一些特殊的DSP指令，以完成一些專門的運(yùn)算。</p><p>　?。?）快速的指令周期 哈佛結(jié)構(gòu)、流水線操作、專用的硬件乘法器、特殊的DSP指令再加上集成電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可使DSP芯片的指令周期在50ns以下，現(xiàn)在高檔的DSP指令周期可以達(dá)到5n

9、s[3][4]。</p><p>　　1.4 DSP芯片特點(diǎn)</p><p>　　DSP芯片，也稱數(shù)字信號(hào)處理器，是一種特別適合于進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算的微處理器，其主要應(yīng)用是實(shí)時(shí)快速地實(shí)行各種數(shù)字信號(hào)處理算法[5]。根據(jù)數(shù)字信號(hào)處理的要求，DSP芯片一般具有如下主要特點(diǎn)：</p><p>　?。?）在一個(gè)指令周期內(nèi)可完成一次乘法和一次加法。</p>&

10、lt;p>　?。?）程序和數(shù)據(jù)空間分開(kāi)，可以同時(shí)訪問(wèn)指令和數(shù)據(jù)。</p><p>　?。?）片內(nèi)具有快速RAM，通常可通過(guò)獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線在兩塊中同時(shí)訪問(wèn)。</p><p>　　（4）具有低開(kāi)銷或無(wú)開(kāi)銷循環(huán)及跳轉(zhuǎn)的硬件支持。</p><p>　?。?）快速的中斷處理和硬件I/O支持。</p><p>　?。?）具有在單周期內(nèi)操作的多個(gè)硬件

11、地址產(chǎn)生器。</p><p>　?。?）可以并行執(zhí)行多個(gè)操縱。</p><p>　?。?）支持流水線操作，使取指、譯碼和執(zhí)行等操作可以并行執(zhí)行[6]。</p><p><b>　　二．DSP應(yīng)用舉例</b></p><p>　　2.1 基于DSP的語(yǔ)音信號(hào)FIR濾波器系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)</p><p>　　

12、語(yǔ)音（源）編碼是在無(wú)線通信中的一項(xiàng)重要DSP應(yīng)用。在帶寬有限的通信信道中，語(yǔ)音編碼器被采用壓縮語(yǔ)音信號(hào)。用于無(wú)線通信的最普通的語(yǔ)音編碼器，將語(yǔ)音采樣從64b/s（千比特/秒）壓縮到6~13b/s范圍[7]。用DSP中的一款高性能多媒體數(shù)字語(yǔ)音編解碼器來(lái)采集語(yǔ)音信號(hào)，采集到的語(yǔ)音再經(jīng)一系列變換進(jìn)行FIR濾波，最終輸出高品質(zhì)的語(yǔ)音信號(hào)[8]。</p><p>　　2.2 基于DSP的調(diào)頻調(diào)制器設(shè)計(jì)</p>

13、<p>　　基于軟件無(wú)線電的思想實(shí)現(xiàn)了基于DSP的調(diào)頻調(diào)制器。系統(tǒng)的硬件部分以TMS320VC5402數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)為核心，并使用主機(jī)接口(HPI)和PC機(jī)實(shí)時(shí)通信；軟件部分由DSP算法程序和主機(jī)用戶程序兩部分組成，DSP算法程序負(fù)責(zé)完成信號(hào)調(diào)制等實(shí)時(shí)處理，主機(jī)用戶程序負(fù)責(zé)完成對(duì)DSP的控制和通信以及用戶交互。該系統(tǒng)充分發(fā)揮了通用計(jì)算機(jī)的靈活性和DSP的高速實(shí)時(shí)處理能力[9]。</p><p&

14、gt;　　2.3 直流無(wú)刷電機(jī)</p><p>　　在控制直流無(wú)刷電機(jī)的DSP控制系統(tǒng)中，直流無(wú)刷電機(jī)運(yùn)行過(guò)程要進(jìn)行兩種控制：一種是轉(zhuǎn)速控制，也就是控制給定子線圈的電流；另一種是換相控制，在轉(zhuǎn)子到達(dá)指定位置改變定子導(dǎo)通相，實(shí)現(xiàn)定子磁場(chǎng)改變，這種控制實(shí)際上實(shí)現(xiàn)了物理電刷的機(jī)制。因此這種電機(jī)需要有位置反饋機(jī)制，比如霍爾元件、光電碼盤，或者利用梯形反電動(dòng)勢(shì)特點(diǎn)進(jìn)行反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零檢測(cè)等。電機(jī)速度控制也是根據(jù)位置反饋信號(hào)，計(jì)

15、算出轉(zhuǎn)子速度，再利用PI或PID等控制方法，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)PWM占空比等來(lái)實(shí)現(xiàn)定子電流調(diào)節(jié)，因此，控制芯片要進(jìn)行較多的計(jì)算過(guò)程[10][11]。</p><p>　　三．DSP技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　隨著DSP芯片的品種和技術(shù)檔次不斷提高以及向多功能化、高性能化、低功耗化方向發(fā)展，DSP日益進(jìn)入人們的生活。近幾年，DSP技術(shù)發(fā)展很快，表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：</p><

16、p>　　·更新速度快，新產(chǎn)品不斷推出，許多舊型號(hào)相繼停產(chǎn)；</p><p>　　·速度越來(lái)越快，內(nèi)部結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，功能越來(lái)越強(qiáng)；</p><p>　　·封裝尺寸小型化，廣泛采用表貼或BGA形式；</p><p>　　·功耗低，低電壓工作，I/O電壓3.3V，內(nèi)核電壓從2.5V、1.8V到1.6V；</p>

17、<p>　　·軟件開(kāi)發(fā)工具越來(lái)越完善，用高級(jí)語(yǔ)言設(shè)計(jì)已經(jīng)成為一種趨勢(shì)。</p><p>　　未來(lái)的DSP理想設(shè)計(jì)模式是，設(shè)計(jì)人員編寫通用的C程序，其中調(diào)用各名稱和參數(shù)規(guī)范的優(yōu)化算法函數(shù)，當(dāng)DSP或DSP電路板升級(jí)時(shí)，只要將C程序在新的DSP開(kāi)發(fā)環(huán)境下重新編譯和鏈接，就能生成與實(shí)際電路匹配的可執(zhí)行代碼[12]。</p><p><b>　　四．總結(jié)</b

18、></p><p>　　數(shù)字信號(hào)處理（Digital Signal Processing）是一門涉及許多學(xué)科而又廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域的新興學(xué)科。數(shù)字信號(hào)處理利用計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ锰幚碓O(shè)備，以數(shù)字形式對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集、變換、濾波、估值、增強(qiáng)、壓縮、識(shí)別等處理，以得到符合人們需要的信號(hào)形式。數(shù)位化腳步的加快，讓更多的數(shù)位消費(fèi)性電子產(chǎn)品中可見(jiàn)到DSP的身影。在方興未艾的消費(fèi)性電子市場(chǎng)，DSP將繼續(xù)帶領(lǐng)為數(shù)眾多的消費(fèi)大眾，進(jìn)

19、入更為細(xì)致的數(shù)位世界。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]張小鳴.DPS控制器原理及應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2009.2</p><p>　　[2]Proakis,J.G等.USA:Digital Signal Processing:Principles,Alogrithms and Applic

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