高性能数字信号处理器

2024-10-23

高性能数字信号处理器（精选9篇）

高性能数字信号处理器篇1

在科技革命不断发展的今天, 数字信号处理渗透到了人们生活的方方面面, 其应用于经济、文化、国防、医学和工农业生产等各个领域, 各个方面。数字信号能够加深我们对信号的理解, 及时有效的分析信号。数字信号的处理时将信号通过数据模型转换器变化到模拟领域, 其核心算法是DEF, 处理计算机的离散信号, 进行数字信号转换。要将数字信号处理应用到电路分析中。

1 DSP的开发应用

1) DSP处理器增加了累加器寄存器可以专门处理多个乘积的和, 运用的MAC指令其采用的结构可以将存储空间分为存储程序和数据, 实现单周期内的指令。可以把数据和指令直接连接到中央处理器。同时可以实现定点计算, 使程序的存储增大。目前我国推出的3G、4G通信都离不开DSP技术, 较其他智能芯片在信号处理方面更有优势, 采用的数字滤波, 微处理器、累加器等有良好的特性。其运算速度和信号处理速度也非常好, 可以自由的高效工作。

2) DSP要在每个指令周期内完成多项操作, 一般要进行信号滤波、频率到了一个区域进行交换、信号相互交汇以及信号的比较, 采用的哈佛结构, 比较方便的访问数据, 单周期内多项硬件操作, 也可同时进行多项操作。应用于无线电波, 无线电流的增大和芯片增大, 实现限时编程。DSP技术也广泛应用于GPS全球导航系统, 在对导航接收的数据分析方面, DSP芯片发挥了主要作用, 对复杂的数字信息进行准确的分析, 也可扩展系统的内存, 便捷有效。DSP技术在生活生产中各个领域应用非常多, 今年来, 软件和硬件开发在不断的完善, 运算的准确度也在不断的提高, 采用的语言编程近年来完善了许多, 通用的函数和各种算法程序简便可行。其灵活性也得到提高, 支持运算器和程序存储器, 数据格式也在不断的革新, 数字的灵活性近年来不断完善, DSP的成本, 体积, 重量越来越完善, 支持的数据也越来越多, 产品的开发近年来得到明显提高。

2 DSP与电路设计研究

1) 以计算机系统为例, 计算机一共有124个芯片, 采用的是分组传输信息的方式, 而且必须有一个配置来提供相应的计算机信息, 这种适配器为电脑主机CPU和分支系统提供了联系, 其借口比较灵活, 其电路采用的是高压供电, 采用的是集成芯片。DSP芯片实行低电压缓冲串联供电, 集成电压转换器, 设计了其电源和转换, 以及一块额定电压的DSP外部存储器, 限制信号输出和数据传输的电压总线, 使电流保持在稳定状态, 控制PCI主机的电流。避免产生过大的电压, 数字信号处理器采用的智能芯片, 满足单一的电源有效的供电要求。独立设计了主板读写方式, 在传输信息时进行复位, DSP持有自动复位功能, 可以自动复位活着手动复位, 也可以检测主机电路板的状态, 更好的驱动主机的读写信息操作编写PCI的windows的程序驱动, 制作电路, 极大的对应用程序进行编写, 了解计算机的总体结构, 明确DSP的主体作用是对传输的数据信息进行分析。

2) DSP芯片集采集、分析、存储信息等功能为一体, 正在不断的改进, 向智能化、集成化发展, 并且努力降到最低成本, 处理一般的通用信号, 卷积, FFT、电磁波分析, 自动过滤波形, 进行波形的分析;智能信号分析、3G通信、移动电话、传真、视频通信、噪声取消以及数据压缩、图形二维码处理、文字语言合成、语言识别编码处理合成等语音方面的成就;机械、发动机、声音控制、影像控制、自动驾驶等科学技术方面的成就;航空器械测量、函数数据、导航数据采集、数字电视、玩具、数据应答机等方面的成就等。

数字信号处理器的核心就是DSP, 其循环采用的高科技软件, 可以较好的实现数据循环, 不用检查机器的数量, 使用的软件方便可行, 十分注意数字的精确, 同时价格也方便, 在电路设计方面更是非常简单可行, 在计算机的主要系统中发挥着非常重要的作用, 是电脑的主要芯片之一, 完成对计算机数据的高效准确分析, 计算机的兼容系统上运用次芯片可以较好的发挥最大作用, 操作程序简便可行, 也有较高的可靠性, 不用担心数据的丢失和遗漏。完成了计算机电路的研究和应用编程的编写, 丰富了电路方面的经验。

3 总结

数字信息技术和我们的生活息息相关, 通过对这项技术的研究和电路设计, 掌握了许多知识, 发掘了数字信息处理器中其主要芯片DSP的硬件功能、软件功能, 了解了其对计算机PCI的最主要的作用, 及其的重要性, 设计了完整的电路, 研究和经验更加深入的了解。DSP芯片现在发展的越来越快, 这种新型的芯片也在不断的被推出, 其功能和技术也在不断的完善, 满足了人们生活的需要, 在各个领域也在被广泛的应用, 尤其在科研航空方面的作用非常巨大, 其传输信号的高效准确, 成本的降低会使应用方面大大增多。在科学技术方面的发展空间也非常巨大, 研究人员正在不断尝试完善数字信息处理技术, 使数字信息处理器更加的实用。充分实现耗能最小, 重量最轻, 却可以精度最大, 数据分析可靠性最强, 信息分析准确度最大, 不断完善数据信息分析器。相信以后DSP芯片的发展应用越来越普遍, 影响力越来越大, 发展空间越来越大, 使其真正的改变人们的生活。

摘要：数字信号处理, 顾名思义, 就是将信号用数字的形式表现并进行处理的一项科学技术, 主要作用是对信号的一个准确处理, 已经渗透到社会经济、政治、国防等多个领域, 使信号处理技术跳跃到一个全新的领域, 数字信号处理器也成为信号处理的关键和核心。其最主要的是DSP芯片, 可以对数字信号进行有效的处理, 使数字信号技术不断提高。但是我国在DSP方面的人才却不是特别多。本文对数字信号处理器性能和电路设计进行了深入研究和分析。

关键词：DSP芯片,数字信号处理,电路设计

参考文献

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[3]张爱华.基于DSP的语音采集与处理系统的设计与实现[J].中原工学院学报, 2009.

[4]石世忠.高级数字信号处理器及其在图象领域中的应用[J].滁州师专学报, 1999.

[5]薛继华, 盛晓忠.一种可行的中频数字化接收机设计[J].南通职业大学学报, 2007.

高性能数字信号处理器篇2

1控制好每个环节的传输电平,是网络稳定运行的关键,这一点比单纯模拟传输更为突出,这是由模拟数字混合传输的特点决定的。数字模拟混合传输的特点

(1)这两种信号都是以8MHz为一个传输带宽单位,模拟频道一个8MHz带宽传输一套节目,数字频道一个8MHz带宽传输5—6套节目,所以在同样一个单位带宽损伤情况下,模拟信号只有一套节目出现故障,而数字信号会直接影响5—6套节目的收看。

(2)网络中传输的虽然都是已调制的高频信号,但数字频道是多电平正交幅度调制(64QAM)的数字调制方式。模拟频道是残留边带幅度调制的模拟调制方式,二者共同点是都有“幅度调制”的特点,对传输网络的幅度线性失真都是非常敏感的。

(3)要全面理解数字频道和模拟频道在传输电平测量上的区别。1)不管是模拟频道还是数字频道,在网络中的传输功率都是相同的,但二者在频道内的能量分布不同,特别是峰值能量的数值差异很大。在测量上,二者的传输电平有不同的表述方式。数字频道是数字信号调制的高频载波,在频道内,能量是相对均匀分布的,各频率处“峰值”相等。测量时用“频道内平均功率”来表示。模拟频道是模拟信号调制的高频载波,频道内功率比较集中分布在“图像载波”和“伴音载波”附近,有明显的峰值,测量时,用峰值处的平均电平表示,所以尽管数字频道与模拟频道传输时功率大致相同,但在测试上数字频道电平要比模拟频道电平低10dB左右。二者差值太小数字频道容易进入非线性状态,除自身信号劣化外,还会干扰网络内模拟频道；二者差值太大,数字频道电平低,载噪比损失大,数字信号也会劣化。或者模拟频道电平的峰值超过网络设备的最大失真范围,信号变劣,还会产生副产物,干扰数字频道。2)每个环节电平控制。网络中传输电平是由光电收发设备、放大器、机顶盒等有源设备,器件的性能,网络拓扑结构、布置,传输节目套数,用户数量等共同决定的,在设计时作了详尽充分的考虑,并在系统图中标定了各关键点的传输电平。所以,按照设计要求,随时控制各关键点的传输电平是网络安全运行的关键,只有如此,才能稳定网络运行。在网络运行维护中,控制各个环节电平,以下几个原则问题应做到:①数字频道与模拟频道的电平是由前端决定的,特别是二者的差值是由前端保证的,所以前端调制器输出电平要严格控制好,随时检测,发现电平差异,立即纠正。②前端输入到光发射机的高频信号电平要认真按设计要求控制,不要因为同轴电缆分配网的某些变化随意提高或降低,同轴电缆分配网的电平调整服从光传输电平。③所有光接收机的输出电平也要按照设计调整,并留有电缆放大器自动控制的.余量,用于温度变化补偿,机内各部位的衰减器也要按设计标定的数值安装,因为不同环节的衰减器分别影响非线性失真和载噪比。④原有的模拟同轴电缆分配网不需做大的变动,电平大体可维持正常。偏差太大的,就必须按设计要求重新配置干线放大器,调整电平也要象处理光接收机一样,按要求配置各环节衰减器。光接收机实质上是一台加了光接收模块的干线放大器。用户放大器以下的电缆分配网络调整时以用户获得足够电平、用户之间点评均衡为原则。总之,模拟数字混合传输网各个环节的电平控制至关重要。对于模拟信号,输出信号太高,会造成非线性失真‘出现网纹、交调等；输出信号太低,造成载噪比低,出现雪花、噪点等。而对于数字信号，电平输出过高或过低,都表现为停帧、马赛克或黑屏等。因此,各个环节的电平要控制得当。

2如何检测和处理数字电视故障

(1)初次安装时无法收到数字电视节目,一般由于两个原因:一是有线电视线路故障,维修人员应用数字场强仪测量数字信号电平是否在合理范围内,或者检查连接线接头是否松动,应使各种街头连接牢固。二是因为用户没有将视频线连到机顶盒与电视上,或没有把电视调到AV状态下,这种现象占报修率60%以上。

(2)安装后收台不全,很多频道显示加密状态,多数情况是用户没有弄清数字电视收费政策,只有已付费的频道才能收看,其他需要另外付费的节目虽然可以看到台标但都会是加密状态。

(3)收看时出现马赛克或卡碟的声音,基本是有线电视线路故障,多出在雨雪天或大风天之后,对有线线路进行维修后可以好转。还可能是用户室内有线接头接触不良,现行的方法都是手工完成的,这就要求工作人员在各器件与电缆的连接中不能有丝毫大意,否则将产生电弧及打火现象。当频率较低时阻抗大、信号衰减大,载噪比在25dB以下时,将出现个别频点播出的电视节目出现马赛克或卡碟的声音。

(4)前端机房节目播出频点改变后部分频道无信号,更改播出频点这种问题不会经常发生,但是改动后会给用户收看节目造成不便,如果不重新搜索,部分频道将显示无信号,这时应尽量教会用户如何重新设置新的频点并搜索。也有的机顶盒需要进行软件升级。

(5)如果单个或几个数字频道电平过低,比邻近数字频道低5dB以上,会引起该频道所有节目都无法观看,这时要检查该频道电平比其他频道信号过低的原因。其主要有以下几种故障:同轴电缆屏蔽网接触不良、折断；电缆或插接头的主芯生锈,接触不良；光接点输出故障；致使输出单个或几个数字频道电平过低等。

(6)用户家中线路故障造成有线数字信号线性失真、损耗或反射等,一般有以下几种情况:①用户家中末端几个分头直接拧在一起,而未用分支分配器链接或分支分配器分支口接反；②接头抽芯、松动或屏蔽网线未接,这时需要重新做接头；③同轴电缆老化,芯线氧化腐蚀严重,需要更换同轴电缆线；④机顶盒输入接口连接不良,致使数字信号缺台或马赛克。

高性能数字信号处理器篇3

关键词：数字音频信号眼图传输系统

1 前言

无线局大功率广播发射台站的主要作用是:利用中短波广播发射机实现对音频信号的远距离传输。发射机的音频调制信号来源较多, 通常接收数字卫星广播信号, 经解码、解复用后, 由数字音频传输系统送到各大功率调幅广播发射机的低频输入端, 作为调制信号, 经D/A转换后, 由广播发射机进行幅度调制发送至各服务区。数字音频信号的传输质量, 直接影响着发射机的播出效果。

为了能够优化节目传输质量性能, 提高节目收听效果, 充分了解数学音频信号传输性能, 维护好数字音频信号的传输链路是安全传输发射的一项重要任务。而眼图无疑是评估数字通信链路质量最有效、简单的方法之一, 它会在很大程度上将数字传输信道上各类参数展示在我们眼前。通过眼图我们可以对接收滤波器的特性加以调整, 以减小码间串扰, 改善系统的传输特性。通过眼图, 我们还可以估计系统的防噪声能力和信道受到噪声干扰的情况。

2 数字信号的基带传输

数字音频信号首先是数字信号, 它的传输系统包括了基带传输和载波传输。数字基带信号都是矩形波形, 在研究频谱时常常只画出能量最集中的频谱范围, 但这些基带信号在频域内实际上是无穷延伸的。如果直接采用矩形脉冲的基带信号作为传输码型, 由于实际信道的频带都是有限的, 则传输系统接收端所得的信号频谱必定与发送端不同, 这就会使接收端数字基带信号的波形失真。因此常采用滤波器产生出平滑波形进行传输。

如图1所示:数字基带信号的产生过程可分为码型编码和波形形成两步。码型编码的输出信号为δ脉冲序列, 波形形成网络的作用则是将每个δ脉冲转换为一定波形的信号。

根据奈奎斯特第一准则:当数字信号通过传输系统时, 接收波形满足抽样值无失真传输的充要条件是仅在本码元的抽样时刻上有最大值, 而对其他码元的抽样时刻信号值无影响, 即在抽样点上不存在码间干扰。也就是说:如果信号经传输后整个波形发生了变化, 但只要其特定点的抽样值保持不变, 那么用再次抽样的办法, 仍然可以准确无误地恢复出原始信码, 因为信息完全携带在抽样幅度值上。

因此, 在大多数有线传输情况下, 信号频带不是陡然截止的, 而且基带频谱也是逐渐衰减的, 这与设计时所确定的滚降系数有关, 如图2所示:当输入端信号为“1”时, 其输出波形如图2 (a) 所示, 该码元y (t) 只要在t0时刻为判决时刻, 就能恢复出信号, 在下一个码元判决时刻t0+Tb到来时为0, 就不会造成串扰。

3 眼图的形成及其测量

尽管数字信号的传输相对于模拟信号而言, 有极大的优势, 但要使其达到理想的传输特性任然是很困难的, 甚至是不可能的, 因为码间串扰和噪声对系统的影响无法彻底消除。

为了对系统性能有一个直观的了解, 可利用示波器, 再现码元传输效果, 从而对系统性能进行估计, 这就是眼图法, 示波器所获图形即为眼图。

具体做法如下:取一台带有时域分析功能的示波器, 将待测信号加到该示波器的输入端, 同时把位定时信号作为扫描同步信号, 也可以调整示波器的水平扫描周期, 使示波器的扫描周期与接收码元的周期同步。从而估计出系统性能的优劣。对于二进制数字信号而言, 示波器的图形与人眼想象, 所以称为“眼图”。利用带时域分析的示波器, 使用连续比特位的眼图生成方法, 能快速测量眼图和抖动。如图3所示, 第一步示波器采集到一长串连续的数据波形;第二步, 使用软件恢复时钟, 用恢复的时钟切割每个比特的波形, 最后一步是把所有比特重叠, 得到眼图。

眼图显示了数据波形图可能取得的所有瞬时值, 在完全随机输入情况下, 各个波形叠加后会在眼图中形成若干眼孔, 眼孔的开启状况能充分说明传输信号的质量, 在有符号间干扰和噪声的情况下, 眼图由许多有一定偏移的线条组成, 看起来犹如构成眼图的线条变宽了, 这等效于眼图聚焦点扩散, 水平和垂直方向眼睛的张开程度都减小了。在无码间串扰和噪声的理想情况下, 波形无失真, 眼开启的最大, 当有码间串扰时, 波形失真, 引起眼部分闭合。若再加上噪声的影响, 则使眼图的线条变得模糊, 眼开启的小了, 因此, 眼张开的大小表示失真的程度。由此可知, 眼图能直观地表明码间串扰和噪声的影响, 可评价一个传输系统性能的优劣。当把眼图抽象为一个模型时, 可以由眼图获得以图4信息:

(1) 最佳抽样时刻应选在眼图张开最大的时刻, 此时的信噪比最大。

(2) 眼图斜边的斜率反映出系统对定时误差的灵敏度、斜边越陡, 对定时误差越灵敏, 对定时稳定性要求越高。

(3) 在抽样时刻, 上下两个阴影区的高度称为信号失真量, 它是噪声和码间串扰叠加的结果, 当码间串扰十分严重时, 眼睛会完全闭合, 此时信息码元无法经过抽样判决准确恢复, 因此必须对码间串扰进行纠正。

4 眼图在数字音频信号传输中的作用

在基层台站中, 我们从卫星接收天线接收数字音频信号, 在远离接收端的发射机房, 我们采用光传输系统进行传输, 在离接收端较近的发射机房, 采用数字音频电缆进行传输。系统中涵盖了光传输、电传输等设备。随着使用时间的推延, 设备和线路的老化, 元器件性能发生变化等原因, 势必造成系统性能有所下降, 这时候对系统建立一套行之有效的测试, 分析方法将对系统的维护, 保证信号的有效传输起到重要的作用。而利用眼图测量法, 是检验系统传输性能最简便及行之有效的方法之一。

我们知道, 在数字音频信号的传输中, 主要的测试指标有:数字信号的幅值;传输阻抗、信号延时、抖动等。在实际应用中, 传输系统异常的表现形式多种多样, 但最本质的表现均为数字音频信号的传输误码。

通过眼图的张合, 可以判断传输系统误码率程度, 从而采取有效措施, 提高传输质量。

数字信道的干扰主要有加性干扰和乘性干扰。加性干扰表现在眼图上, 主要改变图形的纵向张合度, 它往往是由于地阻抗耦合、漏电流等因素产生的干扰, 叠加在了信号上。此时, 可能是因为线路老化引起, 可加强屏蔽、接地、隔离、滤波或更换传输线, 加强线间转换匹配等方法加以抑制。而由于传输线的衰减、时延和阻抗失配等因素引起的反射干扰和码间干扰将使信号眼图产生畸变, 这类信号称为乘性干扰, 它往往使码元间产生抖动。此时可以观察:周期性抖动, 常来自于开关电源和串扰, 而随机抖动, 可考虑基准时钟和锁相环PAL电路。

通过对传输线路的分段测量和定期测量所得基础数据的积累和比较, 可以更准确地掌握传输设备的运行规律, 从而进一步总结维护经验。

5 结束语

在实际使用中, 大多数数字音频信号的传输异常故障, 通过示波器, 利用眼图的日常测量可以预防, 同时, 我们也可以利用眼图, 了解系统的传输性能是否有所下降, 并及时加以处理, 从而保证了信号传输的高品质。

参考文献

[1]张卫纲.通信原理与通信技术[M].西安电子科技大学出版社, 2003.

[2]李建兴.现代通信系统与仿真[M].机械工业出版社, 2005.

高性能数字信号处理器篇4

基于多个数字信号处理器的航空发动机参数采集系统设计与实现

根据航空发动机参数采集系统的`数据采集和处理以及与其他机载设备进行数据通信等任务特点,采用模块化设计方法,利用双口RAM实现了一个由3片数字信号处理器构成的航空发动机参数采集系统.

作者：刘轶秦波陈明 LIU Yi QIN Bo CHEN Ming 作者单位：西北工业大学,自动化学院,陕西,西安,710072 刊名：测控技术 ISTIC PKU英文刊名：MEASUREMENT & CONTROL TECHNOLOGY 年，卷(期)： 24(11) 分类号：V241.62 关键词：数字信号处理器数据采集双口RAM

高性能数字信号处理器篇5

在当今的数字化时代, 数字信号的便捷高速与稳定使其应用几乎覆盖了各种通信方式, 数字信号传输性能作为一项重要的指标, 直接影响信号的传输速度、传输量以及信号质量。因而数字信号传输性能分析是一项十分重要的数字分析技术, 对于通信领域数字信号的传输具有十分重要的意义。而目前数字信号传输性能分析方面的研究还不是很多, 这也直接制约着通信领域中数字信号传输性能分析的社会需求。鉴于此, 本文从传输性能入手, 设计了一套基于FPGA的数字信号传输性能分析仪, 并用该分析仪分析了数字信号的信道传输特性。

1 系统设计

1.1 系统的总体设计

本系统主要由数字信号发射机、模拟信道及接收机组成。数字信号发生包括伪随机序列的产生及曼彻斯特码的输出。模拟信道由伪随机序列发生器和可调增益放大器组成, 产生伪噪声信号, 叠加到信道中。通信接收机由信号接收调理电路和时钟恢复电路构成。整个系统由统一的电源模块供电。

本系统采用FPGA为核心控制器, 实现数字信号发生器以及伪随机信号产生器, 通过搭建低通滤波器模拟传输信道, 通过锁相环实现时钟提取, 系统总体框图如图1所示。

同步时钟信号不由信号源提供, 而通过后级分析仪将时钟信号从V2a中还原出来, 数字分析部分的电路原理如图2所示。

V2a进入系统后, 先进行幅值调整, 以驱动后级PLL锁相环电路, 再通过低频滤波器 (LPF) 除去噪声, 整型后通过锁相环电路, 提取同步的时钟信号。

1.2 系统各模块设计

1.2.1 数字信号发生器

FPGA具有很高的运行时钟、庞大的逻辑处理容量及灵活的编程功能, 它不仅能够非常方便地实现逻辑移位、逻辑运算, 以及数字信号处理, 同时对时钟分频、锁相, 以及并行处理的实现也十分方便。因此, 通过一片FPGA可以兼顾信号的伪随机码产生及噪声码的产生。同时, 由于FPGA端口电平的灵活性, 非常方便与其它电平兼容。

Manchester码的编码规则是将每个二进制的信息码元变换成相位不同的方波。此编码模式优点为没有直流分量, 编码方式简单, 易于提取位定时。缺点是占用的频带增加了一倍。与此编码模式对应的是无记忆编码[1]。

FPGA通过verilog编程用移位寄存器的方法, 实现m序列的产生和曼彻斯特码的输出。FPGA设计的RTL门级电路如图3所示。

1.2.2 巴特沃斯低通滤波器

为了从10kHz～100kHz的信号中滤除伪随机信号的噪声以提取时钟, 本文设计了一个截止频率为100kHz的四阶巴特沃斯低通滤波, 如图4所示。

本文使用双二次型巴特沃斯滤波器, 它与压控电压源或无限增益多路反馈滤波器相比, 需要更多的元件, 但调整方便, 调整频率独立, 并具有良好的稳定性。

1.2.3 同步时钟提取

锁相环的内部一般包括相位比较器、低通滤波器和压控振荡器三个部分, 通过将压控振荡器输出和把需要提取的参考信号送入鉴相器, 同时将误差反馈到压控振荡器, 使得频率向减小误差的方向连续变化, 实现锁相同步[2,3,4]。

曼彻斯特码功率谱中保留了时钟分量, 因此可以采用74HC4046锁相环芯片, 从曼彻斯特码中提取时钟信号。

2 系统测试

2.1 伪随机信号的衰减

固定衰减到100mV, 测得数据是94.8mV, 绝对误差为5.2mV;相对误差为5.2%。

幅值可调至100mV～TTL (FPGA输出约为3.3V) , 测得数据:96.3mV～大于3.3V。

2.2 低通滤波器性能测试

记录测试幅度:信号源输出5V (节选数据) 具体数据如表1所示。

2.3 眼图测试

引入噪声信号的眼图如图5所示。

3 测试分析

根据上述测试数据, 可以得出以下结论:

(1) 数字信号V1信号率为10kbps～100kbps, 按10k步进可调, 误差小于1%, 且输出为TTL电平, 且可以输出曼彻斯特码。

(2) 三个低通滤波器带外衰减不少于 40dB/十倍频程, 三个滤波器的截止频率分别为100kHz、200kHz、500kHz, 截止频率误差绝对值不大于 10%, 滤波器的通带增益在 0.2～4.0范围内可调。

(3) 伪随机信号发生器用来模拟信道噪声的数据率为 10Mbps, 误差绝对值不大于1%, 输出信号峰峰值为 100mV～TTL电平。

(4) 利用数字信号发生器的时钟信号, 显示数字信号V2a的眼图, 并测试眼幅度。

(5) 系统所设计的锁相环电路只能提取单一频率的时钟。

4 结束语

本系统使用常用的码型作为传输信号, 用低通滤波器来模拟传输信道, 采用锁相环技术提取时钟, 设计了数字信号传输特性分析仪, 具有一定的代表性和实际价值。系统设计采用FPGA作为系统核心单元, 使得系统具有较高的性能和较强的灵活性, 同时也具有良好的拓展性。实际测试结果良好, 可以实现基本码型的输出、信道的模拟和时钟的提取。系统可以通过以下方法予以优化, 如加入显示模块、摆脱传统的示波器显示眼图、加入眼图分析模块, 使得功能强大且操作人性化等。

参考文献

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[2]李学桂, 王晓明, 向国菊.数字通信系统位同步电路设计[J].青岛大学学报, 2000, 15 (1) :13-16.

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高性能数字信号处理器篇6

1 系统整体设计

1.1 数字信号发生模板

数字信号具有抗干扰能力强, 无噪声积累, 便于加密处理, 便于储存以及交换, 便于集成化和微型化等特点, 因此数字信号发生模板的设计十分重要。M序列数字信号可以通过寄存器智能化的排列组合生成, 其生成序列的速度十分迅速, 其次, 采用先进的单片机对DDS电路产生时钟周期信号。

1.2 伪随机信号发生模板

本设计使用有源晶振和移位寄存器的搭接来实现信号的发生, 同时有源晶振的不需要单独搭建电路, 便于搭建方便, 信号容易形成。根据这一设计方案, 生成信号的质量良好, 整体系统稳定, 同时具有很强的干扰性能, 其核心就在于10M有源晶振的应用。

1.3 数字信号分析电路

数字信号产生电路通常也被称作振荡器, 其主要根据产生信号的波形来进行分类, 分为正弦振荡电路和非正弦振荡电路。振荡电路的性能要达到输出的信号的频率和幅度要稳定且准确的地步才能符合标准, 一般来说, 稳定性的实现比准确度要难, 而频率稳定性的实现比幅度稳定性要难, 因此在设计中存在一定的困难。同时, 输出信号的波形, 波长以及失真度和工作效率都是考察数字信号产生电路的因素。数字信号产生电路后, 利用FPAG对曼彻斯特码进行数据分析和信号提取, 提取出信号里的时钟周期, 并最终以图像的形式呈现到眼图中。FPGA分析和提取信号的速度非常快, 可以达到几百兆的速率, 便于数字信号中时钟周期的提取。传统的信号发生器是由专门的芯片华和单片机来进行运作的, 而如今的信号发生器大多数是利用数字进行研发的, 更加具备实用性和综合性。

1.4 低通滤波电路

低通滤波电路可以相当于一个低通滤波器, 其主要是过滤信号的一种形式, 只有低频率的电路才能通过, 而高频率的电路则不能通过。其设计原理就是在电路中设置一个频率点, 电路中的信号频率都要经过这个频率点的测试, 而在数字信号电路中, 这个频率点也被称作截止频率点。低通过滤技术在电子电路, 图像模糊, 声学阻挡等领域被广泛利用, 它能够对模糊的图像以及噪音进行平滑处理修复。

2 理论分析与计算

2.1 理论计算与参数计算

数字信号产生器是由数字产生电路, 单片机以及8位线性反馈式寄存器组成的, 其m序列数字信号的参数计算是根据线性函数进行计算的, 其初始状态为a-1, a-2……a-8, 一次移位后变为a0, a-1, a-2……a-6, 那么经过n次移位后就会变成a7a8……a1a0.这一参数计算的核心在于移位寄存器的反馈连接以及序列的结构, 因此在设计中要重点研究分析这一知识点。而低通滤波器的参数计算主要依据三个截止频率为100K, 200K, 500K的模板来进行, 利用二阶无限增多函数来辅助计算, 最终得到准确的数据。

2.2 同步信号的提取原理

在数字信号分析电路中, 利用曼彻斯特码对数字信号进行分析提取, 主要提取出数字信号中的时钟信号。曼彻斯特码在前半段的提取中时钟周期原码是相同的, 在后半段中时钟周期和原码是相反的, 因此要采用数据选择器来进行筛选。在数据选择器中, 主要利用电平的高低来判定曼彻斯特码的信号为原码还是反码, 当时钟信号为高电平时, 曼彻斯特码信号为原码, 反之则为反码。

2.3 眼图的显示分析

眼图之所以被称作眼图, 是因为其形成的图像很像人的眼睛, 其图像是利用余辉方式叠加比特信号形成的。通常眼图的张开的宽度决定了图像不受干扰和再生的时间间隔, 因此最佳的眼图时刻就是眼睛张开最大的时候, 而眼图的斜率就是对系统误差敏感度的体现, 如果斜率越大, 则对误差的敏感度越大。数字信号在眼图中呈现出来的八种状态分别可以排查出对系统有干扰的因素, 主要是对Q因子, 消光比, 以及信号上升和下降时间等参数的计算来进行排查, 同时还能够核算出信号被相关因素影响的程度。Q因子主要是数字信号信噪比的参数, 体现出数字信号受噪音干扰的程度, Q因子越高, 信噪比就越高, 而眼图的质量就越好。通常情况下, 发送测光的Q因子不应小于14, 而接受测光的Q因子不因小于8。

3 系统电路与程序设计

系统电路与程序的设计的核心内容就是数字发生器的设计, 本设计主要以MSP430单片机作为信号发生器的芯片, 它将DDS线路的发出的方波信号进行信号分析提取, 提取出m序列数字信号里的时钟信号, 再利用线性八位寄存器发出不同频率和幅度的数字信号, 在一定频率范围进行调控, 最后显示出信号发生器的步进率。

4 系统测试与程序分析

系统的检测和程序的分析可以减小设计的误差, 同时排除干扰设计的因素。系统测试得出的相关的结果表明, 利用观察示波器中眼图的状态进行获取的, 利用观察眼图的宽度, 斜率来计算Q因子, 消光比以及信号上升和下降时间等参数, 来判定眼图存在干扰状态还是非干扰状态。同时, 本设计中的m序列数字信号的计算参数以及马曼彻斯特码可以通过利用示波器存储回放的方式来进行验证, 而低通滤波参数可以利用扫描仪测得滤波器性能来判定是否正确。经测试, 本设计中m序列数字信号参数, 曼彻斯特码以及低通滤波参数都符合设计标准, 而信号发生和提取模板的设计也符合规格, 因此整个系统的功能设计达到了各项指标。

5 结束语

综上所述, 在单片机数字信号传输性能分析仪的设计中, 设计环节是复杂且变化莫测的, 同时其工作也是交叉干扰的, 因此设计者要具备全面的知识体系。本设计系统主要以各种信号发生与提取模板, 低通滤波器, 反馈式寄存器以及示波器组成, 通过多组信号数据的验证和分析, 最终研究出符合标准的成果。

摘要：本文专门设计了一个由数字信号发生模板, 伪随机信号发生模板, 数字信号分析模板和低通滤波电路组成的数字信号分析仪。其设计核心就是由单片机及DDS电路产生数字信号, 由10M的有源晶振和寄存器产生伪随机信号。

关键词：单片机,数字信号,传输性能,分析仪

参考文献

[1]谭先锋.简易数学信号传输性能分析仪的设计[J].数字时代, 2013, (01) :98.

[2]刘军.数字信号传输性能分析仪设计[J].科学技术, 2014, (32) :92.

浅谈选择数字信号处理器的方法篇7

数字信号处理技术是一种先进的科学技术,其主要是把信号进行处理后运用数字的方式呈现出来,属于电子技术的研究范畴,数字信号处理器(DSP)则是这种技术研制而成的专用芯片产品[1]。我国市场经济的发展使得科学技术得到了显著提高,很多先进的科技产品被广泛运用于各个行业。数字信号处理器则是当前运用较多的数字产品之一,其在通信、计算机、军事等各个行业中的运用更加普遍。但由于每种用途的情况不一样,在使用数字信号处理器时必须要掌握正确的选择方法,这样才能保证产品的作用得到最大发挥。现阐述科学选择数字信号处理器的有效措施。

2. 科学选择数字信号处理器的意义.

数字信号处理器运用范围的增加,使得正确选择产品变得格外重要[2]。在我国通信、卫星、雷达、军事等各个行业中体现出了巨大的使用价值,见图1。科学选择数字信号处理器能够保证其使用性能的发挥,发挥出良好的运用效率,促进各个行业的不断发展。

(1)改善性能。

从实际运用情况看,数字信号处理器在使用过程中常会面临不同的故障形式。通过专家试验检测结果显示,导致处理器发生故障的因素近30%是由于产品信号选择不合理所致[3]。因此,准确选择适当的数字信号处理器能够改善产品性能。

(2)延长寿命。

早期使用过程中我们常常选择微处理器来对庞大的数字信号实时处理,但这种情况下运行速度较慢,达不到实际运用需要,且产品的使用时间较短。而选择信息的数字信号处理器后,不仅能加快其处理速度,还能延长该器件的使用时间。

(3)降低成本。

数字信号处理选择不当常会造成两个方面的问题:首先,用电量增多,长期使用导致电能消耗过大,给企业造成能源损失;其次,维修次数增多,出现故障后若不及时更换产品,则会增加故障的维修次数,这也是不小的经济支出[4]。

(4)改进技术。

一个配方的研制能够带动一个产业,可以促进社会经济形式的变化。对数字信号处理器的科学选择,在其运用价值发挥的同时也可以为新技术、新产品的研制创造条件,带来的是一个新项目、新生产、新技术,促进了旧信号处理器的更新。

3. 根据算法格式选择产品

当前,对于数字信号处理器采取的算法形式各不一样。但近94%的处理器采取了定点算法,也有的信号处理器选择了浮点算法。在具体的产品选择中要结合实际需要选择。尽管浮点算法运用比较普遍,但这种算法的难度较大,结合浮点数据能够创建出更大范围的数据动态情况[5]。从浮点算法的实际运用情况看,产品的设计、制造者往往对于其性能、精度没有太多的重视,此算法的优势在于编程操作简单,而资本投入较多,能量消耗大。此外,还需要注意定点算法情况,其在选择动态范围时常要通过多方面的检测预算[6]。一般情况下,若数字信号处理器的要求不高,需要较大的动态范围、较高的精度时,多数选择浮点DSP,见图2。

4. 参照数据宽度选择产品

字宽对于数据信号处理器而言是很重要的一个参数指标,其常常会决定DSP的成本消耗大小。这是因为字宽和产品的尺寸大小、管脚多数、存储空间等有着密切的联系,从而影响了产品的价格高低[7]。在使用数字信号处理器时可根据字宽情况来选择相应产品的型号样式、价格大小。通常,字宽越宽,尺寸越大,管脚越多,存储越大,价格更高。反之,价格更小。在设计使用产品时,多数使用者会从价格、性能两方面选择产品,参照据宽度选择则恰好能够达到这一要求。从原则上讲,只要产品的质量能够满足要求,多数主张选择小字宽的DSP来降低成本。

5. 结合运行速度选择产品

结合具体使用的“运行速度”要求来选择数字信号处理器也是常用的方法,其多数要根据处理器大小情况而定。对处理器进行检测中,多数采用对处理器的指令消耗时间实施测量,耗时越短,则处理速度越快。对产品处理器的速度进行分析时,需要结合其百万次操作每秒、百万次浮点操作每秒两个重要参数指标,每个指标带来的效果是不一样的[8]。另一方面,对处理器时钟速率分析中,数字信号处理器的输入时钟和指令速率相同,但在处理器型号上会有差异[9]。

6. 结束语

综上所述,随着科技技术的不断发展,数字信号处理器的运用更加普遍,科学地选择数字信号处理器具有非常重要的意义[10]。在使用过程中,我们必须要掌握正确的选择策略,在具体的产品选择中要结合实际需要进行科学地选择。科学选择数字信号处理器能够保证其使用性能的发挥,发挥出良好的运用效率,这样才能在达到使用性能的同时节约成本,保证产品的良好效率。

摘要：数字信号处理器则是当前运用较多的数字产品之一,在通信、计算机、军事等各个行业中的运用十分广泛。但由于每种用途的情况不一样,在使用数字信号处理器时必须要掌握正确的选择方法,才能保证产品的作用得到最大发挥。现阐述科学选择数字信号处理器的有效措施。

关键词：数字信号处理器,选择,方法,分析

参考文献

[1]张华国.分析数字信号处理器的使用性能指标[J].现代通信技术,2009,18(4):21-23.

[2]邱志义.我国DSP产品的最新研究进展[J].东南大学学报,2009,10(3):9-11.

[3]凡修文.探讨DSP性能在实际运用中的检测标准[J].电工电子技术,2009,20(11):77-79.

[4]朱德江.分析我国信号处理器的性能指标[J].山西通信,2008,14(7):11-12.

[5]黄少平.探究DSP在现代技术中的运用[J].电子技术,2008,14(9):22-24.

[6]陈子连.数字信号处理器各项指标的运用[J].技术研究,2007,19(12):46-48.

[7]王家仑.数字信号处理器与现代化工业[J].浙江大学学报,2008,33(9):111-113.

[8]周明龙.从国外DSP产品分析本国电子产品[J].上海海事大学学报,2006,40(20):39-41.

[9]华学明,吴毅雄,张勇,焦馥杰.数字信号处理器在焊接电源中的应用前景[A]第五届21世纪中国焊接技术研讨会论文专刊[C],2003.

高性能数字信号处理器篇8

数字信号处理器是专门用来对数字信号和模拟信号进行相互转换处理的一种工具, 就是用数学的方法处理被转换后的数字信号, 得到想要的结果。自从处理器出现以后, 因本身具有灵活、高速、低功耗、接口方便和能编程的一些特点, 在语音、图像、通用信号、图像处理等各领域起到了举足轻重的作用, 因它的成本低, 自动化控制应用的较多, 在很多地方都得到了广泛的应用。数字信号处理器是把程序和数据总线分离的结构, 比以往的处理速度和执行速度都要快很多, 在现代化的时代背景下, 数字信号处理器在计算机、电子产品以及通信领域成为必不可少的基础元件, “旗手”的称谓也由此而来。

2 新时期数字信号处理器的应用领域

2.1 电力系统自动化应用

截止到目前, 我国大量的微机产品使用的CPU都是单片机, 因为受到计算功能和硬件的限制, 采样能力以及速度都大大降低了, 即使测量非正常运行的软件, 无论在精确度还是在速度上, 都不能够让人满意, 一般的CPU对算法和基本功能的实现也胜任不了, 但数字信号处理器处理系统因特别的设计和数学运算特点, 对于信息处理来说都是得心应手的事情, 现在又推出了一个新的结构数字信号处理器+MCU, 把MCU和数字信号处理器进行资源整合, 不仅处理速度快, 而且功能还更加强大。变电站的许多元件都是自动化的, 开关量、模拟量不仅多而且分散, 对实时性的要求也高, 数字处理器能够做到精确处理、快速采集信息, 还可以实现多种机器多种任务同时进行操作, 达到灵活方便的操作方式, 接口多样化地发展, 让调速器、继电保护以及励磁这三种挂网监控更加方便。数字处理器设计方便, 使以后的设计更加快捷, 容易, 产品也更加可靠。随着以后处理器冗余设计更好掌握, 新技术的不断提高, 可能会实现水电站少人或者无人值守。

2.2 数字通讯应用

多媒体包含语言、图形、文字、数据和图像等。多媒体包含的数据大部分是音频数据和视频数据, 数据量非常大, 为了使多媒体系统速度更快, 必须先采用压缩码把这些庞大的数据量进行压缩, 占用更少的存储空间, 提高多媒体通信线路的效率, 增加多媒体终端快速处理信息的能力, 数字处理器在图像压缩、还原与语音编码得到了广泛应用, 现在的处理器已经实现了国标协议和语音的编解码方法, 包括移动通信的调制解调器和压缩语音都是采用了处理器。处理器已经能够实现中速和低速的相移键控、移频键控和正交调幅的调制解调。现在有一种新的无线电通信技术, 通过在一个平台上安装不相同的软件, 实现无线电台多功能通信的。还可以从无线发展到有限领域, 数字处理技术的日益成熟, 加上低功耗数字芯片的出现, 成为大家研究软件的热点, 软件无线电具有功能软件化、相互操作性好、系统结构通用等很多优点。其结构由五部分组成, a天线b射频转换器、数字信号处理器、电源A/D/A变换器。实现无线电的主要条件就是信号的数字化, 它就是先把功能结构和系统结构相互独立, 在一个平台上控制系统频宽、信源编码、调制方式以及工作频率, 加强系统灵活性。

2.3 工业控制应用

由于计算机学科、人工智能、传感器应用等学科的不断发展, 使机器人的研究更上了一个层次, 对机器人的控制要求也越来越高, 实时性、计算和数据量要求越来越严格, 采用高性能、快速的控制处理方式。把数字信号处理器用于控制机器人系统, 把处理器运算快速的特点发挥到极致, 也是以后不断发展的趋势, 数字芯片和数字处理器如果能组成并行网络, 也会提升控制系统的功能。

3 新时期数字信号处理器的发展趋势

数字信号处理器未来会向着几方面发展:

(1) 向系统集成处理器努力迈进, 把MPU芯核、外围电路、存储单元、信号处理器芯核集中在一个芯片上, 组成系统集成电路。

(2) 降低功耗与几何尺寸, 提高运算速度。

(3) 结合编程元件, 会发现数字信号处理器与FPGA器件结合能够处理许多信道, 实现高速运行, 满足多媒体、无线通信的高性能及多功能的要求。

(4) 在同一个信号处理器上能够开发不同系列的产品, 满足用户的不同需要, 这是可编程信号处理器的一大特点, 在升级上面也提供了好的途径, 微控制器能做的很多事情, 编程信号处理器能够做得更便宜更完善。

4 结束语

在信息化不断发展的时代, 数字信号的市场需求越来越多, 在数字影音和通讯领域影响日趋广泛, 依照目前的趋势, 数字处理器日后的发展会越来越快, 竞争会越来越激烈, 在以后的发展中肯定会受到社会的不断关注, 带动我国的科技事业不断发展。

参考文献

[1]靳越.DSP应用技术的研究[J].张家口职业技术学院学报, 2007 (01) .

[2]廖娜.DSP应用技术综述[J].科技信息, 2008 (32) .

[3]魏晓云, 陈杰, 曾云.DSP技术的最新发展及其应用现状[J].半导体技术, 2003 (09) .

[4]林健.DSP信号处理器的典型应用及前景展望[J].机电信息, 2004 (01) .

[5]张辉, 胡广书.DSP的特点、发展趋势与应用[J].电子产品世界, 2004 (09) .

[6]朱希志, 罗良进.纵谈DSP的发展及应用[J].电脑知识与技术, 2004 (35) .

[7]林菲, 珍花.DSP的应用如日中天[J].电子产品世界, 2005 (01) .

[8]许伟.DSP应用的结构和发展方向[J].电子技术应用, 1999 (03) .

高性能数字信号处理器篇9

1 系统硬件电路设计①

1.1 DSP处理器系统

完整的处理器系统是以TMS320F2812芯片为核心的最小系统。电源产生模块为系统各部分提供稳定的工作电压,保障系统的安全运行。ADC转换模块和SPI串行通信模块分别实现了数据的采集和传输。考虑到DSP的逻辑电压为3.3V,引脚带负载能力较弱,为了增强PWM/GPIO端口的驱动性能,采用74HC245芯片提高其带负载能力[3]。另外,处理器系统中还需要设计合适的复位电路和JTAG下载接口电路。整个系统的结构框图如图1所示。

1.2 ADC转换模块校正

TMS320F2812DSP的ADC转换模块是12位的,理论采样精度很高,但根据工程经验来看,其采样精度只能达到9位,约为0.2%。而且在实际生产应用中,由于受到温度、环境等因素的影响,ADC模块的精度会出现明显的下降,采样值与实际值之间出现较大的误差,甚至达到20%,ADC转换模块误差主要是由增益误差和偏移误差造成的[4]。如图2所示,理想的转换曲线是一条经过原点的以m为增益的直线,而实际的转换曲线的增益为M,偏移量为b,数字输出量y与模拟输入量x之间的关系为y=M×x+b。根据两个坐标数据即可求出未知参数增益M和偏移量b。

将通过两路基准电源VREFA和VREFB分别提供给ADC转换模块的两路采样通道ADCINA0和ADCINB0进行ADC转换,两路精准电源分别作为模拟量输入x1和x2,转换结果为数字输出量y1和y2,这样就可以计算出转换曲线的实际增益M和偏移量b:

基准电压VREFA和VREFB是将稳压电源TL431的输出电压Vout经电阻分压后得到的。根据电路原理(图3),可以得出:

1.3 DSP开发板和液晶显示模块

在原理图的基础上生成PCB图并完成DSP开发板的制作。

系统选用OCMJ8X15D字符型液晶显示屏,通过DSP的SPI串行接口实现数据通信[5]。液晶显示屏要求数据并行输入,需要通过移位器74HC595芯片完成数据的传送。

2 系统软件程序设计

DSP处理器是在CCS软件中进行基本的配置和编程的,需要在此软件下进行环境配置、源程序编辑、源程序链接、源程序调试及运行结果分析等操作[6]。

2.1 数字滤波软件

在工业生产应用中,所面临的数据采集对象往往是与电网相匹配的正弦交流信号。采用CCS与Matlab联合开发设计数字滤波器[7]。设置通带截止频率为50Hz,阻带截止频率为100Hz;通带纹波和阻带纹波为0.01d B;调整DSP定时器参数,将采样频率设置为1k Hz,利用窗函数法设计FIR滤波器。

Kaiser窗设计如下(设置δ=0.01):

根据计算所得数据参数在Matlab命令窗口中输入指令:b=firl(30,0.15,’low’,Kaiser(31,3.3953)),即可得出各阶滤波器的参数。设计数字滤波器的幅频和相频特性曲线如图4所示。

2.2 系统主程序