DSP在现代测控技术中的应用1161.pptxVIP

;1.1引言;;一般来讲，与模拟处理方式相比，数字处理方式在稳定性、可靠性和灵活性等方面具有明显的优势，数字化也是当前测控技术和仪器的一个重要发展方向，但由于模拟处理方式在实时性和射频、微波等方面具有优势，因此在当前技术下，数字处理方式决不可能全面替代模拟方式。

表1-1比较了模拟处理方式和数字处理方式的优缺点。;表1-1信号处理方式的比较;1.1.2数字信号处理系统的一般实现方法

数字信号处理是以众多学科为理论基础的，它所涉及的范围极其广泛。例如，在数学领域，微积分、概率统计、随机过程、数值分析等都是数字信号处理的基本工具，数字信号处理与网络理论、信号与系统、控制论、通信理论、故障诊断等也密切相关。近年来新兴的一些学科，如人工智能、模式识别、神经网络等，都与数字信号处理密不可分。可以说，数字信号处理把许多经典的理论体系作为自己的理论基础，同时又使自己成为一系列新兴学科的理论基础。;数字信号处理的实现方法一般有以下几种：

(1)用通用的可编程DSP芯片实现。与通用单片机相比，DSP芯片具有更加适合于数字信号处理的软件和硬件资源，可用于复杂的数字信号处理算法。

(2)在通用的计算机或工控机上用高级语言编写程序来实现。

(3)在通用计算机系统中加上专用的加速处理机来实现。

(4)用通用的单片机实现。由于单片机计算能力和计算速度的限制，这种方法可用于一些不太复杂的数字信号处理，如数字控制等。

(5)利用大规模可编程的逻辑器件(如FPGA)来实现。;(6)用专用的DSP芯片实现。在一些特殊的场合，要求的信号处理速度极高，用通用DSP芯片很难实现，例如专用于FFT、数字滤波、卷积、相关等算法的DSP芯片，这种芯片将相应的信号处理算法在芯片内部用硬件实现，无需进行编程。

上述常用的实现平台特点不同，各有优缺点，在实际工程中设计者应根据实际应用需求和应用条件来选择合适的实现平台，不存在哪种平台最优的问题。一般来讲，在上述几种方法中，第2种方法的缺点是速度较慢，一般可用于DSP??法的模拟；第3种和第6种方法专用性强，其应用受到很大的限制；第3种方法也不便于系统的独立运行；第4种方法只适用于实现简单的DSP算法；而第1种方法在数字信号处理的应用领域中具有明显的计算优势。;1.1.3数字信号处理器系统的一般构成

图1-1所示为DSP系统的一般构成。图1-1中的输入信号一般为各种形式的模拟信号，而且信号在采样之前也需要进行必要的调理。如果输入信号是数字信号，则可以省略采样环节，在调整到合适的电平后直接输入DSP。;;在许多情况下输入信号为模拟信号形式，因此，在应用DSP对信号进行处理之前必须对信号进行采样。按照采样定理的要求，采样频率应选择在信号最高频率的两倍以上，这样才能保证信号在采样过程中不会在频域发生混叠而破坏信号的有用信息。但是在实际工程中，输入信号往往包含着一定的噪声，这些噪声的频率又往往高于信号的最高频率，如果按照采样定理的要求直接对信号进行采样，则噪声往往会在采样时发生混叠，破坏信号的有用信息。因此，DSP系统一般在采样之前加一个低通滤波器，以滤除高于采样频率一半的频率分量，从而保证在采样过程中尽可能不发生混叠现象，该低通滤波器称为抗混叠滤波器。;DSP芯片的输入是A/D变换后得到的数字信号，通常DSP芯片对输入的数字信号进行某种形式的处理，如滤波或频谱分析。数字处理是DSP的关键，这与其他系统有很大的不同。例如，在电话交换系统中，处理器的作用主要是进行路由选择，它并不对输入数据进行修改。因此，虽然两者都是实时系统，但两者的实时约束条件却有很大的不同。最后，经过处理后的数字样值再经D/A变换转换为模拟样值，之后再进行内插和平滑滤波就可得到连续的模拟波形。

必须指出的是，上面给出的DSP系统模型是一个典型模型，并不是所有的DSP系统都必须具有模型中的所有部件。如有些系统输出仍需要数字信号，就不需要进行数/模变换；而一些系统输入信号本身就是数字信号，因此不必进行模/数变换。;1.1.4数字信号处理器系统的特点

在工程实践中可以以多种处理器为核心建立数字处理平台。相对于其他处理器来讲，以数字信号处理器为核心建立的数字信号处理器系统具有显著的特点，特别是在完成数字信号处理算法上具有明显的优势。

(1)可高速地完成数字信号处理算法。DSP最大的特点就是计算速度快，特别是在进行包含大量乘法的滤波、谱分析等数字信号处理算法时，其计算速度的优势就更为明显。;(2)体积小，功耗低。这一特点使用户可以方便地利用DSP组建各种实用的嵌入式硬件平台。

(3)接口方便。DSP系统与其他以现代数字技术为基础的系统或设备都是相