数字信号论文范文

数字信号论文范文第1篇

为了加强教学过程中学生学习的主动性、激发学习动力、培养正确的学习和思考方式以及加深对学习内容的理解，教学改革加强了对数字信号处理课程中所涉及的相关科技史内容的介绍。虽然教材也并没有这部分内容的介绍，但是通过互联网上的维基百科、百度百科等百科网站，以及国外大学中可供下载的数字信号处理课程课件，授课教师将所授课的课件内容进行了丰富，凡是涉及到有相关科技史的内容，都在教学中加以说明与介绍。具体的教学内容与教学方法改革如下：

1.1科学家成长经历的介绍

科学家之所以可以提出被广泛接受和应用的理论、公式、方法等成果，与他们的成长经历是分不开的。教学改革中添加了对科学家的家庭背景、成长经历、就学学校、对他产生影响的导师这些内容。比如在傅里叶变化的教学中，授课教师介绍了约瑟夫傅里叶因为幼年父母双亡，所以很小便被送入天主教本笃会接受教育，之后考入巴黎高等师范学校，毕业后在军队中教授数学，27岁时他到巴黎高等师范学校教书。这些经历对他后来傅里叶变换的提出起到了关键作用。

1.2科学成果所在年代的历史背景

获得科学成果所在年代的历史背景也是非常重要的内容。所在历史年代的特殊性给了科学家们特定的环境、氛围、机遇等等，使得他们有机会提出新的理论和方法。比如傅里叶所在的年代是18世纪末，当时正是拿破仑东征时期，傅里叶跟随拿破仑军队东征，被任命为下埃及的总督。由于英国舰队对法国人进行了封锁，所以他受命在当地生产军火为远征部队提供军火。这个时期，他向开罗埃及学院递交了几篇有关数学的论文。1816年他回到巴黎，六年后他当选了科学院的秘书，并发表了《热的分析理论》一文，此文是建立在牛顿的热传导理论的速率和温度差成正比的基础上。

1.3中外相同历史时期的对比

将中外历史进行对比，更有助于学生展开联想，容易想象和理解科学家所处时代的环境，从而更好地理解学习内容。仍以傅里叶为例，授课教师介绍了从十七世纪中后期到十九世纪欧洲科技史的发展，在数学课中提到的其他数学家，比如牛顿、拉普拉斯、柯西这些人与傅里叶的前后关系。同时傅里叶所在时期是中国的清朝时期，当时中国的情况、科技的发展又是怎样的。这些对比既增加了学生听课的兴趣，又便于他们理解内容。

2教学反馈与体会

通过对数字信号处理课程引入比以往教学中更多的科技史内容这一探索，授课教师获得了很多正面的反馈，对教学方法改革有了更为深切的体会，积极意义有以下三个方面：

2.1激发了学生的学习兴趣

科技史方面的介绍明显的激发了学生的学习兴趣。关于科学家具体人物的背景介绍更加吸引学生的注意力，大家会更加专注的去聆听授课教师的课程内容，有时会主动提出问题，讨论科学家的经历对他们发表成果的影响。而且课程当中不断回顾这些科技史的内容，会周期性的刺激学生，将暂时失去注意力的学生重新拉回到课堂上来。

2.2培养了学生正确的思考方法

科技史的介绍更加清楚的讲清楚了科学家是如何一步一步推演出最终结论的。传统的教学方式直接给出最终的结果、定理、定律，而新的教学方法更加符合科学发展的自然规律，从最初始的一个新想法，一直讲到最终理论的形成。这一思考方法更有利于学生的思考过程。未来学生在自己学习、从事科研活动中，会应用到这些正确的思考方法，更为容易的取得成果，推动科技进步。

2.3加深了对所学知识的理解

科技史的相关介绍增加了学生的学习热情，让他们有了更为清晰的学习思路，从而获得更好的学习成果。课堂互动、平时测验与期末考试的成绩，都反映出了教学改革之后学生对知识的理解更加深入、透彻，更好的掌握了数字信号处理的许多知识点。学生们也明显对与科学家直接相关的学习内容有更好的记忆力。

3结论

通过在数字信号处理课程中加入更多的有关科技史方面的介绍，在科学人物、历史背景、中外对比等几方面的改革与探索，学生的学习热情和学习效果有了明显的提高，获得学生的好评，取得了很好的效果。这种教学方法改革同样也可以使用在其他工程类专业课程当中，希望未来可以在不同课程中进步一探索，摸索出更加合理、适用的教学方法。

数字信号论文范文第2篇

1.1电路的组成该多路数字信号发生器主要由四个部分组成：（1）电源电路。（2）输入选择电路。（3）输出驱动电路。（4）主机电路。

1.2电源电路其中电源电路主要是给整机电路提供稳定的电压和电流的，能够让电路工作在抗干扰能力强的电源电路环境下；该工作电路的电压通常给单片机能够提供正常工作的+5V电压（TTL电路电平），并且能够提供18V（CMOS电路电平）电压，考虑到整机的用电电压、电流以及单片机的抗干扰要求，采用一般的三端稳压器组成电源电路，再外加滤波措施，这种电路更能保证电路稳定、长时间工作。

1.3输入选择电路输入电路选择和控制信号来自于工作参数设置开关和工作状态控制开关。输入信号为直流电平，幅度为5V。根据所需的选择控制方式和数量，拟采用独立式非编码的键盘电路实现输入信号的选择；具体选择和控制开关设计如下：（1）工作状态控制开关K0；（2）信号序列选择开关K1、K2；其中K1—代表穷举测试序列的选择开关。其中K2—代表走步测试序列的选择开关。（3）输出频率选择开关KF（在主机电路中）分别为100KHZ、10KHZ、1KHZ三个档位。（4）输出信号幅度选择开关Ku(在输出驱动电路中)分别为5V、18V两档。

1.4输出驱动电路输出驱动电路首先要把单片机给出的两个8位的信号组合成16位电路信号输出，再根据输出信号幅度选择开关的设置输出相应的信号电平。其中，根据输出信号的电平变化和驱动能力要求，输出的两个8位信号通过锁存器实现8到16的组合，用高压输出驱动器完成电平变化和驱动要求。

1.5主机部分主机电路根据信号序列和频率变化的要求，拟采用单片机AT89C51实现所需的控制处理功能，通过软件编程的方法实现电路所要达到的功能。

2电路的主要实现原理

多路数字信号发生器是一个能够输出16位的数字信号源，它能够产生满足数字电路检测用的多路数字序列信号。通过AT89C51单片机为核心部分，通过单片机控制电路输出的序列，本电路可以产生两种序列，一种是‘穷举’测试信号序列，这种序列即为216个16路信号；一种是‘走步’测试信号序列，即为每路逐个输出“0”,与每路逐个输出“1”组合。这些序列通过单片机I/O口输出，在经过地址锁存器将所输出的信号进行锁存输出，就得到想要的16位数字信号。如果我们需要模拟信号，可经过将正弦波，三角波波形数据做成波形表，用查表法来输出波形数据。经D/A（DAC0832）转换输出波形。AT89C51有4KB的程序内存可以用来存储运行程序,而128B的RAM则可用来保存波形参数及用户自定的外部波形的数据。由于是数字合成技术,因此该信号源可以产生多种波形。在频率的选择上多路数字信号发生器通过AT89C51单片机和电路，通过软件编程的方法控制频率的输出，输出的频率分别为1KHz、10KHz、100KHz三个档位。

3总结

多路数字信号是时展的需要，也是科技发展的必然产物，多路数字信号发生器能够提供更为方便，精确、清晰的波形图，并且它的频率分辨率高、系统工作稳定性好、使用方便，具有很强的实用价值，是学校、企业、科研单位必不可少的仪器。

数字信号论文范文第3篇

另外一类是需要用复杂算法对大量数据进行处理的应用，例如声纳探测和地震探测等，也需要用DSP器件。该类设备的批量一般较小、算法要求苛刻、产品很大而且很复杂。所以设计工程师在选择处理器时会尽量选择性能最佳、易于开发并支持多处理器的DSP器件。有时，设计工程师更喜欢选用现成的开发板来开发系统而不是从零开始硬件和软件设计，同时可以采用现成的功能库文件开发应用软件。

在实际设计时应根据具体的应用选择合适的DSP。不同的DSP有不同的特点，适用于不同的应用，在选择时可以遵循以下要点。

算法格式

DSP的算法有多种。绝大多数的DSP处理器使用定点算法，数字表示为整数或-1.0到+1.0之间的小数形式。有些处理器采用浮点算法，数据表示成尾数加指数的形式：尾数×2指数。

浮点算法是一种较复杂的常规算法，利用浮点数据可以实现大的数据动态范围(这个动态范围可以用最大和最小数的比值来表示)。浮点DSP在应用中，设计工程师不用关心动态范围和精度一类的问题。浮点DSP比定点DSP更容易编程，但是成本和功耗高。

由于成本和功耗的原因，一般批量产品选用定点DSP。编程和算法设计人员通过分析或仿真来确定所需要的动态范围和精度。如果要求易于开发，而且动态范围很宽、精度很高，可以考虑采用浮点DSP。

也可以在采用定点DSP的条件下由软件实现浮点计算，但是这样的软件程序会占用大量处理器时间，因而很少使用。有效的办法是“块浮点”，利用该方法将具有相同指数，而尾数不同的一组数据作为数据块进行处理。“块浮点”处理通常用软件来实现。

数据宽度

所有浮点DSP的字宽为32位，而定点DSP的字宽一般为16位，也有24位和20位的DSP，如摩托罗拉的DSP563XX系列和Zoran公司的ZR3800X系列。由于字宽与DSP的外部尺寸、管脚数量以及需要的存储器的大小等有很大的关系，所以字宽的长短直接影响到器件的成本。字宽越宽则尺寸越大，管脚越多，存储器要求也越大，成本相应地增大。在满足设计要求的条件下，要尽量选用小字宽的DSP以减小成本。

在关于定点和浮点的选择时，可以权衡字宽和开发复杂度之间的关系。例如，通过将指令组合连用，一个16位字宽的DSP器件也可以实现32位字宽双精度算法(当然双精度算法比单精度算法慢得多)。如果单精度能满足绝大多数的计算要求，而仅少量代码需要双精度，这种方法也可行，但如果大多数的计算要求精度很高，则需要选用较大字宽的处理器。

请注意，绝大多数DSP器件的指令字和数据字的宽度一样，也有一些不一样，如ADI(模拟器件公司)的ADSP-21XX系列的数据字为16位而指令字为24位。

DSP的速度

处理器是否符合设计要求,关键在于是否满足速度要求。测试处理器的速度有很多方法，最基本的是测量处理器的指令周期，即处理器执行最快指令所需要的时间。指令周期的倒数除以一百万，再乘以每个周期执行的指令数，结果即为处理器的最高速率，单位为每秒百万条指令MIPS。

但是指令执行时间并不能表明处理器的真正性能，不同的处理器在单个指令完成的任务量不一样，单纯地比较指令执行时间并不能公正地区别性能的差异。现在一些新的DSP采用超长指令字(VLIW)架构，在这种架构中，单个周期时间内可以实现多条指令，而每个指令所实现的任务比传统DSP少，因此相对VLIW和通用DSP器件而言，比较MIPS的大小时会产生误导作用。

即使在传统DSP之间比较MIPS大小也具有一定的片面性。例如，某些处理器允许在单个指令中同时对几位一起进行移位，而有些DSP的一个指令只能对单个数据位移位；有些DSP可以进行与正在执行的ALU指令无关的数据的并行处理(在执行指令的同时加载操作数)，而另外有些DSP只能支持与正在执行的ALU指令有关的数据并行处理；有些新的DSP允许在单个指令内定义两个MAC。因此仅仅进行MIPS比较并不能准确得出处理器的性能。

解决上述问题的方法之一是采用一个基本的操作(而不是指令)作为标准来比较处理器的性能。常用到的是MAC操作，但是MAC操作时间不能提供比较DSP性能差异的足够信息，在绝大多数DSP中，MAC操作仅在单个指令周期内实现，其MAC时间等于指令周期时间，如上所述，某些DSP在单个MAC周期内处理的任务比其它DSP多。MAC时间并不能反映诸如循环操作等的性能，而这种操作在所有的应用中都会用到。

最通用的办法是定义一套标准例程，比较在不同DSP上的执行速度。这种例程可能是一个算法的“核心”功能，如FIR或IIR滤波器等，也可以是整个或部分应用程序(如语音编码器)。图1为使用BDTI公司的工具测试的几款DSP器件性能。

在比较DSP处理器的速度时要注意其所标榜的MOPS(百万次操作每秒)和MFLOPS(百万次浮点操作每秒)参数，因为不同的厂商对“操作”的理解不一样，指标的意义也不一样。例如，某些处理器能同时进行浮点乘法操作和浮点加法操作，因而标榜其产品的MFLOPS为MIPS的两倍。

其次，在比较处理器时钟速率时，DSP的输入时钟可能与其指令速率一样，也可能是指令速率的两倍到四倍，不同的处理器可能不一样。另外，许多DSP具有时钟倍频器或锁相环，可以使用外部低频时钟产生片上所需的高频时钟信号。

存储器管理

DSP的性能受其对存储器子系统的管理能力的影响。如前所述，MAC和其它一些信号处理功能是DSP器件信号处理的基本能力，快速MAC执行能力要求在每个指令周期从存储器读取一个指令字和两个数据字。有多种方法实现这种读取，包括多接口存储器(允许在每个指令周期内对存储器多次访问)、分离指令和数据存储器(“哈佛”结构及其派生类)以及指令缓存(允许从缓存读取指令而不是存储器，从而将存储器空闲出来用作数据读取)。图2和图3显示了哈佛存储器结构与很多微控制器采用的“冯·诺曼”结构的差别。

另外要注意所支持的存储器空间的大小。许多定点DSP的主要目标市场是嵌入式应用系统，在这种应用中存储器一般较小，所以这种DSP器件具有小到中等片上存储器(4K到64K字左右)，备有窄的外部数据总线。另外，绝大多数定点DSP的地址总线小于或等于16位，因而可外接的存储器空间受到限制。一些浮点DSP的片上存储器很小，甚至没有，但外部数据总线宽。例如TI公司的TMS320C30只有6K片上存储器，外部总线为24位，13位外部地址总线。而ADI的ADSP2-21060具有4Mb的片上存储器，可以多种方式划分为程序存储器和数据存储器。

选择DSP时，需要根据具体应用对存储空间大小以及对外部总线的要求来选择。

开发的简便性

对不同的应用来说，对开发简便性的要求不一样。对于研究和样机的开发，一般要求系统工具能便于开发。而如果公司在开发下一代手机产品，成本是最重要的因素，只要能降低最终产品的成本，一般他们愿意承受很烦琐的开发，采用复杂的开发工具(当然如果大大延迟了产品上市的时间则是另一回事)。

因此选择DSP时需要考虑的因素有软件开发工具(包括汇编、链接、仿真、调试、编译、代码库以及实时操作系统等部分)、硬件工具(开发板和仿真机)和高级工具(例如基于框图的代码生成环境)。利用这些工具的设计过程如图4所示。

选择DSP器件时常有如何实现编程的问题。一般设计工程师选择汇编语言或高级语言(如C或Ada)，或两者相结合的办法。现在大部分的DSP程序采用汇编语言，由于编译器产生的汇编代码一般未经最优化，需要手动进行程序优化，降低程序代码大小和使流程更合理，进一步加快程序的执行速度。这样的工作对于消费类电子产品很有意义，因为通过代码的优化能弥补DSP性能的不足。

使用高级语言编译器的设计工程师会发现，浮点DSP编译器的执行效果比定点DSP好，这有几个原因：首先，多数的高级语言本身并不支持小数算法；其次，浮点处理器一般比定点处理器具有更规则的指令，指令限制少，更适合编译器处理；第三，由于浮点处理器支持更大的存储器，能提供足够的空间。编译器产生的代码一般比手动生成的代码更大。

不管是用高级语言还是汇编语言实现编程，都必须注意调试和硬件仿真工具的使用，因为很大一部分的开发时间会花在这里。几乎所有的生产商都提供指令集仿真器，在硬件完成之前，采用指令集仿真器对软件调试很有帮助。如果所用的是高级语言，对高级语言调试器功能进行评估很重要，包括能否与模拟机和/或硬件仿真器一起运行等性能。

大多数DSP销售商提供硬件仿真工具，现在许多处理器具有片上调试/仿真功能，通过采用IEEE1149.1JTAG标准的串行接口访问。该串行接口允许基于扫描的仿真，即程序员通过该接口加载断点，然后通过扫描处理器内部寄存器来查看处理器到达断点后寄存器的内容并进行修改。

很多的生产商都可以提供现成的DSP开发系统板。在硬件没有开发完成之前可用开发板实现软件实时运行调试，这样可以提高最终产品的可制造性。对于一些小批量系统甚至可以用开发板作为最终产品电路板。

支持多处理器

在某些数据计算量很大的应用中，经常要求使用多个DSP处理器。在这种情况下，多处理器互连和互连性能(关于相互间通信流量、开销和时间延迟)成为重要的考虑因素。如ADI的ADSP-2106X系列提供了简化多处理器系统设计的专用硬件。

电源管理和功耗

DSP器件越来越多地应用在便携式产品中，在这些应用中功耗是一个重要的考虑因素，因而DSP生产商尽量在产品内部加入电源管理并降低工作电压以减小系统的功耗。在某些DSP器件中的电源管理功能包括：a.降低工作电压：许多生产商提供低电压DSP版本(3.3V,2.5V,或1.8V)，这种处理器在相同的时钟下功耗远远低于5V供电的同类产品。

b.“休眠”或“空闲”模式：绝大多数处理器具有关断处理器部分时钟的功能，降低功耗。在某些情况下，非屏蔽的中断信号可以将处理器从“休眠”模式下恢复，而在另外一些情况下，只有设定的几个外部中断才能唤醒处理器。有些处理器可以提供不同省电功能和时延的多个“休眠”模式。

c.可编程时钟分频器：某些DSP允许在软件控制下改变处理器时钟，以便在某个特定任务时使用最低时钟频率来降低功耗。

d.控制：一些DSP器件允许程序停止系统未用到的电路的工作。

不管电源管理特性怎么样，设计工程师要获得优秀的省电设计很困难，因为DSP的功耗随所执行的指令不同而不同。多数生产商所提供的功耗指标为典型值或最大值，而TI公司给出的指标是一个例外，该公司的应用实例中详细地说明了在执行不同指令和不同配置下的功耗。

成本因素

在满足设计要求条件下要尽量使用低成本DSP，即使这种DSP编程难度很大而且灵活性差。在处理器系列中，越便宜的处理器功能越少，片上存储器也越小，性能也比价格高的处理器差。

封装不同的DSP器件价格也存在差别。例如，PQFP和TQFP封装比PGA封装便宜得多。

在考虑到成本时要切记两点。首先，处理器的价格在持续下跌；第二点，价格还依赖于批量，如10,000片的单价可能会比1,000片的单价便宜很多。

本文小结

数字信号论文范文第4篇

1.1时域采样定理离散时间信号是从连续时间信号通过等间隔采样得到的，因此，弄清采样得到的信号与原始信号的关系是必要的，其中最重要的就是信号经过采样以后，信号信息会不会丢失？如果不丢失，即从采样信号无失真恢复出原始信号应该具备那些条件？也就是采样频率如何来确定的问题。在讲述之前，首先让学生观察如图1所示图形。通过观察图1所示图形的类比，积极引导让学生找出其中的差异。图1为某单一频率信号，由图1可看出，当在一个周期内采集8个采样点的时候，可以很轻松的恢复出原来模拟信号的样子；当采样点数减少4个的时候，一样可以看得出原模拟信号的包络；继续减少采样点数为2个时，仍可以观察得到信号的大致形状；但当采样点数为1个时，就无法确定原模拟信号的形状了，从而可以得到一个近似的结果，也就是一个周期内至少有两个采样点，即fs＞2fc。同学们有了一个直观的认识后，再根据推导得出结论，学生接受起来就变的容易，记忆也更深刻。

1.2频率分辨率频率分辨率在信号谱分析中是一个非常重要的概念，它反应了将两个相邻谱峰分开的能力，是分辨两个不同频率分量的最小间隔。频域采样间隔F=fs/N=1/NT=1/Tp，而文献中指出F=fs/N称为计算分辨率，即该分辨率是靠计算得到的，但它不反映真实的频率分辨率能力。F=1/Tp称为物理分辨率，补零仅仅提高了物理分辨率，而要得到高分辨率谱，则要通过增加数据记录。这让学生很难理解，教师也不好描述，以Matlab程序辅助图形讲解，如图2所示的两个模拟信号，通过图2可观察到的信号截取的有效长度对频率确定的影响。（a）只能观察到正弦信号很短的时间，不能测量其频率。（b）观察到周期的一半，可以估计出其频率，但有很大的不确定性。（c）观察到两个周期，不确定性被大大降低。

2例题图示引导法

双线性变换法与脉冲响应不变法相比其主要优点是避免了频率响应的混叠现象，但它的优点以频率的严重非线性为代价的。对于分段常数型的滤波器，双线性变换后，仍得到幅频特性为分段常数的滤波器，但是各个分段的边缘的临界频率发生了畸变，需要进行预畸变。

3类比法

拉普拉斯变化可以理解为是一种广义的傅立叶变换，它把频域扩展为复频域，扩大了信号的变换范围，并为分析系统响应提供了统一的规范方法。即H（s）为H（j赘）的推广。具体方法是：信号（ft）之所以不能满足绝对可积的条件，是当t寅∞或t寅-∞时，（ft）不为零，若用一个实指数函数e-滓t去乘（ft），只要滓的数值选择适当，就可以使收敛条件成立，e-滓t称为收敛因子。此时傅立叶变换公式变为。与所学过的知识，类比讲述，学生很容易掌握并且不容易忘记。这样的例子还很多，包括时域采样定理与频域采样，FIR滤波器的窗函数法和频率采样法等知识点的类比法。

4结论

形象化教学法、例题教学法、类比教学法等教学方法的运用使数字信号处理的一些知识点形象化、通俗化、直观化,使数字信号处理的学习变得情趣盎然、深入浅出，体现了一直倡导的理论教学要与实际相结合的教学方法。教学实践证明，形象化教学特别适合于这些理论性强，知识点多，学时少课程的教学；而类比教学法，体现了课程之间的连续性，相似性，特别适合数字信号处理这种与前修课程知识点紧密联系的课程。多样化教学方法明显提高了学生的学习兴趣，调动了学习的积极性，提高了教学效果，深受学生们欢迎。

数字信号论文范文第5篇

信号处理中许多信号都要进行相关性分析，牵涉到信号相关的问题往往都会涉及大型的数据集。互相关，也称为“互协方差”。在智能信号处理相关领域中，是用来表示两个信号之间相似性的一个度量。互相关性可以通过与确定信号比较，来寻找不确定信号的特性，它是确定信号与不确定信号之间相对于时间的一个函数，也可以称为滑动点积。在模式识别以及密码分析学等很多领域，信号的互相关性都有广泛的应用［5］。

1．1相关函数的定义互相关是统计学中用来表示两个随机矢量X和Y之间的协方差cov(X，Y)，与矢量X的“协方差”概念相区分，矢量X的“协方差”是X的各标量成分之间的协方差矩阵。自相关是对信号相关程度的一种度量，也就是说自相关可以看作是信号与自身的延迟信号相乘后的乘积进行积分运算，随机信号的自相关函数与其功率谱是傅氏变换对(随机信号无法得到具体的函数表达式，只有其统计信息)，通过对接受信号的自相关运算可以进行频谱分析。同时，自相关在信号检测中也有很重要的作用，是在误码最小原则下的最佳接收准则［6］。

1．2信号处理中矩阵的相关性分析一个自适应系统输入的有用信号可以是确定信号或随机信号，而输入信号中不可避免的混有噪声或干扰，在频域考虑可能是窄带的也可能是宽带的［7］。一个自适应系统的输入信号和信号特性，通常对该系统的结构和性能起重要作用，输入信号用向量的形式表示，隐去时间函数，则信号向量X可以表示为。矩阵分析作为一种重要的数学工具，在信号与信息处理领域起着不可替代的作用。由于在现代信号处理、图像处理，以及通信相关领域中的操作和运算中，为了满足性能需要，所以对数据的吞吐量有极高的要求，其中很多操作都必须实时完成，所以对相关算法的实现速度就有了很高的要求。在数字信号处理中，大部分处理信号和图像的算法具有局部化、计算数据密集以及海量的矩阵运算等特点，所以为了提高算法的实现速度，寻找一种高速矩阵运算和高速密集型数据运算的方法对很多在数字信号处理中应用的复杂算法是十分有意义的［8］。

2GPU上大型矩阵快速运算的具体实现

在GPU中实现矩阵的快速乘法时，不仅要保证运算的精度问题，同时，也要保证运算的效率，提高运算的速度。所以，根据GPU的硬件结构，应该设计一种矩阵分块和内存分配方法［9］，以便减少内存的访问次数。

2．1运算精度目前对于很多GPU来说，其只支持32b浮点数运算，所以在大量数据累加时，后面的数字位数一定被舍去过多，从而导致了运算结果的精度下降。而CUDA的浮点数运算是符合IEEE754运算精度标准的，因此，可以利用Kahan求和公式来提高运算的精度，具体流程伪代码如下。虽然Kahan求和公式在优化运算结果精度的同时增加了每个线程的运算量，但对于GPU来说，并没有内存存取的动作，所以对整体的运算效率影响很小，并且精度问题是整体运算结果的前提保证，所以这一步骤是十分必要的。

2．2矩阵分块由于CUDA平台一个线程块只同时支持512个线程并行工作，所以只有当内存控制器从某个固定倍数地址开始读取时，工作效率最高。解决这个问题最好的办法就是将大矩阵分解为16×16的小矩阵，这样每一个线程块就同时使用256个线程并行计算。所以小矩阵就可以完全加载到高速共享内存中，同时小矩阵自身乘法也不需要再存取外部内存。为了方便进行线程块的计算，对于两个矩阵A和B，可以分别为每个线程块分配16×16个线程，再建立(m/16)×(n/16)个线程块。但是，由于参加运算的矩阵阶不一定是16的倍数，所以对于最后一次分块，程序可以利用判断语句来控制。即:如果本线程的矩阵块没有超出A、B的阶数，就进行分块;如果超出，则只运算原始矩阵剩下的部分。

2．3内存分配为了使GPU高效率工作，在矩阵A和B的分块矩阵初始内存空间时，直接把内存大小配置成16的倍数，并在复制矩阵到显卡内存之前，将其清零。这种处理方法充分利用了GPU的硬件结构特点，满足GPU高效率读取内存的原则［10］。并且，CUDA提供的cudaMallocPitch()函数就可以满足该要求，它是一种节距分配，可以使分配的内存在硬件中的节距对齐，以提高共享内存的访问速度，并返回指向已分配内存的指针。

3实验结果与分析

在进行信号相关性分析的时候，往往计算量比较大，随着信号处理中矩阵的阶数不断增加，如果仅仅基于CPU的传统的串行算法，大大增加了计算所耗费的时间。在进行矩阵的相关性分析计算的过程中，实验环境配置见表1。分别对不同大小的一维矩阵进行相关性分析计算，矩阵的大小见表2。通过对矩阵A的列两两进行交叉相关性计算，产生一个一个大型矩阵输出，然后分别得出计算不同矩阵大小情况下相关性计算CPU和GPU所耗费的时间，分析计算出加速比。对不同大小的二维矩阵进行相关性分析计算，矩阵的大小见表3。对其中一个矩阵固定其大小，另外一个矩阵不断增大，对两个矩阵做二维的相关性计算，分别得出其基于CPU和GPU的相关性计算所耗费的时间，分析计算出加速比。由实验结果图3、图4可以得出，单一矩阵基于CPU和GPU进行相关性计算的的加速比最高达到了14.5倍，二维矩阵基于CPU和GPU进行相关性计算的加速比最高达到了5.3倍，二维矩阵的相关性计算涉及的数据量和计算量较大，通过计算时间可以看出基于GPU的相关性计算所耗费时间明显少于基于CPU下的相关性计算。通过实验对比可以得到随着矩阵的不断增大，进行相关性计算所用的时间不断增加，基于CPU的传统计算方式所耗费的时间增大幅度远远大于基于GPU的并行计算方式。因此基于GPU的并行加速数字信号处理中相关性算法效率明显高于传统的基于CPU的串行算法。

4结论

在进行信号相关性分析的时候，往往计算量比较大，随着信号处理中矩阵的阶数不断增加，如果仅仅基于CPU的传统的串行算法，大大增加了计算所耗费的时间。由实验结果可以得出，随着向量矩阵的不断增加，GPU的计算优势越来越明显，大大提高了计算的效率，产生更高的加速比，并且随着矩阵的不断增加，GPU计算所产生的加速比越来越明显。在智能信号处理、数字通信、地质、土地资源管理以及其他科学和工程领域中，都很广泛的应用到了信号的相关性分析技术。特别是在通信技术相关领域中，随着无线信号频率不断的提高，对于信号处理的复杂性和计算密集性，传统的DSP技术已经不能满足信号处理的实时性要求，随着图形处理器(GPU)性能的飞速发展，以及其在可编程方面最新的进步和强大的并行运算能力，所以现代GPU技术的发展给通信信号处理领域带来了新的希望。

数字信号论文范文第6篇

摘要：数字信号处理(DSP)系统由于受运算速度的限制，其实时性在相当的时间内远不如模拟信号处理系统。从80年代至今的十多年中，DSP芯片在运算速度、运算精度、制造工艺、芯片成本、体积、工作电压、重量和功耗方面取得了划时代的发展，开发工具和手段不断完善。DSP芯片有着非常快的运算速度，使许多基于DSP芯片的实时数字信号处理系统得以实现。目前，DSP芯片已应用在通信、自动控制、航天航空及医疗领域，取得了相当的成果。在载人航天领域，基于DSP芯片的技术具有广阔的应用前景。

TheDevelopmentandApplicationsofDigitalSignalProcessing(DSP)-chip

Abstract:Duetothelimitationofoperationspeed，realtimeperformanceofdigitalsignalprocessing(DSP)systemisfarfromthatofanalogsignalprocessingsystemindecadesago.Sinceearly80’s，DSPchipshavebeengreatlyimprovedinthefollowingaspects:operationspeed，computationprecision，fabricationtechnics，cost，chipvolume，operationalpowersupplyvoltage，weightandpowerconsumption.Furthermore，developmenttoolsandmethodshavebeendevelopedgreatly.ModernDSPchipscanbeoperatedveryfast，whichmaketheimplementationofmanyDSPbasedsignalprocessingsystempossible.NowDSPchipshavebeenwidelyappliedsuccessfullyincommunication，automaticcontrol，aerospaceandmedicine.DSPbasedtechnologyhasverypromisingfutureinmannedspaceflightarea.

Keywords:digitalsignalprocessing(DSP);chip;development;application

数字信号处理作为信号和信息处理的一个分支学科，已渗透到科学研究、技术开发、工业生产、国防和国民经济的各个领域，取得了丰硕的成果。对信号在时域及变换域的特性进行分析、处理，能使我们对信号的特性和本质有更清楚的认识和理解，得到我们需要的信号形式，提高信息的利用程度，进而在更广和更深层次上获取信息。数字信号处理系统的优越性表现为：1.灵活性好：当处理方法和参数发生变化时，处理系统只需通过改变软件设计以适应相应的变化。2.精度高：信号处理系统可以通过A/D变换的位数、处理器的字长和适当的算法满足精度要求。3.可靠性好：处理系统受环境温度、湿度，噪声及电磁场的干扰所造成的影响较小。4.可大规模集成：随着半导体集成电路技术的发展，数字电路的集成度可以作得很高，具有体积小、功耗小、产品一致性好等优点。

然而，数字信号处理系统由于受到运算速度的限制，其实时性在相当长的时间内远不如模拟信号处理系统，使得数字信号处理系统的应用受到了极大的限制和制约。自70年代末80年代初DSP(数字信号处理)芯片诞生以来，这种情况得到了极大的改善。DSP芯片，也称数字信号处理器，是一种特别适合进行数字信号处理运算的微处理器。DSP芯片的出现和发展，促进数字信号处理技术的提高，许多新系统、新算法应运而生，其应用领域不断拓展。目前，DSP芯片已广泛应用于通信、自动控制、航天航空、军事、医疗等领域。

DSP芯片的发展

70年代末80年代初，AMI公司的S2811芯片，Intel公司的2902芯片的诞生标志着DSP芯片的开端。随着半导体集成电路的飞速发展，高速实时数字信号处理技术的要求和数字信号处理应用领域的不断延伸，在80年代初至今的十几年中，DSP芯片取得了划时代的发展。从运算速度看，MAC（乘法并累加）时间已从80年代的400ns降低到40ns以下，数据处理能力提高了几十倍。MIPS（每秒执行百万条指令）从80年代初的5MIPS增加到现在的40MIPS以上。DSP芯片内部关键部件乘法器从80年代初的占模片区的40%左右下降到小于5%，片内RAM增加了一个数量级以上。从制造工艺看，80年代初采用4μm的NMOS工艺而现在则采用亚微米CMOS工艺，DSP芯片的引脚数目从80年代初最多64个增加到现在的200个以上，引脚数量的增多使得芯片应用的灵活性增加，使外部存储器的扩展和各个处理器间的通信更为方便。和早期的DSP芯片相比，现在的DSP芯片有浮点和定点两种数据格式，浮点DSP芯片能进行浮点运算，使运算精度极大提高。DSP芯片的成本、体积、工作电压、重量和功耗较早期的DSP芯片有了很大程度的下降。在DSP开发系统方面，软件和硬件开发工具不断完善。目前某些芯片具有相应的集成开发环境，它支持断点的设置和程序存储器、数据存储器和DMA的访问及程序的单部运行和跟踪等，并可以采用高级语言编程，有些厂家和一些软件开发商为DSP应用软件的开发准备了通用的函数库及各种算法子程序和各种接口程序，这使得应用软件开发更为方便，开发时间大大缩短，因而提高了产品开发的效率。

目前各厂商生产的DSP芯片有：TI公司的TMS320系列、AD公司的ADSP系列、AT&T公司的DSPX系列、Motolora公司的MC系列、Zoran公司的ZR系列、Inmos公司的IMSA系列、NEC公司的PD系列等。

通用DSP芯片的特点1.在一个周期内可完成一次乘法和一次累加。

2.采用哈佛结构，程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据。

3.片内有快速RAM，通常可以通过独立的数据总线在两块中同时访问。

4.具有低开销或无开销循环及跳转硬件支持。

5.快速中断处理和硬件I/O支持。

6.具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器。

7.可以并行执行多个操作。

8.支持流水线操作，取指、译码和执行等操作可以重叠进行。

DSP芯片的应用

随着DSP芯片性能的不断改善，用DSP芯片构造数字信号处理系统作信号的实时处理已成为当今和未来数字信号处理技术发展的一个热点。随着各个DSP芯片生产厂家研制的投入，DSP芯片的生产技术不断更新，产量增大，成本和售价大幅度下降，这使得DSP芯片应用的范围不断扩大，现在DSP芯片的应用遍及电子学及与其相关的各个领域。

典型应用(1)通用信号处理：卷积，相关，FFT，Hilbert变换，自适应滤波，谱分析，波形生成等。(2)通信：高速调制/解调器，编/译码器，自适应均衡器，仿真，蜂房网移动电话，回声/噪声对消，传真，电话会议，扩频通信，数据加密和压缩等。(3)语音信号处理：语音识别，语音合成，文字变声音，语音矢量编码等。(4)图形图像信号处理：二、三维图形变换及处理，机器人视觉，电子地图，图像增强与识别，图像压缩和传输，动画，桌面出版系统等。(5)自动控制：机器人控制，发动机控制，自动驾驶，声控等。(6)仪器仪表：函数发生，数据采集，航空风洞测试等。(7)消费电子：数字电视，数字声乐合成，玩具与游戏，数字应答机等。

在医学电子学方面的应用如同其它数字图像处理一样，DSP芯片已在医学图像处理，医学图像重构等领域，如CT、核磁成象技术等方面得到了广泛的应用，已取得了令人满意的效果。在助听，电子耳涡等方面也取得了相当的进展(文献［1,2］)。国内、外也有关于脑电、心电、心音和肌电信号处理方面基于DSP芯片系统的报道(文献［4～7］)，我们对1996年以前国外生物医学工程的部分核心期刊，如IEEETransactionsonBiomedicalEngineering,ComputersandBiomedicalResearch等核心期刊进行检索，有关基于DSP芯片处理系统的报道很少。对国内生物医学工程的核心期刊，如《中国医疗器械杂志》、《中国生物医学工程杂志》、《生物医学工程学杂志》和《中国生物医学工程学报》等刊物进行检索，未见有关基于DSP芯片系统方面的报道。对我所的光盘数据库进行检索，未见有关在航天医学方面应用的报告。

我们认为在生理信号处理领域基于DSP芯片的技术可以解决我们在实际工作中遇到的某些问题，如当生理信号数据量很大(如脑电，肌电等)且处理算法相对复杂时，现有的微机在实时采样、处理、存储和显示方面往往不能满足实际应用要求，而基于DSP芯片的高速处理单元和微机构成主从系统可以较好地解决这类问题。

载人航天领域中信号传输带宽的限制需要对生理数据进行实时压缩；大型实验中对庞大的数据进行实时处理依赖于数字处理系统的构成；载人航天中对数据处理精度，可靠性要求以及功耗、工作电压、体积、重量等方面的限制需要我们在构造处理系统中选择性能优良的芯片。我们认为将DSP技术应用于载人航天领域具有十分重要的意义。

结束语

以DSP芯片为核心构造的数字信号处理系统，可集数据采集、传输、存储和高速实时处理为一体，能充分体现数字信号处理系统的优越性，能很好地满足载人航天领域设备测量精度、可靠性、信道带宽、功耗、工作电压和重量等方面的要求。目前，DSP芯片正在向高性能、高集成化及低成本的方向发展，各种各类通用及专用的新型DSP芯片在不断推出，应用技术和开发手段在不断完善。这样为实时数字信号处理的应用——尤其是在载人航天领域中的应用提供了更为广阔的空间。我们有理由相信，DSP芯片进一步的发展和应用将会对载人航天信号处理领域产生深远的影响。

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［5］刘松强.数字信号处理系统及其应用［M］.北京：清华大学出版社，1996:223～228

数字信号论文范文第7篇

数字信号处理理论性强、概念抽象、公式推导多,因此学习过程就变的枯燥乏味。为了让学生能够在有限的学时中对数字信号处理的基本知识点有更好的理解和掌握,我们不只是需要对授课内容有一个更精心的选择和安排,还需要重点的讲授该课程中的基本概念、关键的结论和物理涵义,并与实际应用紧密结合,多以实例形象讲解,而不是只进行大量的公式推导。另外,还需要注意课程各知识点之间、课程与课程之间、各个专业之间所存在的交叉和渗透。如,“信号与系统”是数字信号处理的先修课程,该课程中大量存在离散信号与系统的内容。那么,在制定数字信号处理课的教学内容时,即要避免与“信号与系统”课内容的大量重复,又要避免课程的不完整,那么可以压缩与“信号与系统”相重复的内容。可以先简单的复习一下第一章离散信号与系统理论,然后再讨论数字信号处理中存在的具体问题。另外,为了让学生把所学的知识更好的系统化,还需要铺垫好后续课程[2]。例如:“帕塞瓦尔定理”与能量守恒原理相呼应,并且是现代信号处理中功率谱估计的基础;线性系统中有一重要运算方式—“卷积”,而“自相关/互相关”是雷达信号处理中信号分离的基础;“离散Fourier变换(DFT)”则是时频信号分析或窄带信号分析的基础。这些内容的良好掌握可以为后续专业课程的学习及毕业设计提供坚实的基础,还可以让学生学会融会贯通,从而形成发散性的思维,用辩证发展的观点来理解所学知识,培养学生开发探索的能力。因此,加强数字信号处理技术的实际应用,优选课程的相关内容,兼顾学生之前的课程学习和未来的课程安排,做好课程内容之间的衔接,提高学习的效率。

2结合实际问题使教学手段形象化

学生对数字信号处理课中很多抽象的概念和公式不容易理解。因此,教学手段的形象化,可以使学生更感性和直观地体会概念、公式及其原理的意义,更全面透彻地理解所学内容。教学手段的形象化主要分为下面两个方面。第一,结合含义学习数学公式。数字信号处理课程中许多概念是用数学公式来描述的,其推导过程也比较复杂,涉及数学符号多,学生容易仅针对符号来推导符号,容易忘记数学符号和公式背后的含义[3]。从而,在教学过程中,不仅要训练学生用口语表述数学公式,而且要着重理解公式所表示的物理含义,促进学生紧密结合实际应用开展学习。第二,在课堂教学中,大量使用仿真软件展示结论或结果。MATLAB是数字信号处理课程中的常用的教学仿真软件,配有功能非常全面的ToolBox,能轻松完成数字信号的分析和复杂处理,如:可以设计滤波器并进行统计分析、显示DFT结果的幅度谱、计算离散卷积等,也可以形成教学所用的多媒体素材。还可用MATLAB仿真某些抽象的公式和概念[4,5],利用图形形象化的说明这些定理和概念,既生动形象,又调动了学生的兴趣。此外,让学生进行探究式学习,提高其探索精神和动手能力;结合实际应用中的问题,设计开放性实验课题,使学生主动地探索和研究,把学生按小组划分,通过组内协作和组间竞争的方式,让学生在团结合作中完成一个实际题目,增强学生的团队合作精神和创新意识。

3培养工程思维,加强实验教学

工科院校的学生即需要扎实的理论基础,还需要培养解决实际问题的能力。从而,在实验教学环节中应不断加强,培养学生将知识应用于工程的能力。应根据信号类专业基础课程和专业课程的相关联性,对实验内容进行设计和编排,既兼顾到前课程—“信号与系统”中各实验间的联系,还要为后续课程—“DSP原理与应用”打下基础,即将本科四年的课程学习看成一个系统,“数字信号处理”课程实验作为其中承上启下的一个必不可少的环节存在,应达到加深之前知识的理解和铺垫后续将要学习知识的目的。基于此,把初步了解和学习DSP的软件环境CCS(CodeComposerStudio)加入到了“数字信号处理”的MATLAB仿真实验中,并将实验课程划分成两个层次,即基础性实验和进阶性实验。基础性实验主要包括常见离散型号的产生和实现实验、FFT算法的应用实验、无限脉冲响应数字滤波器的设计实验、有限脉冲响应数字滤波器的设计实验等,使用工具主要为Matlab编程环境,主要目的是重现课本上的概念、定理等,加深学生理解,为后续的进阶性实验奠定基础;进阶性实验主要是面向工程应用和实际问题的设计型实验,如:CodeComposerStu-dio的入门实验、音频信号发生实验、特定波形的信号产生实验等,在实验设计过程中注意结合常见错误设计相应的问题,让学生自主解决,老师在这一过程中仅起到指引解决问题方向的作用,不给出具体的解决方案和步骤,培养学生的独立解决工程问题的能力。

4结语

数字信号处理课程不仅是电气信息类专业一门极为重要的专业基础课,对其它电子类专业课程也起到一个连接的作用;在学习过程中,既要掌握基础的理论,还要掌握专业的技术。从而,在广泛应用数字信号处理技术的未来,才具有解决实际问题的能力。对于数字信号处理课程所具有的特点,以应用为牵引进行教学改革,在教学内容、教学手段和实验上进行优化和创新,培养学生对数字信号处理课程的兴趣,在老师的方向性指导下,提高学生自主学习和解决实际问题的能力。

数字信号论文范文第8篇

1.1电平转换电路因为DSP的GPIO端口所能承受的电平为3.3V，而解码芯片HCTL_2021和光耦的输出信号为5V。为了保证DSP的GPIO端口能正常工作，需要接入电平转换芯片SN74LVC4245A，该芯片的功能是将5V电平转化3.3V电平。

1.2解码电路作为HCTL_2020的改良版，HCTL_2021在稳定性和抗干扰方面都有着突出的表现。交流伺服电机的光电编码器接入解码芯片HCTL_2021。解码芯片内部具有计数功能，当HCTL_2021捕捉到光电编码器输出正电平时计数值加1。解码以后的数据经8位数据线，依次将高8位和低8位输出至DSP。同时为了节省引脚，本系统设计时将4块HCTL_2021并联后接入DSP的GPIO端口。DSP通过软件设置分时读取解码芯片的数据。

2全自动信封包装机控制系统软件设计

2.1PID控制算法简介按偏差的比例、微分、积分进行控制的控制器叫PID控制器。数字PID控制器的原理框图如图3所示。其中，r(k)为系统给定值，e(k)为误差，u(k)为控制量，c(k)实际输出。PID控制器解决了自动控制理论所要解决的最基本问题，即系统的稳定性、快速性和准确性。调节PID的参数，可以实现在系统稳定的前提下，兼顾系统的带负载能力和抗干扰能力。Kp为比例系数；ki=(kp×T)/Ti为积分系数；kd=(kp×Td)/T为微分系数；Ti为积分时间常数，Td为微分时间常数，T为积分周期。当进行PID调节时，系统在运行初期由于偏差过大，会导致调节量u(k)过大，从而导致超调过大给系统带来很大的冲击。故需要对（1）式中的e(k)做一定的限幅处理。另外，当系统进入稳定状态以后，必然会产生一定的稳态误差，该误差在一个很小的范围内波动，如果控制器反复对其进行调节势必造成系统的不稳定。所以，系统必须设定一个输出允许带e0，即当采集到的偏差|e(k)|<e0时，不改变控制量。PID控制程序流程图如图4所示。

2.2PID算法在系统中的实现由于本系统的同步控制由一主多从的模式来实现，所以，2、3、4号伺服电机的转速和位置信号必须跟随1号伺服电机的转速和位置信号的变化。DSP中事件管理器模块的定时器产生频率可控的PWM波来控制伺服电机，PWM波的频率控制电机的转速，PWM波的个数控制电机的位置。设多伺服电机轴编码器输出脉冲数偏差值为e(k)，在k时刻电机的实际反馈转速分别为u1(k)、u2(k)、u3(k)、u4(k)。各伺服电机轴同步速度偏差值。根据不同的生产工艺要求可以设定允许偏差值的最大变化范围max，当e(k)≤eM时，系统不需要进行调节控制，当e(k)>eM时，需要进行调节控制。本系统以TMS320F2812为控制器实现PID控制。在软件中设置定时中断，在中断程序中，计算各从伺服电机的转速和位置并与1号伺服电机的转速与位置信号进行比较，求出偏差值e(k)。经PID调节，对于偏差做出快速反应和补偿。本系统的软件处理采用增量式调节。（3）式中，u(k)为1号伺服电机控制量增量，其中i=2，3，4；u1(k)、ui(k)、ui(k-1)、ui(k-2)分别是k、k-1、k-2时刻1号伺服电机及i号电机轴的编码器输出脉冲采样值；Kp是比例系数；Ki是积分系数；Ki=KpT∑i；Kd是微分系数，Kd=KpT∑d；T是采样周期；∑i是积分时间常数；∑d是微分时间常数。

3系统设计中遇到的问题及解决方法

1同步启动为了保证4台伺服电机的位置相同，本系统设计了同步启动程序。由于伺服电机每次转到其固有零点时会发出一条高电平信号Z，将该信号接入DSP的捕获引脚。当DSP捕获引脚捕捉到高电平跳变时，立即PWM波的输出，使伺服电机停止在固有零点处。当4台伺服电机都停止后，延迟一定时间，再同时启动4台电机，这样就实现了同步启动。2数据的分时读取每台伺服电机反馈的QEP编码信号通过HCTL_2021解码后都会产生8路数据输出信号，4台伺服电机将会产生高达32路的数据输出信号，如果直接连到DSP的I/O，将会极大地占用DSP的I/O口，不利于DSP的充分利用。此时，DSP分时读取4块解码器HCTL_2021的数据输出信号成为有效的解决办法。实验中，伺服电机在运转过程中每转一圈将输出2500个QEP编码脉冲，将每一路编码脉冲经过光耦隔离后送入到HCTL_2021的信号输入端进行解码。本系统在软件上采用中断方式分时读取GPIO上4块芯片的解码结果。并将1号伺服电机的信息保存到变量date1中。2、3、4号伺服电机的信息分别存放在变量date2、date3、date4中。通过分时读取，作者解决了DSP引脚不足的问题，最大限度的利用了DSP的引脚资源。特别需要注意的是：由于数字电路的电平转换需要一定的时间，所以在改变控制信号的电平后需要延迟一定时间，等其真正稳定。分时读取程序的流程图如图6所示。

4实验结果及结论

系统硬件和软件调试完成后，作者选择了韩国MECPAPION公司的交流伺服电机，并且依照厂方产品设计要求确定了四台伺服电机的型号分别为APM-SE12MDK、APM-SE09MDK、APM-SE09MDK、APM-SE06MDK，并在负载条件下进行了不同转速的同步运行实验。实验结果表明，当转速小于500r/min时，系统稳定；当转速大于500r/min小于900r/min时，系统将会出现稍微的误差，但误差产生后PID控制器将会及时纠正误差；当转速大于900r/min时，系统误差严重，本系统不能及时纠正误差，导致误差随时间积累，一定时间后将会超出控制范围而导致信封包装机不能够正常工作。在这种情况下，需要使用更高频率的DSP或者使用更大惯量比的伺服电机。

数字信号论文范文第9篇

［关键词］LabVIEW；数字信号处理；教学；应用

在当前计算机信息技术不断发展的形势下，数字信号作为其中的一部分，与之相对应的数字信号课程也同样占据着非常重要的地位。数字信号是以算法作为主体核心的课程，其自身的理论性非常强，在数字信号的学习过程中，由于书本中的知识点或者是一些概念大多都以一种比较抽象的方式呈现，再加上教学方法和教学手段单一，具有一定的局限性。在这种形势下，数字信号课程的教学质量和水平一直停滞不前，并没有取得良好的成效。在这种情况下，将LabVIEW引入课程辅助教学中，不仅能够让学生以一种简单化的方式来进行知识的学习，而且能够取得良好的教学效果。

一、LabVIEW与数字信号处理

LabVIEW的程序设计与传统文化程序设计相比，具有明显的差异性。LabVIEW在实际应用过程中，主要是利用图形化语言，通过使用功能节点，与图形化自身的程序流程进行有效结合，这样不仅能够利用流程控制结构来对程序功能进行有效的控制，而且能够促使程序在设计过程中，其自身的形象更加直观化。这样一来，能够从根本上简化内存分配、程序调试以及多线程序等程序设计细节，这样能够促使学生在学习过程中，将精力放到问题的实际解决方面，这样才能够保证最终的教学效果。在程序结构的设计和使用过程中，LabVIEW将一个完整的程序分为前面板和程序框图，在实际操作过程中，将前面板拖入图形控件中，就能够以非常简单便捷的方式，实现程序界面的美观性，将其自身的影响和作用充分发挥出来[1]。对于其中的显示控件，可以根据实际情况，对其进行相应的设置，从而实现丰富的曲线、图形以及图象的整体显示。在实际应用过程中，可以发现LabVIEW在GUI以及程序设计过程中，其自身的形象化与Matlab软件之间有非常大的优势。在数字信号处理教学中，LabVIEW能够从根本上实现测量以及自动化的应用数据分析，其自身有非常强大的数字信号处理函数节点，在实际应用过程中，能够发挥非常有效的作用[2]。在实际操作过程中，其自身按照信号生成、运算、滤波器以及其他功能的提供，有利于对这些内容进行切实有效的查找和分析，这些功能在数字信号处理教学过程中，不仅有利于使用，而且能够取得良好的教学效果。

二、LabVIEW与虚拟仪器

虚拟仪器是一种在计算机基础上的自动化测试仪器系统，在实际应用过程中，能够发挥非常良好的作用。虚拟仪器在实际应用过程中，主要是通过自身的软件，将计算机的一些硬件资源与仪器硬件进行有效结合，这样不仅能够从根本上提升计算机自身的处理能力，而且能够促使其自身与仪器硬件的测量以及控制进行有效结合，从而发挥出更多的功能性作用[3]。这样不仅能够从根本上缩小仪器硬件的成本和体积，而且能够通过软件的应用，实现对数据的显示、储存以及处理，以保证最终的处理结果。LabVIEW是美国一家仪器公司推出的虚拟仪器开发平台软件，主要是利用图形化的编程语言，打破了传统软件的局限性。传统软件在应用过程中，基本上都需要相对应地进行程序代码的编写和应用，但是LabVIEW则主要是利用流程图或者是程序框图来实现。这样不仅能够从根本上让编程者感受到强大的图形化编程语言方式，而且具有一定的灵活性。由于自身在实际应用过程中，被广泛应用到各个行业以及领域中，已经逐渐被视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。利用LabVIEW软件有利于建立属于学生自身的虚拟仪器，其自身的图形化界面能够促使学生在接触编程的过程中感受到乐趣[4]。

三、LabVIEW在数字信号处理教学中的应用优势

在实际教学过程中，LabVIEW图形化的语言直觉特性能够让学生保持高度集中的注意力，将注意力全部放在被教授的理论知识上，而不是在文本工程软件应用开发的基础上，将关注点全放在编程的一些细节方面。将LabVIEW应用到数字信号处理教学中，不仅能够促使学生在短时间内对基础理论知识进行深入的了解和学习，而且能够让学生适当地开发出一些复杂的应用程序，对学生的理论知识学习以及动手实践操作能力的提升来说，都有非常重要的作用[5]。在LabVIEW的应用过程中，教师要注重将课本上一些理论性比较强的知识转换成为直观性比较强的知识，这样不仅有利于学生的理解和认识，而且能够加深学生对理论知识的印象。促使学生在保证积极性和学习主动性越来越高的同时，能够取得良好的学习效果，促使数字信号处理教学的整体质量和水平能够有所提升。

四、LabVIEW在数字信号处理教学中的实际应用分析

（一）滤波器的设计与应用

数字滤波器的设计是数字信号处理教学实施过程中的重点教学部分，同时也是教学过程中的难点部分，对学生的学习来说，很容易形成一定的阻碍影响。在对滤波器的设计过程中，由于其自身的整个过程运算量比较大，并且要根据实际情况的不同，对滤波器进行设计，从而达到不同的滤波效果，在实际应用过程中，才能够将其自身的影响和作用充分发挥出来，达到最优的设计水平[6]。在这种形势下，如果利用LabVIEW软件来进行计算机的辅设计，不仅能够从根本上减少计算量，而且能够实现快速有效的滤波器数字设计，帮助学生将一些抽象的知识以一种直观简单的方式呈现出来，在保证学生学习兴趣不断提升的同时，从根本上保证数字信号处理教学的整体质量和水平有所提升。在LabVIEW实际应用过程中，结合滤波器的形成原理，设计的FIR滤波器前面板以及后程序框图，前编面板主要利用在显示方面，对各种控件进行切实有效的操作，对相关的参数进行设置，对滤波器的类型以及窗函数进行选择，在保证滤波器自身的价值充分发挥出来时，能够从根本上起到良好的教学辅助作用。在实际的设计过程中，可以利用控制前面板上开关或者是按钮，通过键盘以及鼠标的操作，将其自身与滤波器的幅频、相频特性进行有效结合，促使其自身能够满足设计的整体需求。在实际设计过程中，可以对参数以及滤波器类型进行切实有效的调整和分析，根据实际情况采取有针对性的措施，在保证能够达到最佳效果的同时，促使学生在学习过程中更容易地接受一些难点[7]。

（二）信号的频谱分析

在数字信号处理教学的实际开展过程中，在对数字信号进行分析的时候，基本上可以从两个方面来进行，其中包括时间域、频率。有些在时间域方面表现出的复杂信号在转换到频率域时可能会比较简单，比如说在实际应用过程中，混合了几种不同频率的正弦信号，在时间域中其自身的波形是没有办法按照科学合理的流程来展示的，经常是以一种没有序列的方式呈现。但是一旦转换到频率域中，就是非常简单的几根谱线，所以在这种形势下可以看出，信号的频谱分析在数字信号处理中占据着非常重要的地位。离散傅里叶变换是对数字信号频谱分析的一种有效工具，吸收LabVIEW语言有利于对离散信号的频谱分析[8]。在整个过程中，学生可以通过对相关参数进行调节，直观地看出离散傅里叶在实际变换过程中的作用。其自身存在的频谱泄露现象以及栅栏效应，能够从根本上加深学生对数字信号处理等相关理论知识的印象。

（三）声音的现场采集

在数字信号处理教学的实施过程中，为了从根本上保证学生在学习过程中的有效性，就需要将LabVIEW应用其中，将其自身的影响和作用充分发挥出来，在保证充分调动起学生积极性和主动性的同时，有效地提高数字信号处理教学的整体质量和水平。在进入课程教学阶段之后，为了说明信号与实际生活之间的密切联系，在LabVIEW的应用过程中，通过对其进行简单的设计和分析，可以利用PC的声卡和麦克风实现在教学课堂现场的声音采集，并且利用多媒体技术将声音采集后的内容显示在投影仪上。在实际应用过程中，由于采集的是实际信号，并且其自身是处于连续动态实时显示的形势下，学生可以直接以枝干的形式看到信号的具体形态特征。这样不仅能够从根本上激发起学生的学习兴趣和学习积极性，而且能够意识到信号在生活中的重要性和必要性。无论是对学生的学习还是数字信号处理教学的整体质量和水平来说，都有非常重要的作用。

综上所述，LabVIEW在数字信号处理教学过程当中的实际应用，不仅能够从根本上调动起学生的学习兴趣和学习积极性，而且能够保证数字信号处理的整体教学质量和水平有所提升。将LabVIEW应用到数字信号处理教学中，能够将原本比较复杂难懂的知识以一种简单的方式呈现出来，让其能够成为数字信号处理教学中非常有效的辅工具，将其自身的影响和作用发挥出来，为数字信号处理教学的质量提升提供保障。

作者:何海浪 黄乘顺 单位:邵阳学院信息工程系

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数字信号论文范文第10篇

1.1基准相位信号用30Hz(F)的低频信号对9960Hz(fs)进行调频。

1.2可变相位信号30Hz信号(F)和载波f0经边带测角器产生30Hz的调幅边带波信号。可变相分量以30Hz的速度进行旋转，由此可见，当点位不同时，基准信号与可变信号的相位差也不同，相位差与VOR台的具置有关系。通过比较接收机中的基准相位信号和可变相位信号，确定用户的方位。

二、接收信号数字处理

在甚高频全向信标系统的定向原理中，30Hz信号比相是其核心。根据9960副载波可以得出基准相位信号，通过相位比较器可以对相移θ进行检测，并确定方位。然后将基准相位30Hz信号和可变相位30Hz信号进行过0点检测，通过计数器得出相位差，将计算结果处理成数字方位的格式，并将其送到无线电磁指示器（RMI），通过RMI进行全方位显示。

相位差θ和计时器计时时间t的关系式。以基准信号为基准，若发现其正向过零点，则利用计数器开始计数，直到可变信号正向过0点时，结束计数，将检测到的相差点数计算出来，并将计数器清零准备下次计数，若系统采样率为fs，则VOR方位角度分辨率。因为甚高频通信系统会被邻频或同频干扰，在信号处理的过程中会出现系统误差的情况，导致比相信号的不稳定和抖动，所以，在解算相位差时，不能只进行一次求解就得出，而要经过多次的换算取所有结果的平均值，但这样又会引发其他问题，即当两个相位基本一致的时候，相位差会一致在0度左右摆动，这样角度就可能会在360度和0度之间转换，那么，经过多次计算得出的角度将会出现误差，解决这一问题的主要方法有。式中，Z：最终输出的相位差。经过上述公式处理方式，可以有效避免信号在0度附近摆动形成的计算误差是。

三、结束语

本文主要介绍了甚高频全向信标系统及其定向原理和信号的格式，通过检测技术等数字思路取代原先模拟电路的相位比较工作，利用数字信号处理能使甚高频全向信标系统变得更加智能化，而且还能缩小其体积，使其机载接收机系统更加稳定、可靠。