【精品论文】论文数字信号处理技术在电子信息工程中的应用研究.docx

电3和我大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA本科毕业设计（论文）BACHELORTHESIS论文题目数字信号处理技术在电子信息工程中的应用研究学院电子科技大学中山学习中心专业电子信息工程学号010822341031作者姓名管XX指导教师周老师独创性声明本人声明所呈交的毕业设计（论文）是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。本毕业设计（论文）成果是本人在电子科技大学读书期间在导师指导下取得的，论文成果归电子科技大学所有，特此声明。作者签名：管XX日期：2023年09月11日论文使用授权本毕业设计（论文）作者完全了解电子科技大学有关保留、使用毕业设计（论文）的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将毕业设计（论文）的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编毕业设计（论文）。（保密的毕业设计（论文）在解密后应遵守此规定）作者签名：管XX导师签名：摘要数字信号处理技术它是一种将模拟信号转换为数字信号并对其进行处理和分析的技术手段。在这篇文章中，首先回顾了数字信号处理技术的发展和应用，在此基础上，还介绍了数字信号处理技术的原理和优点，主要是对数字信号处理技术在电子信息工程中的应用进行了详细的阐述，具体内容包括在通信系统、运动控制卡、短波通讯、集成电路等领域的应用。在论文的结尾，提出了DSP技术未来的发展趋势。关键词：数字信号处理技术，电子信息工程，发展趋势ABSTRACTDigitalsignalprocessingtechnologyitisakindofanalogsignalintodigitalsignalprocessingandanalysisofthetechnicalmeans.Inthisthesis,firstly,thedevelopmentandapplicationofdigitalsignalprocessingtechnologyarereviewed,andthentheprincipleandadvantagesofdigitalsignalprocessingtechnologyareintroduced,theapplicationofdigitalsignalprocessingtechnologyinelectronicinformationengineeringisdescribedindetail,includingtheapplicationincommunicationsystem,motioncontrolcard,short-wavecommunication,integratedcircuitandsoon.Attheendofthethesis,thedevelopmenttrendofDSPtechnologyispresented.Keywords:DigitalSignalProcessingTechnology,electronicinformationengineering,TrendsABSTRACTIII第一章绪论11.1 数字信号处理概述11.2 数字信号处理技术发展11.3 数字信号处理技术在电子信息工程中应用的原则11.4 数字信号处理技术的原理21.5 数字信号处理技术的优点21.5.1 数据处理能力更加高效21.5.2 有效控制目标的实现过程31.5.3 集成度较高3第二章数字信号处理技术的应用现状42.1数字信号处理技术的应用现状4第三章数字信号处理技术在电子信息工程的具体应用53.1 数字信号处理技术在通信系统的应用53.2 数字信号处理技术在集成电路的应用63.3 数字信号处理技术在运动控制卡的应用73.4 数字信号处理技术在短波通讯的应用8第四章数字信号处理技术的发展趋势104.1数字信号处理技术的发展趋势10结束语11St12参考文献13第一章绪论1.1 数字信号处理概述数字信号处理技术是一种将模拟信号转换为数字信号的技术，其核心是将模拟信号转换为数字信号，并对其进行处理和分析，通过对模拟信号的数字处理，能够提高对该数据的有效利用程度。而对于数字信号来说，其主要是利用一系列的数字算法对其进行处理和分析，可以将其表现出的内容更具及时性、快速性和准确性，并使信息的传递质量有了某种程度的改善。当前，它已广泛地应用于通讯工程、电子信息工程等行业。1.2 数字信号处理技术发展数字信号处理技术是众多领域中的一项重要技术，它糅合了软硬件技术和数字信号处理理论，延伸了数字信号处理算法和实现方式。从上个世纪八十年代开始，"数字信号处理”这个名词一直是一个比较少见的名词，但到了90年代，这个名词才被广泛使用UL当前，数字信号处理器（DSP）是一种专用于数字信号处理的集成电路。高性能DSP详细信息请见下表I-Io表1-1高性能DSP器件名称主频MHz数据宽度、定/浮点运行速度片内RAM1024复数FFT时间C670116732浮IGFL0PS64KB138usC670225032、定2000MIPS3Mbits84usC670330032、定2400MIPS7Mbits70usC641660032定、外644800MIPS8MbitsIOusC64XX110032定、夕卜648800MIPS6us210604032、浮120MFL0PS4Mbits500us2116010032/40浮600MFL0PS4Mbits92usTSOOl15032/80浮900MFL0PS6Mbits69usM741050040浮4GFL0PS64KB30us1.3 数字信号处理技术在电子信息工程中应用的原则（一）客观性将DSP技术应用于电子信息工程，要严格遵守某些客观原则，从而保证检测结果的准确性。在编制时，其主要目标是可以更客观地反映出电子信息工程中的运营管理情况、组件形式以及建设条件，并利用科学、合理的分析手段来进行更有效的对比分析网。（二）科学性在应用数字信号处理技术的过程中，要遵守科学性原则，针对数字信号处理技术的未来发展和可研发性问题，需要从科学角度进行客观分析和判断，从而保证了技术的科学合理。同时，对未来的发展趋势、技术特征和相应的建设条件进行了分析，需要从规定、规范以及法律法规等方面进行科学考量，从而为DSP技术的进一步发展奠定基础。（三）绿色环保性将数字信号应用于电子信息工程，其应用的另一项原则是要符合“绿色”的理念。在应用过程中，除了要保证数字产品的高效利用外，还要注重环境保护，符合电子信息工程中资源利用的理念。因此，在进行电子信息工程的建设与应用的过程中，我们要始终坚持可持续发展的思想，并严格遵循国家在电子信息领域的有关规定，保证在数字信号的应用中具有环保性和可持续性。1.4 数字信号处理技术的原理本文介绍了一种基于数字信号处理技术的实现方法。在此基础上，提出了一种在时域上对连续信号进行离散化处理的新方法。接着就是滤波，剔除掉一些不需要的东西，比如噪音、谐波，并且把这些东西过滤掉。然后，利用DFT将信号从时间域转化为频率域”叫获取其频率分量、振幅等频域特性。采用数字信号处理技术，可有效地改善信号处理的实时性、快速性、精确性。它在音视频处理，通信系统，雷达，图像处理等方面有着十分广泛的应用。利用数字信号处理技术,从而使信号分析和处理更为精确，取得了更好的结果。1.5 数字信号处理技术的优点1.5.1 数据处理能力更加高效数字信号处理技术是一种在数据和信息处理方面十分出色的技术，相对于其他技术而言，它具有明显的技术优势。哈弗（HarVard）结构是目前DSP系统中应用最广泛、最先进、最有特色的芯片结构。在工作的时候，这种芯片结构可以在工作的时候，可以构建出两个独立的空间，让芯片在工作的时候，也可以支持进行独立的数据处理，而不会导致与其它线路的工作发生冲突。与其它的处理架构相比，哈弗架构可以更快的接受和执行指令，对信息和数据的处理也更加全面、迅速，因此，能够极大的提升地信息和数据的处理效率和质量。1.5.2 有效控制目标的实现过程当前，在电子信息工程领域中，数字信号处理技术已经可以实现不同型号设备之间的相互配合，并利用计算机网络软件对各种数字和信息进行科学、合理的处理，从而提升了信息处理的效率和质量。在信息数据的处理过程中，结合数字信号处理技术的应用，可以有效地利用和处理复杂的数据信息，充分发挥数据信息处理的优势。在此基础上，采用了数字信号处理技术，可以将采集器经数据处理器调制为解调器。与其它同类设备相比，数据处理机具有速度快、精度高等优点，更适于进行过滤。除此之外，在应用数字信号处理技术时，还可以科学合理地调整数字信号处理系统硬件设备和软件设计中的缺陷，以保证处理的速度更快、效率更高,并且实现全方位、全系统的控制，从而达到控制的目的。1.5.3 集成度较高数字信号处理技术之所以能够被广泛地应用于电子信息领域，其中一个重要的因素就是它所具有的高效率、高效率的芯片架构。这种芯片虽然体积小，但计算能力极强，可以为使用者提供更加快捷和方便的服务。第二章数字信号处理技术的应用现状2.1 数字信号处理技术的应用现状数字信号处理技术的应用非常广，以下是一些数字信号处理技术应用的领域:1 .通信系统：数字信号处理技术在无线通信、移动通信、卫星通信等领域中发挥着重要作用。它可以用于信号调制、解调、编码、解码、信号增强、信道估计和均衡等方面，提高通信系统的可靠性和性能。2 .音频和音乐处理：数字信号处理技术被广泛应用于音频和音乐处理，如音频编码、音频增强、音频合成、音频分析等。它可以实现音频信号的压缩、降噪、混响消除等处理，提高音频质量和用户体验。3 .图像和视频处理：数字信号处理技术在图像和视频处理中也有重要应用。它可以用于图像和视频压缩、增强、去噪、分割、识别等方面，提高图像和视频的质量和处理效率。4 .医学影像处理：数字信号处理技术在医学影像处理中扮演着关键角色。它可以用于医学图像的增强、分割、重建、三维可视化等，帮助医生去做出更准确的诊断和治疗决策。5 .视频游戏和虚拟现实：数字信号处理技术在视频游戏和虚拟现实领域中得到广泛应用。它可以实现实时图像和声音的处理和合成，提供沉浸式的游戏和虚拟体验。6 .智能交通系统：数字信号处理技术在智能交通系统中发挥着重要作用。它可以用于交通信号控制、车辆识别、行人检测、交通流量分析等方面，提高交通系统的效率和安全性。从总体上看，数字信号处理技术已被广泛地应用于社会生活的各个领域，并持续地促进了科学技术的发展与创新，得到更广泛的应用。第三章数字信号处理技术在电子信息工程的具体应用3.1 数字信号处理技术在通信系统的应用通信是电子信息工程的重要组成部分。然而，传统通信结构存在复杂、指令完成效率低、反应迟钝等问题。为了解决这些问题，可以利用数字信号技术的变频转换优势来优化通信结构。通过数字信号处理技术，我们可以以微毫秒的速度传输数字信息，并将其以指令的形式应用于电子信息工程，从而为无线电通信任务的顺利完成提供依据。在满足部分设备信息转换要求的情况下，我们以高度清晰的语音信息传输为目标，利用数字信号处理技术中的语音压缩编码进行信息转换。在信息转换过程中，首先需要将语音输入语音编码器，然后通过含有数字存储介质的语音压缩系统传输到语音解码器，最终输出语音。语音压缩系统的核心是数据信号处理、模数转换和数模转换，通过特殊的数字信号处理算法，在不损害语音信号的情况下进行语音压缩和解压缩。同时，为了满足无线通信网络的需求，我们需要对承载数字信号处理技术的载体进行多结构优化，以确保在单指令操控的支持下实现多节点数据的同步处理,从而降低网络运行中的成本损耗。根据设备载体内多元化操控的要求，我们选择普适性搭载设备，并为不同类型的操控工序设定相应的执行指令，以提升操控精度。为了满足这一要求，我们决定采用体积小、传输效率高且运营成本低的微处理器作为普适性搭载设备，利用其集成的采集、传输、处理和操控功能，以及对不同类型信号的优势，将离散性信号转换为带有数字属性点输出信号的二进制信息。这样可以在数据模型内精准定位输出信号，并针对语音处理框架，结合不同参数在特定时间段呈现的变动信息，对语音呈现参数进行识别、过滤，从而降低语音中的噪音干扰。对于图像参数，我们可以根据系统传达的数据信息界定多样化的操控属性，并结合预设的数据闻值来识别、过滤图像的各类特征，以满足指令多点逻辑化操作控制的需求。在电子信息工程中，上、下频率转换是一种重要的通讯架构。该系统采用了数字信号处理技术，对信号进行了快速、准确的恢复。在通信接收机端，为了更好地接收数字传输信号，并达到信号处理的要求，通常需要将射频信号下变频到中频信号，之后再将中频信号下变频到零中频信号。数字下变换主要由两部分组成：下混合和滤波提取。下混频段是指将无线电波转化成数位讯号，再通过数位模数变换完成取样。利用混频技术对其进行处理后，可获得正交变数。混频技术是一种以频率转换为基础，能实现1/4信号采样速率的数字信号处理方法。将原信号输入到混合电路中，得到4个通道的信号，并根据采样率L2GHZ,本机频率300M来进行下变换。采用该方法，可获得输入路与输出路的真实数据，两者都是300M以上的复杂数据。在对正交混频段进行简化处理之后，再对正交混频段进行低通滤波，以消除冗余的频段，避免频谱混叠。在低通滤波器的设计中，可以使用多个通道并联，一个通道为多相位结构。当滤波并联线路数目确定时，可使用8路并联多相滤波架构。Din7:0Demodulvalue图3-1路并行多相滤波结构框图根据图1,在MATLAB中可以生成一个模型输入,输出信号的中心频率：500M,带宽：800M。可以利用2G的采样率对输出信号进行下变频，得到一个零中频信号,其中心频率为0M,带宽为800M。3.2 数字信号处理技术在集成电路的应用在集成电路设计中，数字信号处理技术一直是人们关注的焦点。本项目将充分发挥数字信号处理核心架构的优势，实现高精度、高精度、低功耗、高精度的实时运算，将极大地降低芯片资源消耗，并缓解芯片存储的瓶颈。例如，以FFT为切入点，以实现高速、特殊的DSC芯片为例，设计出符合DSC芯片性能优化要求的DSC芯片。同时，结合实时高速多波形数字脉冲压缩芯片的开发需求，对数字信号处理技术支持下的集成电路进行了测试。一般来说，集成电路需要遵循按比例缩小原理，并根据摩尔定律预先估测时间表。同时，我们还可以应用更成熟的微细加工技术来进一步缩小器件的特征尺寸。此外，我们还可以将多种类型的集成电路相互镶嵌，通过片上系统和嵌入式系统来完成数字信息的加工和处理。从数字信号处理的角度来看，时域数字滤波和频域频谱分析是应用于集成电路的主要方面。快速傅里叶变换是时域到频域转换的基本运算，也是进行数字频谱分析的前提。在时域序列确定的情况下，可以直接对输入信号的频谱进行计算。然后，通过数据交换矩阵的动态调整，将序列重新排列后将数据传送到下一级蝶形处理单元，配合块浮点处理和定点溢出技术，最终将计算结果转换为块浮点数。整个过程控制简单，吞吐率高，实时读写进行，兼容性好，并且可以连续不断地输入新数据，实现不同点数的运算。任意两个节点（同一列）的节点变量经过蝶形运算后得到的结果是下一列对应节点的变量，不受其他节点变量的干扰，结果经过原位运算存储。计算单元是整个算法实现的核心，如果需要提升运算速度，可以增加PiPeline的级数。例如，对于64个复数点，按时间抽取进行运算的完整8点傅里叶运算流程图。其中，按时间抽取的基于2的傅里叶算法是对2的整数幕的傅里叶运算，将输入样点按奇序列和偶序列分为两组，按自然顺序输入，输出为倒序；而按频率抽取的基于-2的傅里叶算法需要按顺序逐步缩短奇偶分解序列，下一级运算的存储方式为同址运算，输出结果为倒序的4进制位。然后，通过交换矩阵动态调整各路数据的顺序，进入下一级的数字信号运算单元，获得各级运算所需的正确数字信号。3.3 数字信号处理技术在运动控制卡的应用目前，在电子信息工程研究的技术领域中，运动控制卡的发展前景最为广阔，而数字信号处理技术是运动控制卡精准集成的关键。以往运动控制卡集成控制载体为步进式电机，可以探测周边环境深度，精准避让行进阶段途径障碍物，但存在反应迟钝、行动缓慢问题。而利用数字信号处理技术优化运动控制卡，可以强化数字信号处理程序之间的连接强度，压缩信号处理器给终端做出指令反应的时长，促使运动性能更加优越。以数字信号处理技术在控制多轴运动控制卡中的运用为例。首先，从数字信号处理技术的数据采集部分着手应用现代电子电力设计手段与模拟滤波技术、系统抗干扰技术，选用高精度、高可靠性芯片，由个人计算机控制专用运动，经运动控制卡向控制器发送指令，根据指实时控制角位移、运转速度，完成整个运动轨迹控制，满足3轴以上复杂曲面处理精度。其次，数字信号处理技术的执行端由数模转换器组成，可以在调节速度与位移算法实现的基础上，将运算结果输送给伺服控制单元，满足高精度控制要求。同时.，为解决系统数据交换中存在的瓶颈堵塞现象，采用TMS320VC33作为运动控制卡核心，增设通信双口RAM与数模转换电路，简化指令传输过程，满足40MIPS的指令执行速度要求，将单周期指令执行时间缩短到25ns。从设计要求来看，数字信号处理器件可以划分为大规模廉价嵌入式应用、小规模复杂器件,前者为便携式电池供电，功耗较大，多用于软件、外围支持硬件，后者算法较为苛刻，多用于精密探测。综合考虑多轴运动控制要求，可以采用高性能浮点数字信号处理芯片，经电源芯片TPS767D318将5V电源电压转换为3.3V、1.8V,配置IOM晶振与470Q起振电阻、15pF电容、100Q锁向环电路电阻与103pF电容，并增设电平转换芯片74LVT245,将3.3V电平信号转换为所害的数字信号，满足逻辑读写操作要求。最后，根据运动控制总线传输时序和器件读写时序的要求，我们可以借助计算机程序语言来构造运动控制卡的状态机。通过获得数字信号处理与运动控制卡状态机的接口,我们可以进行功能模拟和定时分析，完成主/从传输时序逻辑变换进而利用高速的数字信号处理芯片自带精插补算法，直接对专用运动控制器件的数字信号进行处理。处理后经反馈接口输送到系统，实现闭环控制，获得数据传输率高、体积小、集成度低的运动控制卡。3.4 数字信号处理技术在短波通讯的应用短波通讯是电子信息工程中的一个重要组成部分，当数字信号处理技术应用于短波通信时，能够用中频信号模拟射频信号，并对其进行数字化处理，能够满足音频信号处理、静态图像传输、信号通道数字化等需求，为短波通信的发展提供了广阔的空间。一般短波通讯所用数字信号处理技术需要具备低功耗、低成本、高性能、高可靠性的特点，在现有数字信号处理技术资源少、运算量大的情况下,可以进行取样率转换，进而开展短波通讯蝉蛹信号形式的调制解调，满足短波通讯要求。短波通讯中，数字信号处理技术的选择与通讯场景、综合要求紧密相关。从数字信号处理技术的浮点、定点选择来看，浮点数字信号处理具备高精度、大动态范围、强反射波、强电磁变化、低信噪比的特点，可以满足无线电、雷达、声呐信号处理要求;而定点数字信号处理具有小动态范围、低精度、弱反射波、高信噪比的特点，可以线路最大电压为限.满足电话线路信号处理要求。基于此，在无线短波通讯场合下，可以选择浮点数字信号处理技术。在高精度模数转换电路、现代化数字信号处理技术的支持下，可以对中频信号进行滤波、放大、解调、边带分离等处理。在预选器为中心频率可变的带通滤波器的情况下，一次混频将信号移动到41.4MHz,二次混频将数字信号下降到1.4MHz,三次混频将数字信号变更为25kHz,进一步放大、滤波后输送到数字信号处理板。进入数字信号板后，将会根据频域抽样定理，并借助频域内的采样技术手段，配合内插重建连续频谱的特殊性质，输入一组“正弦信号”作为激励，信号频率将会离散且幅度标准化，得到响应输出幅度的离散形式。同时，考虑低阶数滤波器通带内波纹高，可以在节省二次混频后模拟器件的基础上，借助单信道校准方式（含数字混频电路），进行处理，获得平坦的幅度响应，降低晶体滤波器、机械滤波器以及抗混叠滤波器放大器对幅度响应的干扰。或者针对各个频段增设一组与12kHz范围内频率相对应的校准滤波器系数，在适宜频段调用，确保全频段短波通讯幅度响应平坦。在实际系统中幅度响应平坦情况下，依托直接数字频率合成的硬件，经模数转换与下变频（信号乘以复载波），可以得到信道对单频激励的低通响应，满足高档位短波通讯需求。第四章数字信号处理技术的发展趋势4.1数字信号处理技术的发展趋势数字信号处理技术是一种非常有前途的技术。今后的发展方向是：算法优化：算法是数字信号处理技术的一个重要方面。在此基础上，提出了一种基于数字信号处理技术的数据处理方法。硬体的最佳化：硬体是执行数位化讯息技术的主要依据。在未来，数字信号处理技术将向更高效率、更准确的方向发展，它将向更小、更高速、更低功耗的方向发展。应用范围扩大：数字信号处理技术在许多领域都有广泛的应用。其中包括智能家居，无人驾驶，虚拟现实，增强现实等等。人工智能联合：可以将数字信号处理技术和人工智能技术联合起来，使信号处理变得更智能。在今后的发展中，这两种技术将进一步融合，以达到更高的智能水平。我们相信，随着数字信号处理技术的不断完善，它的应用也会越来越广泛，与人工智能技术更加紧密地结合，为更多领域提供更加高效、精确的信号处理解决方案。结束语综上所述，数字信号处理技术是现代化技术进行电子信息控制和处理的主要技术方法。它与其他的信号处理技术相比，具有传输效率高，操作灵活，成本低,抗干扰性好等优点。因此，在电子信息工程中，我们可以依托该技术的数字处理理论与电子信息工程中的实践相结合。这样做可以从根本上提升电子信息工程信号处理的可靠性和精确性。通过数字信号处理技术，我们能够更高效地控制和处理电子信息，使得整个工程更加稳定和可靠。总的来说，数字信号处理技术在电子信息工程中具有重要的应用价值，可以为工程师提供强大的工具和方法，以提高信号处理的效率和准确性。谢辞在我写这篇文章时，有很多人给我提供了很大的帮助与支持。现在，我谨藉此机会对他们致以诚挚的谢意。首先，我想对我的导师表示由衷的尊敬。他渊博的专业知识，严谨的科学研究态度，以及对我的指导，帮助我避免了很多不必要的麻烦。他的耐心指导、持续的鼓励和建设性的反馈，使我能够更好地理解和解决论文中遇到的问题。其次，我想向我的亲朋好友表示谢意。他们的无尽支持和理解使我能够全身心地投入到学术研究中。他们的陪伴和鼓励，使我有了面对困难和挑战的勇气。在结束语中，我要感谢所有引用的作者。他们的研究成果为我提供了研究的基础，他们的智慧和成果启发了我，帮助我找到了正确的方向。我再一次向大家表示感谢。这篇论文是我努力的结果，更是我周围的人们的支持和帮助的结果。我希望我的论文能够回报他们的付出，并对我所参考的文献的作者表示应有的尊重和感谢。参考文献1郝日杰.数字信号处理技术在电子信息工程中的应用J.通信电源技术，2020,37(5)：206-207.何昊宸.数字信号处理技术在电子信息工程中的应用J.信息与电脑(理论版),2020,32(1):18-20.3刘硕，赵博，陈静.数字信号处理技术在电子信息工程中的应用J.农家参谋,2020(1)：173.4周济.探讨数字信号处理技术在电子信息工程中的应用J.电脑知识与技术，2019,15(35)：271-272.5姜涛.数字信号处理技术在电子信息工程中的应用J.电子测试，2019(19)：124-125.6刘帮星.浅谈数字信号处理技术在电子信息工程中的应用.计算机产品与流通，2019(9)：61.7滕强.数字信号处理技术在电子信息工程中的应用J.长江信息通信，2021,34(10)：96-98.8薛宸.数字信号处理技术在电子信息工程中的应用分析J.电子元器件与信息技术,2020,4(07)：89-90.9冼浩然.探讨数字信号处理技术在电子信息工程中的应用J.卫星电视与宽带多媒体,2019(11)：16-18.10郝成.数字信号处理技术在电子信息工程中的应用分析UL东南西北，2019(13)：11-14.