电子信息工程综合实践中信号处理系统的应用探究

刘旺 李华

摘要：随着我国科学技术的飞速发展，科学技术推动国民经济增长的优势也越来越明显。在这样的发展背景下，国家加大了对我国技术人才的培养力度，而且鼓励全社会进行创新。在高校课程中，高校已经根据国家发展战略开设了各类专业性课程，全面提高学生的基础理论和综合实践能力。在电子信息工程中，信息处理系统的引入使得电子信息工程实现了有效地控制，有着良好的应用效果。在实际的应用中，搭建实践平台，能够保证数据的准确性，充分发挥信号处理的具体优势。该文立足于实际，结合行业内的研究现状，从实践人手，对信号处理系统的相关具体应用进行探究与分析。

关键词：应用;电子信息工程;综合实践;处理;信号

中图分类号：TP311 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2020）29-0102-02

1 前言

进入21世纪以来，通信技术飞速发展，成为推动国民经济发展的新的增长点。在通信技术的发展背景下，数字信号处理作为通信技术中的重要组成部分得到了广泛的应用与发展，在目前的计算机领域中，数字信号的作用非常巨大，计算机在运营的过程中并不能识别非数字化的语言，因此需要数字信息的处理系统将数字信息转化为计算机能够识别的语言。到目前为止，信号处理系统已经广泛应用于各类通用数字信号处理、医学电子、消费电子、控制等领域之中，得到了人们的认可与好评。在信息技术快速发展的现代社会中，利用信号处理系统来处理实时信号的相关内容已经成为未来技术发展中的一个新的热点，因此，研究信号处理的相关实践内容对于社会的发展十分具有促进意义。

2 数字信号处理系统的优势分析

2.1 可程控制

数字信号处理系统在目前的电子信息工程有着非常广泛的应用，这种应用可以不局限型号和类型的设备，对于各类社会均可以应用，其普遍性较高，与传统的信号处理系统相比，数字信号处理系统能够显著提高整体系统的运行效率，尤其是在大数据的时代背景下，该系统能够对海量的数据进行高效、快速、准确地处理，从而为人们提取中有用的数据信息，同时还可以将数据采集集成处理器的优势充分展现出来，是当前互联网+时代背景下数据处理的一种很好方式，同时根据人们的需求编制出很多不同的程序内容，充分地满足了个性化、差异化的需求。但是在数字信号处理系统工作的过程中，需要系统根据人们的具体要求改变系统内部相关的硬件构造，从而使得数字信号处理系统能够具备高效、灵活的数据处理能力与程序的掌控能力，实现可程控制的特点。

2.2 数据处理速度较高

高效的数据处理能力是数字信号处理的一大天然优势，在该系统内部具有其他系统所不具备的、独特的芯片结构，满足了人们对海量数据处理的要求。从专业结构来说，数字信号处理系统的芯片结构属于哈弗结构，在具体的实践过程中可以将芯片中的程序和数据分别存储在两个不同的、相对独立的空间之中，从而使得两个结构能够独立运行，分别单独设置有数据线路和运行线路，两者互不干扰，独立运行，极大地提高了数据处理的速度与效率。从内部结构来看，该系统的内部芯片结构与传统系统相比也有着较大的不同，当该系统接收到相关的数据处理指令之后，它会对系统内部的各类数据进行首次筛选，从而提取出关键性的信息，这种系统处理数据速度较高，十分适应现代化的发展潮流。

2.3 具有较高的集成度

在电子信息工程综合实践中，对芯片有着一定的要求，在该系统中，高速、高危的单片计算机是其芯片最主要的组成部分，而在计算机的内部，超大规模的集成电路和计算机技术组成了该系统的内部主要结构，能够满足电子信息工程的应用，而且在体积方面，该芯片的体积较小，还能够实现各种各样的功能，使用性能稳定，集成度较高，应用起来高速便捷，符合当前大数据时代背景的主要要求。

3 构建电子信息工程综合实践的方案分析

3.1 数字信号处理系统应用的意义探析

电子信息工程综合实践是一个范围广泛的课题，涵盖着各类技术的方方面面，仅凭我们传统的实验室操作是难以体现其强大功能的，而且可操作性不强。在一些复杂的课题中可能会牵涉到复杂数字信号的处理，在这些实践过程中不但要进行信号的实时处理，而且卷积、滤波、希尔伯特变换等高速运算也需要应用在其中，所以，在计算机技术处理中依然还存在着不小的技术难题。数字信号处理系统可以对上述的应用环境进行一定的优化改善，在该系统中具有高速的数字信号处理能力而且在外围的信号处理中有比较方面的接口设计，所以，数字信号处理系统越来越被应用在电子信息工程综合实践过程中。电子信息工程综合实践中所设计的多种信息处理算法都可以使用数字信号处理系统来实现，而且数字信号处理系统自身具有很强的可控性，所以，大多数的实践内容均可以在数字信号处理系统的芯片上完成。除此之外，数字信号处理系统能够与PC端紧密结合，可以与计算机强大的操作功能结合起来，全面提升数字信号处理系统的可控性能。

3.2总体设计方案

數字信号处理系统应用在电子信息工程综合实践的总体设计方案是设计一些信号的综合处理单元内容，结合计算机的相关操作功能来形成可以操作单元的通用信号处理平台。在整个系统设计中，由数字信号处理系统和微机单元两个部分组成，数字信号处理系统是数字处理模块的核心.大多数的信息处理均是在该平台上完成。而数字信号处理系统与微机端之间主要是进行数据交换与数据控制，在关系界定上，数字信号处理系统与PC端扮演着主从的关系，数字信号处理系统接受计算机系统的控制和操作，然后在计算机的指令下可以实现对数据操作的各个流转过程。

数字信号处理系统在具体的应用过程中不但能够处理输出、输入通道所传递的实时数据，而且对于一些模拟数据也可以做到高效地处理，数字信号处理系统将数据处理完毕之后将结果传送到计算机端做进一步的处理，PC端主要是进一步加工数字信号处理系统所传输出的相关数据，例如数值分析结果、波形展示结果等，同时还对数字信号处理系统进行一定的控制作用。数字信号处理系统处理器中的相关应用程序，由PC端管理并且传输相关的指令给数字信号处理系统，在这样的工作模式下，数字信号处理系统可以灵活地操纵数字信号处理系统，从而满足实践的相关主要要求。

4 数字信号处理系统的硬件设计

首先，数字信号处理中心单元的设计与处理需要从以下几个方面人手，该模块是整个数字信号处理系统的核心内容，主要是由DSP器件和TMS320C31及相关的一些外围电路共同构成。TMS320C31是数字信号的处理核心器件，在数字信号处理系统中，几乎所有的计算、统计、传输等过程中均是依靠它来完成的。在硬件设计中，DSP器件一般需要采用TMS320C31-40型号的器件，保证其时钟频率控制在40Mhz。其次，在中央处理单元的设计中，TMS320C31-40的中央处理单元主要是由CPU寄存器组、ALU、辅助寄存器运算单元、浮点/整数乘法器等模块组成，浮点，整数乘法器可以对系统内32位浮点数进行浮点乘进行运算，结果为40位浮点数，或者同时也可以对24位整数进行定点乘运算。单周期内可以自动完成相应的乘法操作。该系统的中央处理单元具有高度的并行性和较快的指令周期，处理速度相对较高。ALU主要可以实现对32位整数、32位逻辑或者40位浮点数进行算数的逻辑运算，整体的操作过程可以在单周期内完成与实现。CPU寄存器组，C31内与CPU紧耦的寄存器组有28个寄存器，这28个寄存器通用性极强，可以适应不同的应用环境，但是其各自的主要特点也是非常突出的，其中有8个寄存器有32位扩展精度寄存器功能主要是用于管理扩展精度浮点结果操作，还有8个寄存器具有辅助寄存器支持间接寻址功能，可以在整个系统中实现循环计数的功能。此外，存储器的资源设置也是数字信号处理系统构建的关键，上述的TMS320C31的总体存储空间为16Mx32位，其中RAM模块的0和1分为lKx32位，而引导装载程序存储器的ROM为4Kx32位，每g RAM和ROM块在单周期内能够支持两次的存取，分开的程序总线、数据总线和DMA总线的共同应用使得程序的提取、DMA的操作以及数据的读写过程变得更加简化，使得各条线路能够并行运行。最后，在数字信号处理系统的外设部分，会受到统一的控制与调配，而这种控制和调配过程是通过自动化和智能化的方式来实现的，而上述的C31的外设部分主要是包含有两个定时器和一个串行端口。在定时器的结构组成中，两个定时模块均是使用32位计数器实现的，而且还具备两种发信号的方式，每一个定时器有一个1/0的管脚，它可以用来作为定时器的输入时钟，或者也可以作为定时器驱动的输出信号，同时，该管脚还可以被配置为通用1/0的管脚部分。串行端口是由一组互补的寄存器控制完成的，一般而言，国内目前主要的串口可配置为8、16、32三类位数的数据，而串行口的定时部分可以使用外部启动或者内部启动。串行口管脚也可以配置为通用1/0的管脚，当然还可以根据数字信号处理系统的具体需要将其配置为定时器。

5 结束语

从目前的应用实践情况来看，电子信息工程综合性与复杂性较强，尤其是在信号处理系统设计中依然还存在着不小的技术难题。如果采用传统的实验手段，难以完成相关的设计任务，而数字信号处理系统的出现为信息化处理提供了新的思路，数字信号处理系统有着非常强大的数据处理能力，而且还能够实现课程控制，集成度较高，基本上能够满足电子信息工程实践的要求。

参考文献：

[1]姜宏旭，刘亭杉，李辉勇，等.FPGA+DSP异构视频处理系统中基于SRIO的数据高效传输方法[J].计算机学报，2015，38（6）：1119-1130.

[2]刘岩俊.基于DSP的嵌入式温度测量系统设计与实王见[J].国外电子测量技术，2014，33（1）：78-81.

[3]马晓东，李冰琪，魏鹏，等.DSP技术发展与应用研究综述[J].电子世界，2018（24）：46-47.

[4]陈术涛，沈志，王春联，等.多核DSP与FPGA高速数据传输系统设计与实现[J].电子技术应用，2018，44（12）：40-43.

【通联编辑：李雅琪】

作者简介：刘旺（1996-），男，陕西商洛人，商洛學院电子信息工程专业，本科生;李华（1980-），女，陕西临潼人，商洛学院副教授，硕士，研究方向为电路与系统。