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篇（1）

1.2解碼電路作為HCTL_2020的改良版，HCTL_2021在穩(wěn)定性和抗干擾方面都有著突出的表現(xiàn)。交流伺服電機(jī)的光電編碼器接入解碼芯片HCTL_2021。解碼芯片內(nèi)部具有計數(shù)功能，當(dāng)HCTL_2021捕捉到光電編碼器輸出正電平時計數(shù)值加1。解碼以后的數(shù)據(jù)經(jīng)8位數(shù)據(jù)線，依次將高8位和低8位輸出至DSP。同時為了節(jié)省引腳，本系統(tǒng)設(shè)計時將4塊HCTL_2021并聯(lián)后接入DSP的GPIO端口。DSP通過軟件設(shè)置分時讀取解碼芯片的數(shù)據(jù)。

2全自動信封包裝機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.1PID控制算法簡介按偏差的比例、微分、積分進(jìn)行控制的控制器叫PID控制器。數(shù)字PID控制器的原理框圖如圖3所示。其中，r(k)為系統(tǒng)給定值，e(k)為誤差，u(k)為控制量，c(k)實(shí)際輸出。PID控制器解決了自動控制理論所要解決的最基本問題，即系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性。調(diào)節(jié)PID的參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，兼顧系統(tǒng)的帶負(fù)載能力和抗干擾能力。Kp為比例系數(shù)；ki=(kp×T)/Ti為積分系數(shù)；kd=(kp×Td)/T為微分系數(shù)；Ti為積分時間常數(shù)，Td為微分時間常數(shù)，T為積分周期。當(dāng)進(jìn)行PID調(diào)節(jié)時，系統(tǒng)在運(yùn)行初期由于偏差過大，會導(dǎo)致調(diào)節(jié)量u(k)過大，從而導(dǎo)致超調(diào)過大給系統(tǒng)帶來很大的沖擊。故需要對（1）式中的e(k)做一定的限幅處理。另外，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)以后，必然會產(chǎn)生一定的穩(wěn)態(tài)誤差，該誤差在一個很小的范圍內(nèi)波動，如果控制器反復(fù)對其進(jìn)行調(diào)節(jié)勢必造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。所以，系統(tǒng)必須設(shè)定一個輸出允許帶e0，即當(dāng)采集到的偏差|e(k)|<e0時，不改變控制量。PID控制程序流程圖如圖4所示。

2.2PID算法在系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)由于本系統(tǒng)的同步控制由一主多從的模式來實(shí)現(xiàn)，所以，2、3、4號伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速和位置信號必須跟隨1號伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速和位置信號的變化。DSP中事件管理器模塊的定時器產(chǎn)生頻率可控的PWM波來控制伺服電機(jī)，PWM波的頻率控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，PWM波的個數(shù)控制電機(jī)的位置。設(shè)多伺服電機(jī)軸編碼器輸出脈沖數(shù)偏差值為e(k)，在k時刻電機(jī)的實(shí)際反饋轉(zhuǎn)速分別為u1(k)、u2(k)、u3(k)、u4(k)。各伺服電機(jī)軸同步速度偏差值。根據(jù)不同的生產(chǎn)工藝要求可以設(shè)定允許偏差值的最大變化范圍max，當(dāng)e(k)≤eM時，系統(tǒng)不需要進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，當(dāng)e(k)>eM時，需要進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。本系統(tǒng)以TMS320F2812為控制器實(shí)現(xiàn)PID控制。在軟件中設(shè)置定時中斷，在中斷程序中，計算各從伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速和位置并與1號伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速與位置信號進(jìn)行比較，求出偏差值e(k)。經(jīng)PID調(diào)節(jié)，對于偏差做出快速反應(yīng)和補(bǔ)償。本系統(tǒng)的軟件處理采用增量式調(diào)節(jié)。（3）式中，u(k)為1號伺服電機(jī)控制量增量，其中i=2，3，4；u1(k)、ui(k)、ui(k-1)、ui(k-2)分別是k、k-1、k-2時刻1號伺服電機(jī)及i號電機(jī)軸的編碼器輸出脈沖采樣值；Kp是比例系數(shù)；Ki是積分系數(shù)；Ki=KpT∑i；Kd是微分系數(shù)，Kd=KpT∑d；T是采樣周期；∑i是積分時間常數(shù)；∑d是微分時間常數(shù)。

3系統(tǒng)設(shè)計中遇到的問題及解決方法

1同步啟動為了保證4臺伺服電機(jī)的位置相同，本系統(tǒng)設(shè)計了同步啟動程序。由于伺服電機(jī)每次轉(zhuǎn)到其固有零點(diǎn)時會發(fā)出一條高電平信號Z，將該信號接入DSP的捕獲引腳。當(dāng)DSP捕獲引腳捕捉到高電平跳變時，立即PWM波的輸出，使伺服電機(jī)停止在固有零點(diǎn)處。當(dāng)4臺伺服電機(jī)都停止后，延遲一定時間，再同時啟動4臺電機(jī)，這樣就實(shí)現(xiàn)了同步啟動。2數(shù)據(jù)的分時讀取每臺伺服電機(jī)反饋的QEP編碼信號通過HCTL_2021解碼后都會產(chǎn)生8路數(shù)據(jù)輸出信號，4臺伺服電機(jī)將會產(chǎn)生高達(dá)32路的數(shù)據(jù)輸出信號，如果直接連到DSP的I/O，將會極大地占用DSP的I/O口，不利于DSP的充分利用。此時，DSP分時讀取4塊解碼器HCTL_2021的數(shù)據(jù)輸出信號成為有效的解決辦法。實(shí)驗(yàn)中，伺服電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中每轉(zhuǎn)一圈將輸出2500個QEP編碼脈沖，將每一路編碼脈沖經(jīng)過光耦隔離后送入到HCTL_2021的信號輸入端進(jìn)行解碼。本系統(tǒng)在軟件上采用中斷方式分時讀取GPIO上4塊芯片的解碼結(jié)果。并將1號伺服電機(jī)的信息保存到變量date1中。2、3、4號伺服電機(jī)的信息分別存放在變量date2、date3、date4中。通過分時讀取，作者解決了DSP引腳不足的問題，最大限度的利用了DSP的引腳資源。特別需要注意的是：由于數(shù)字電路的電平轉(zhuǎn)換需要一定的時間，所以在改變控制信號的電平后需要延遲一定時間，等其真正穩(wěn)定。分時讀取程序的流程圖如圖6所示。

篇（2）

在實(shí)際設(shè)計時應(yīng)根據(jù)具體的應(yīng)用選擇合適的DSP。不同的DSP有不同的特點(diǎn)，適用于不同的應(yīng)用，在選擇時可以遵循以下要點(diǎn)。

算法格式

DSP的算法有多種。絕大多數(shù)的DSP處理器使用定點(diǎn)算法，數(shù)字表示為整數(shù)或-1.0到+1.0之間的小數(shù)形式。有些處理器采用浮點(diǎn)算法，數(shù)據(jù)表示成尾數(shù)加指數(shù)的形式：尾數(shù)×2指數(shù)。

浮點(diǎn)算法是一種較復(fù)雜的常規(guī)算法，利用浮點(diǎn)數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)大的數(shù)據(jù)動態(tài)范圍(這個動態(tài)范圍可以用最大和最小數(shù)的比值來表示)。浮點(diǎn)DSP在應(yīng)用中，設(shè)計工程師不用關(guān)心動態(tài)范圍和精度一類的問題。浮點(diǎn)DSP比定點(diǎn)DSP更容易編程，但是成本和功耗高。

由于成本和功耗的原因，一般批量產(chǎn)品選用定點(diǎn)DSP。編程和算法設(shè)計人員通過分析或仿真來確定所需要的動態(tài)范圍和精度。如果要求易于開發(fā)，而且動態(tài)范圍很寬、精度很高，可以考慮采用浮點(diǎn)DSP。

也可以在采用定點(diǎn)DSP的條件下由軟件實(shí)現(xiàn)浮點(diǎn)計算，但是這樣的軟件程序會占用大量處理器時間，因而很少使用。有效的辦法是“塊浮點(diǎn)”，利用該方法將具有相同指數(shù)，而尾數(shù)不同的一組數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)塊進(jìn)行處理?！皦K浮點(diǎn)”處理通常用軟件來實(shí)現(xiàn)。

數(shù)據(jù)寬度

所有浮點(diǎn)DSP的字寬為32位，而定點(diǎn)DSP的字寬一般為16位，也有24位和20位的DSP，如摩托羅拉的DSP563XX系列和Zoran公司的ZR3800X系列。由于字寬與DSP的外部尺寸、管腳數(shù)量以及需要的存儲器的大小等有很大的關(guān)系，所以字寬的長短直接影響到器件的成本。字寬越寬則尺寸越大，管腳越多，存儲器要求也越大，成本相應(yīng)地增大。在滿足設(shè)計要求的條件下，要盡量選用小字寬的DSP以減小成本。

在關(guān)于定點(diǎn)和浮點(diǎn)的選擇時，可以權(quán)衡字寬和開發(fā)復(fù)雜度之間的關(guān)系。例如，通過將指令組合連用，一個16位字寬的DSP器件也可以實(shí)現(xiàn)32位字寬雙精度算法(當(dāng)然雙精度算法比單精度算法慢得多)。如果單精度能滿足絕大多數(shù)的計算要求，而僅少量代碼需要雙精度，這種方法也可行，但如果大多數(shù)的計算要求精度很高，則需要選用較大字寬的處理器。

請注意，絕大多數(shù)DSP器件的指令字和數(shù)據(jù)字的寬度一樣，也有一些不一樣，如ADI(模擬器件公司)的ADSP-21XX系列的數(shù)據(jù)字為16位而指令字為24位。

DSP的速度

處理器是否符合設(shè)計要求,關(guān)鍵在于是否滿足速度要求。測試處理器的速度有很多方法，最基本的是測量處理器的指令周期，即處理器執(zhí)行最快指令所需要的時間。指令周期的倒數(shù)除以一百萬，再乘以每個周期執(zhí)行的指令數(shù)，結(jié)果即為處理器的最高速率，單位為每秒百萬條指令MIPS。

但是指令執(zhí)行時間并不能表明處理器的真正性能，不同的處理器在單個指令完成的任務(wù)量不一樣，單純地比較指令執(zhí)行時間并不能公正地區(qū)別性能的差異?，F(xiàn)在一些新的DSP采用超長指令字(VLIW)架構(gòu)，在這種架構(gòu)中，單個周期時間內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)多條指令，而每個指令所實(shí)現(xiàn)的任務(wù)比傳統(tǒng)DSP少，因此相對VLIW和通用DSP器件而言，比較MIPS的大小時會產(chǎn)生誤導(dǎo)作用。

即使在傳統(tǒng)DSP之間比較MIPS大小也具有一定的片面性。例如，某些處理器允許在單個指令中同時對幾位一起進(jìn)行移位，而有些DSP的一個指令只能對單個數(shù)據(jù)位移位；有些DSP可以進(jìn)行與正在執(zhí)行的ALU指令無關(guān)的數(shù)據(jù)的并行處理(在執(zhí)行指令的同時加載操作數(shù))，而另外有些DSP只能支持與正在執(zhí)行的ALU指令有關(guān)的數(shù)據(jù)并行處理；有些新的DSP允許在單個指令內(nèi)定義兩個MAC。因此僅僅進(jìn)行MIPS比較并不能準(zhǔn)確得出處理器的性能。

解決上述問題的方法之一是采用一個基本的操作(而不是指令)作為標(biāo)準(zhǔn)來比較處理器的性能。常用到的是MAC操作，但是MAC操作時間不能提供比較DSP性能差異的足夠信息，在絕大多數(shù)DSP中，MAC操作僅在單個指令周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)，其MAC時間等于指令周期時間，如上所述，某些DSP在單個MAC周期內(nèi)處理的任務(wù)比其它DSP多。MAC時間并不能反映諸如循環(huán)操作等的性能，而這種操作在所有的應(yīng)用中都會用到。

最通用的辦法是定義一套標(biāo)準(zhǔn)例程，比較在不同DSP上的執(zhí)行速度。這種例程可能是一個算法的“核心”功能，如FIR或IIR濾波器等，也可以是整個或部分應(yīng)用程序(如語音編碼器)。圖1為使用BDTI公司的工具測試的幾款DSP器件性能。

在比較DSP處理器的速度時要注意其所標(biāo)榜的MOPS(百萬次操作每秒)和MFLOPS(百萬次浮點(diǎn)操作每秒)參數(shù)，因?yàn)椴煌膹S商對“操作”的理解不一樣，指標(biāo)的意義也不一樣。例如，某些處理器能同時進(jìn)行浮點(diǎn)乘法操作和浮點(diǎn)加法操作，因而標(biāo)榜其產(chǎn)品的MFLOPS為MIPS的兩倍。

其次，在比較處理器時鐘速率時，DSP的輸入時鐘可能與其指令速率一樣，也可能是指令速率的兩倍到四倍，不同的處理器可能不一樣。另外，許多DSP具有時鐘倍頻器或鎖相環(huán)，可以使用外部低頻時鐘產(chǎn)生片上所需的高頻時鐘信號。

存儲器管理

DSP的性能受其對存儲器子系統(tǒng)的管理能力的影響。如前所述，MAC和其它一些信號處理功能是DSP器件信號處理的基本能力，快速M(fèi)AC執(zhí)行能力要求在每個指令周期從存儲器讀取一個指令字和兩個數(shù)據(jù)字。有多種方法實(shí)現(xiàn)這種讀取，包括多接口存儲器(允許在每個指令周期內(nèi)對存儲器多次訪問)、分離指令和數(shù)據(jù)存儲器(“哈佛”結(jié)構(gòu)及其派生類)以及指令緩存(允許從緩存讀取指令而不是存儲器，從而將存儲器空閑出來用作數(shù)據(jù)讀取)。圖2和圖3顯示了哈佛存儲器結(jié)構(gòu)與很多微控制器采用的“馮·諾曼”結(jié)構(gòu)的差別。

另外要注意所支持的存儲器空間的大小。許多定點(diǎn)DSP的主要目標(biāo)市場是嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)，在這種應(yīng)用中存儲器一般較小，所以這種DSP器件具有小到中等片上存儲器(4K到64K字左右)，備有窄的外部數(shù)據(jù)總線。另外，絕大多數(shù)定點(diǎn)DSP的地址總線小于或等于16位，因而可外接的存儲器空間受到限制。一些浮點(diǎn)DSP的片上存儲器很小，甚至沒有，但外部數(shù)據(jù)總線寬。例如TI公司的TMS320C30只有6K片上存儲器，外部總線為24位，13位外部地址總線。而ADI的ADSP2-21060具有4Mb的片上存儲器，可以多種方式劃分為程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。

選擇DSP時，需要根據(jù)具體應(yīng)用對存儲空間大小以及對外部總線的要求來選擇。

開發(fā)的簡便性

對不同的應(yīng)用來說，對開發(fā)簡便性的要求不一樣。對于研究和樣機(jī)的開發(fā)，一般要求系統(tǒng)工具能便于開發(fā)。而如果公司在開發(fā)下一代手機(jī)產(chǎn)品，成本是最重要的因素，只要能降低最終產(chǎn)品的成本，一般他們愿意承受很煩瑣的開發(fā)，采用復(fù)雜的開發(fā)工具(當(dāng)然如果大大延遲了產(chǎn)品上市的時間則是另一回事)。

因此選擇DSP時需要考慮的因素有軟件開發(fā)工具(包括匯編、鏈接、仿真、調(diào)試、編譯、代碼庫以及實(shí)時操作系統(tǒng)等部分)、硬件工具(開發(fā)板和仿真機(jī))和高級工具(例如基于框圖的代碼生成環(huán)境)。利用這些工具的設(shè)計過程如圖4所示。

選擇DSP器件時常有如何實(shí)現(xiàn)編程的問題。一般設(shè)計工程師選擇匯編語言或高級語言(如C或Ada)，或兩者相結(jié)合的辦法?，F(xiàn)在大部分的DSP程序采用匯編語言，由于編譯器產(chǎn)生的匯編代碼一般未經(jīng)最優(yōu)化，需要手動進(jìn)行程序優(yōu)化，降低程序代碼大小和使流程更合理，進(jìn)一步加快程序的執(zhí)行速度。這樣的工作對于消費(fèi)類電子產(chǎn)品很有意義，因?yàn)橥ㄟ^代碼的優(yōu)化能彌補(bǔ)DSP性能的不足。

使用高級語言編譯器的設(shè)計工程師會發(fā)現(xiàn)，浮點(diǎn)DSP編譯器的執(zhí)行效果比定點(diǎn)DSP好，這有幾個原因：首先，多數(shù)的高級語言本身并不支持小數(shù)算法；其次，浮點(diǎn)處理器一般比定點(diǎn)處理器具有更規(guī)則的指令，指令限制少，更適合編譯器處理；第三，由于浮點(diǎn)處理器支持更大的存儲器，能提供足夠的空間。編譯器產(chǎn)生的代碼一般比手動生成的代碼更大。

不管是用高級語言還是匯編語言實(shí)現(xiàn)編程，都必須注意調(diào)試和硬件仿真工具的使用，因?yàn)楹艽笠徊糠值拈_發(fā)時間會花在這里。幾乎所有的生產(chǎn)商都提供指令集仿真器，在硬件完成之前，采用指令集仿真器對軟件調(diào)試很有幫助。如果所用的是高級語言，對高級語言調(diào)試器功能進(jìn)行評估很重要，包括能否與模擬機(jī)和/或硬件仿真器一起運(yùn)行等性能。

大多數(shù)DSP銷售商提供硬件仿真工具，現(xiàn)在許多處理器具有片上調(diào)試/仿真功能，通過采用IEEE1149.1JTAG標(biāo)準(zhǔn)的串行接口訪問。該串行接口允許基于掃描的仿真，即程序員通過該接口加載斷點(diǎn)，然后通過掃描處理器內(nèi)部寄存器來查看處理器到達(dá)斷點(diǎn)后寄存器的內(nèi)容并進(jìn)行修改。

很多的生產(chǎn)商都可以提供現(xiàn)成的DSP開發(fā)系統(tǒng)板。在硬件沒有開發(fā)完成之前可用開發(fā)板實(shí)現(xiàn)軟件實(shí)時運(yùn)行調(diào)試，這樣可以提高最終產(chǎn)品的可制造性。對于一些小批量系統(tǒng)甚至可以用開發(fā)板作為最終產(chǎn)品電路板。

支持多處理器

在某些數(shù)據(jù)計算量很大的應(yīng)用中，經(jīng)常要求使用多個DSP處理器。在這種情況下，多處理器互連和互連性能(關(guān)于相互間通信流量、開銷和時間延遲)成為重要的考慮因素。如ADI的ADSP-2106X系列提供了簡化多處理器系統(tǒng)設(shè)計的專用硬件。

電源管理和功耗

DSP器件越來越多地應(yīng)用在便攜式產(chǎn)品中，在這些應(yīng)用中功耗是一個重要的考慮因素，因而DSP生產(chǎn)商盡量在產(chǎn)品內(nèi)部加入電源管理并降低工作電壓以減小系統(tǒng)的功耗。在某些DSP器件中的電源管理功能包括：a.降低工作電壓：許多生產(chǎn)商提供低電壓DSP版本(3.3V,2.5V,或1.8V)，這種處理器在相同的時鐘下功耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于5V供電的同類產(chǎn)品。

b.“休眠”或“空閑”模式：絕大多數(shù)處理器具有關(guān)斷處理器部分時鐘的功能，降低功耗。在某些情況下，非屏蔽的中斷信號可以將處理器從“休眠”模式下恢復(fù)，而在另外一些情況下，只有設(shè)定的幾個外部中斷才能喚醒處理器。有些處理器可以提供不同省電功能和時延的多個“休眠”模式。

c.可編程時鐘分頻器：某些DSP允許在軟件控制下改變處理器時鐘，以便在某個特定任務(wù)時使用最低時鐘頻率來降低功耗。

d.控制：一些DSP器件允許程序停止系統(tǒng)未用到的電路的工作。

不管電源管理特性怎么樣，設(shè)計工程師要獲得優(yōu)秀的省電設(shè)計很困難，因?yàn)镈SP的功耗隨所執(zhí)行的指令不同而不同。多數(shù)生產(chǎn)商所提供的功耗指標(biāo)為典型值或最大值，而TI公司給出的指標(biāo)是一個例外，該公司的應(yīng)用實(shí)例中詳細(xì)地說明了在執(zhí)行不同指令和不同配置下的功耗。

成本因素

在滿足設(shè)計要求條件下要盡量使用低成本DSP，即使這種DSP編程難度很大而且靈活性差。在處理器系列中，越便宜的處理器功能越少，片上存儲器也越小，性能也比價格高的處理器差。

封裝不同的DSP器件價格也存在差別。例如，PQFP和TQFP封裝比PGA封裝便宜得多。

篇（3）

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

數(shù)字信號處理作為信號和信息處理的一個分支學(xué)科，已滲透到科學(xué)研究、技術(shù)開發(fā)、工業(yè)生產(chǎn)、國防和國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域，取得了豐碩的成果。對信號在時域及變換域的特性進(jìn)行分析、處理，能使我們對信號的特性和本質(zhì)有更清楚的認(rèn)識和理解，得到我們需要的信號形式，提高信息的利用程度，進(jìn)而在更廣和更深層次上獲取信息。數(shù)字信號處理系統(tǒng)的優(yōu)越性表現(xiàn)為：1.靈活性好：當(dāng)處理方法和參數(shù)發(fā)生變化時，處理系統(tǒng)只需通過改變軟件設(shè)計以適應(yīng)相應(yīng)的變化。2.精度高：信號處理系統(tǒng)可以通過A/D變換的位數(shù)、處理器的字長和適當(dāng)?shù)乃惴M足精度要求。3.可靠性好：處理系統(tǒng)受環(huán)境溫度、濕度，噪聲及電磁場的干擾所造成的影響較小。4.可大規(guī)模集成：隨著半導(dǎo)體集成電路技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字電路的集成度可以作得很高，具有體積小、功耗小、產(chǎn)品一致性好等優(yōu)點(diǎn)。

然而，數(shù)字信號處理系統(tǒng)由于受到運(yùn)算速度的限制，其實(shí)時性在相當(dāng)長的時間內(nèi)遠(yuǎn)不如模擬信號處理系統(tǒng)，使得數(shù)字信號處理系統(tǒng)的應(yīng)用受到了極大的限制和制約。自70年代末80年代初DSP(數(shù)字信號處理)芯片誕生以來，這種情況得到了極大的改善。DSP芯片，也稱數(shù)字信號處理器，是一種特別適合進(jìn)行數(shù)字信號處理運(yùn)算的微處理器。DSP芯片的出現(xiàn)和發(fā)展，促進(jìn)數(shù)字信號處理技術(shù)的提高，許多新系統(tǒng)、新算法應(yīng)運(yùn)而生，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展。目前，DSP芯片已廣泛應(yīng)用于通信、自動控制、航天航空、軍事、醫(yī)療等領(lǐng)域。

DSP芯片的發(fā)展

70年代末80年代初，AMI公司的S2811芯片，Intel公司的2902芯片的誕生標(biāo)志著DSP芯片的開端。隨著半導(dǎo)體集成電路的飛速發(fā)展，高速實(shí)時數(shù)字信號處理技術(shù)的要求和數(shù)字信號處理應(yīng)用領(lǐng)域的不斷延伸，在80年代初至今的十幾年中，DSP芯片取得了劃時代的發(fā)展。從運(yùn)算速度看，MAC（乘法并累加）時間已從80年代的400ns降低到40ns以下，數(shù)據(jù)處理能力提高了幾十倍。MIPS（每秒執(zhí)行百萬條指令）從80年代初的5MIPS增加到現(xiàn)在的40MIPS以上。DSP芯片內(nèi)部關(guān)鍵部件乘法器從80年代初的占模片區(qū)的40%左右下降到小于5%，片內(nèi)RAM增加了一個數(shù)量級以上。從制造工藝看，80年代初采用4μm的NMOS工藝而現(xiàn)在則采用亞微米CMOS工藝，DSP芯片的引腳數(shù)目從80年代初最多64個增加到現(xiàn)在的200個以上，引腳數(shù)量的增多使得芯片應(yīng)用的靈活性增加，使外部存儲器的擴(kuò)展和各個處理器間的通信更為方便。和早期的DSP芯片相比，現(xiàn)在的DSP芯片有浮點(diǎn)和定點(diǎn)兩種數(shù)據(jù)格式，浮點(diǎn)DSP芯片能進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算，使運(yùn)算精度極大提高。DSP芯片的成本、體積、工作電壓、重量和功耗較早期的DSP芯片有了很大程度的下降。在DSP開發(fā)系統(tǒng)方面，軟件和硬件開發(fā)工具不斷完善。目前某些芯片具有相應(yīng)的集成開發(fā)環(huán)境，它支持?jǐn)帱c(diǎn)的設(shè)置和程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器和DMA的訪問及程序的單部運(yùn)行和跟蹤等，并可以采用高級語言編程，有些廠家和一些軟件開發(fā)商為DSP應(yīng)用軟件的開發(fā)準(zhǔn)備了通用的函數(shù)庫及各種算法子程序和各種接口程序，這使得應(yīng)用軟件開發(fā)更為方便，開發(fā)時間大大縮短，因而提高了產(chǎn)品開發(fā)的效率。

目前各廠商生產(chǎn)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芯片的特點(diǎn)1.在一個周期內(nèi)可完成一次乘法和一次累加。

2.采用哈佛結(jié)構(gòu)，程序和數(shù)據(jù)空間分開，可以同時訪問指令和數(shù)據(jù)。

3.片內(nèi)有快速RAM，通?？梢酝ㄟ^獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線在兩塊中同時訪問。

4.具有低開銷或無開銷循環(huán)及跳轉(zhuǎn)硬件支持。

5.快速中斷處理和硬件I/O支持。

6.具有在單周期內(nèi)操作的多個硬件地址產(chǎn)生器。

7.可以并行執(zhí)行多個操作。

8.支持流水線操作，取指、譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊進(jìn)行。

DSP芯片的應(yīng)用

隨著DSP芯片性能的不斷改善，用DSP芯片構(gòu)造數(shù)字信號處理系統(tǒng)作信號的實(shí)時處理已成為當(dāng)今和未來數(shù)字信號處理技術(shù)發(fā)展的一個熱點(diǎn)。隨著各個DSP芯片生產(chǎn)廠家研制的投入，DSP芯片的生產(chǎn)技術(shù)不斷更新，產(chǎn)量增大，成本和售價大幅度下降，這使得DSP芯片應(yīng)用的范圍不斷擴(kuò)大，現(xiàn)在DSP芯片的應(yīng)用遍及電子學(xué)及與其相關(guān)的各個領(lǐng)域。

典型應(yīng)用(1)通用信號處理：卷積，相關(guān)，F(xiàn)FT，Hilbert變換，自適應(yīng)濾波，譜分析，波形生成等。(2)通信：高速調(diào)制/解調(diào)器，編/譯碼器，自適應(yīng)均衡器，仿真，蜂房網(wǎng)移動電話，回聲/噪聲對消，傳真，電話會議，擴(kuò)頻通信，數(shù)據(jù)加密和壓縮等。(3)語音信號處理：語音識別，語音合成，文字變聲音，語音矢量編碼等。(4)圖形圖像信號處理：二、三維圖形變換及處理，機(jī)器人視覺，電子地圖，圖像增強(qiáng)與識別，圖像壓縮和傳輸，動畫，桌面出版系統(tǒng)等。(5)自動控制：機(jī)器人控制，發(fā)動機(jī)控制，自動駕駛，聲控等。(6)儀器儀表：函數(shù)發(fā)生，數(shù)據(jù)采集，航空風(fēng)洞測試等。(7)消費(fèi)電子：數(shù)字電視，數(shù)字聲樂合成，玩具與游戲，數(shù)字應(yīng)答機(jī)等。

在醫(yī)學(xué)電子學(xué)方面的應(yīng)用如同其它數(shù)字圖像處理一樣，DSP芯片已在醫(yī)學(xué)圖像處理，醫(yī)學(xué)圖像重構(gòu)等領(lǐng)域，如CT、核磁成象技術(shù)等方面得到了廣泛的應(yīng)用，已取得了令人滿意的效果。在助聽，電子耳渦等方面也取得了相當(dāng)?shù)倪M(jìn)展(文獻(xiàn)［1,2］)。國內(nèi)、外也有關(guān)于腦電、心電、心音和肌電信號處理方面基于DSP芯片系統(tǒng)的報道(文獻(xiàn)［4～7］)，我們對1996年以前國外生物醫(yī)學(xué)工程的部分核心期刊，如IEEETransactionsonBiomedicalEngineering,ComputersandBiomedicalResearch等核心期刊進(jìn)行檢索，有關(guān)基于DSP芯片處理系統(tǒng)的報道很少。對國內(nèi)生物醫(yī)學(xué)工程的核心期刊，如《中國醫(yī)療器械雜志》、《中國生物醫(yī)學(xué)工程雜志》、《生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)雜志》和《中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報》等刊物進(jìn)行檢索，未見有關(guān)基于DSP芯片系統(tǒng)方面的報道。對我所的光盤數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，未見有關(guān)在航天醫(yī)學(xué)方面應(yīng)用的報告。

我們認(rèn)為在生理信號處理領(lǐng)域基于DSP芯片的技術(shù)可以解決我們在實(shí)際工作中遇到的某些問題，如當(dāng)生理信號數(shù)據(jù)量很大(如腦電，肌電等)且處理算法相對復(fù)雜時，現(xiàn)有的微機(jī)在實(shí)時采樣、處理、存儲和顯示方面往往不能滿足實(shí)際應(yīng)用要求，而基于DSP芯片的高速處理單元和微機(jī)構(gòu)成主從系統(tǒng)可以較好地解決這類問題。

載人航天領(lǐng)域中信號傳輸帶寬的限制需要對生理數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時壓縮；大型實(shí)驗(yàn)中對龐大的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時處理依賴于數(shù)字處理系統(tǒng)的構(gòu)成；載人航天中對數(shù)據(jù)處理精度，可靠性要求以及功耗、工作電壓、體積、重量等方面的限制需要我們在構(gòu)造處理系統(tǒng)中選擇性能優(yōu)良的芯片。我們認(rèn)為將DSP技術(shù)應(yīng)用于載人航天領(lǐng)域具有十分重要的意義。

結(jié)束語

以DSP芯片為核心構(gòu)造的數(shù)字信號處理系統(tǒng)，可集數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲和高速實(shí)時處理為一體，能充分體現(xiàn)數(shù)字信號處理系統(tǒng)的優(yōu)越性，能很好地滿足載人航天領(lǐng)域設(shè)備測量精度、可靠性、信道帶寬、功耗、工作電壓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發(fā)展，各種各類通用及專用的新型DSP芯片在不斷推出，應(yīng)用技術(shù)和開發(fā)手段在不斷完善。這樣為實(shí)時數(shù)字信號處理的應(yīng)用——尤其是在載人航天領(lǐng)域中的應(yīng)用提供了更為廣闊的空間。我們有理由相信，DSP芯片進(jìn)一步的發(fā)展和應(yīng)用將會對載人航天信號處理領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

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篇（4）

在當(dāng)前計算機(jī)信息技術(shù)不斷發(fā)展的形勢下，數(shù)字信號作為其中的一部分，與之相對應(yīng)的數(shù)字信號課程也同樣占據(jù)著非常重要的地位。數(shù)字信號是以算法作為主體核心的課程，其自身的理論性非常強(qiáng)，在數(shù)字信號的學(xué)習(xí)過程中，由于書本中的知識點(diǎn)或者是一些概念大多都以一種比較抽象的方式呈現(xiàn)，再加上教學(xué)方法和教學(xué)手段單一，具有一定的局限性。在這種形勢下，數(shù)字信號課程的教學(xué)質(zhì)量和水平一直停滯不前，并沒有取得良好的成效。在這種情況下，將LabVIEW引入課程輔助教學(xué)中，不僅能夠讓學(xué)生以一種簡單化的方式來進(jìn)行知識的學(xué)習(xí)，而且能夠取得良好的教學(xué)效果。

一、LabVIEW與數(shù)字信號處理

LabVIEW的程序設(shè)計與傳統(tǒng)文化程序設(shè)計相比，具有明顯的差異性。LabVIEW在實(shí)際應(yīng)用過程中，主要是利用圖形化語言，通過使用功能節(jié)點(diǎn)，與圖形化自身的程序流程進(jìn)行有效結(jié)合，這樣不僅能夠利用流程控制結(jié)構(gòu)來對程序功能進(jìn)行有效的控制，而且能夠促使程序在設(shè)計過程中，其自身的形象更加直觀化。這樣一來，能夠從根本上簡化內(nèi)存分配、程序調(diào)試以及多線程序等程序設(shè)計細(xì)節(jié)，這樣能夠促使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，將精力放到問題的實(shí)際解決方面，這樣才能夠保證最終的教學(xué)效果。在程序結(jié)構(gòu)的設(shè)計和使用過程中，LabVIEW將一個完整的程序分為前面板和程序框圖，在實(shí)際操作過程中，將前面板拖入圖形控件中，就能夠以非常簡單便捷的方式，實(shí)現(xiàn)程序界面的美觀性，將其自身的影響和作用充分發(fā)揮出來[1]。對于其中的顯示控件，可以根據(jù)實(shí)際情況，對其進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，從而實(shí)現(xiàn)豐富的曲線、圖形以及圖象的整體顯示。在實(shí)際應(yīng)用過程中，可以發(fā)現(xiàn)LabVIEW在GUI以及程序設(shè)計過程中，其自身的形象化與Matlab軟件之間有非常大的優(yōu)勢。在數(shù)字信號處理教學(xué)中，LabVIEW能夠從根本上實(shí)現(xiàn)測量以及自動化的應(yīng)用數(shù)據(jù)分析，其自身有非常強(qiáng)大的數(shù)字信號處理函數(shù)節(jié)點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用過程中，能夠發(fā)揮非常有效的作用[2]。在實(shí)際操作過程中，其自身按照信號生成、運(yùn)算、濾波器以及其他功能的提供，有利于對這些內(nèi)容進(jìn)行切實(shí)有效的查找和分析，這些功能在數(shù)字信號處理教學(xué)過程中，不僅有利于使用，而且能夠取得良好的教學(xué)效果。

二、LabVIEW與虛擬儀器

虛擬儀器是一種在計算機(jī)基礎(chǔ)上的自動化測試儀器系統(tǒng)，在實(shí)際應(yīng)用過程中，能夠發(fā)揮非常良好的作用。虛擬儀器在實(shí)際應(yīng)用過程中，主要是通過自身的軟件，將計算機(jī)的一些硬件資源與儀器硬件進(jìn)行有效結(jié)合，這樣不僅能夠從根本上提升計算機(jī)自身的處理能力，而且能夠促使其自身與儀器硬件的測量以及控制進(jìn)行有效結(jié)合，從而發(fā)揮出更多的功能性作用[3]。這樣不僅能夠從根本上縮小儀器硬件的成本和體積，而且能夠通過軟件的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的顯示、儲存以及處理，以保證最終的處理結(jié)果。LabVIEW是美國一家儀器公司推出的虛擬儀器開發(fā)平臺軟件，主要是利用圖形化的編程語言，打破了傳統(tǒng)軟件的局限性。傳統(tǒng)軟件在應(yīng)用過程中，基本上都需要相對應(yīng)地進(jìn)行程序代碼的編寫和應(yīng)用，但是LabVIEW則主要是利用流程圖或者是程序框圖來實(shí)現(xiàn)。這樣不僅能夠從根本上讓編程者感受到強(qiáng)大的圖形化編程語言方式，而且具有一定的靈活性。由于自身在實(shí)際應(yīng)用過程中，被廣泛應(yīng)用到各個行業(yè)以及領(lǐng)域中，已經(jīng)逐漸被視為一個標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。利用LabVIEW軟件有利于建立屬于學(xué)生自身的虛擬儀器，其自身的圖形化界面能夠促使學(xué)生在接觸編程的過程中感受到樂趣[4]。

三、LabVIEW在數(shù)字信號處理教學(xué)中的應(yīng)用優(yōu)勢

在實(shí)際教學(xué)過程中，LabVIEW圖形化的語言直覺特性能夠讓學(xué)生保持高度集中的注意力，將注意力全部放在被教授的理論知識上，而不是在文本工程軟件應(yīng)用開發(fā)的基礎(chǔ)上，將關(guān)注點(diǎn)全放在編程的一些細(xì)節(jié)方面。將LabVIEW應(yīng)用到數(shù)字信號處理教學(xué)中，不僅能夠促使學(xué)生在短時間內(nèi)對基礎(chǔ)理論知識進(jìn)行深入的了解和學(xué)習(xí)，而且能夠讓學(xué)生適當(dāng)?shù)亻_發(fā)出一些復(fù)雜的應(yīng)用程序，對學(xué)生的理論知識學(xué)習(xí)以及動手實(shí)踐操作能力的提升來說，都有非常重要的作用[5]。在LabVIEW的應(yīng)用過程中，教師要注重將課本上一些理論性比較強(qiáng)的知識轉(zhuǎn)換成為直觀性比較強(qiáng)的知識，這樣不僅有利于學(xué)生的理解和認(rèn)識，而且能夠加深學(xué)生對理論知識的印象。促使學(xué)生在保證積極性和學(xué)習(xí)主動性越來越高的同時，能夠取得良好的學(xué)習(xí)效果，促使數(shù)字信號處理教學(xué)的整體質(zhì)量和水平能夠有所提升。

四、LabVIEW在數(shù)字信號處理教學(xué)中的實(shí)際應(yīng)用分析

（一）濾波器的設(shè)計與應(yīng)用

數(shù)字濾波器的設(shè)計是數(shù)字信號處理教學(xué)實(shí)施過程中的重點(diǎn)教學(xué)部分，同時也是教學(xué)過程中的難點(diǎn)部分，對學(xué)生的學(xué)習(xí)來說，很容易形成一定的阻礙影響。在對濾波器的設(shè)計過程中，由于其自身的整個過程運(yùn)算量比較大，并且要根據(jù)實(shí)際情況的不同，對濾波器進(jìn)行設(shè)計，從而達(dá)到不同的濾波效果，在實(shí)際應(yīng)用過程中，才能夠?qū)⑵渥陨淼挠绊懞妥饔贸浞职l(fā)揮出來，達(dá)到最優(yōu)的設(shè)計水平[6]。在這種形勢下，如果利用LabVIEW軟件來進(jìn)行計算機(jī)的輔設(shè)計，不僅能夠從根本上減少計算量，而且能夠?qū)崿F(xiàn)快速有效的濾波器數(shù)字設(shè)計，幫助學(xué)生將一些抽象的知識以一種直觀簡單的方式呈現(xiàn)出來，在保證學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不斷提升的同時，從根本上保證數(shù)字信號處理教學(xué)的整體質(zhì)量和水平有所提升。在LabVIEW實(shí)際應(yīng)用過程中，結(jié)合濾波器的形成原理，設(shè)計的FIR濾波器前面板以及后程序框圖，前編面板主要利用在顯示方面，對各種控件進(jìn)行切實(shí)有效的操作，對相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，對濾波器的類型以及窗函數(shù)進(jìn)行選擇，在保證濾波器自身的價值充分發(fā)揮出來時，能夠從根本上起到良好的教學(xué)輔助作用。在實(shí)際的設(shè)計過程中，可以利用控制前面板上開關(guān)或者是按鈕，通過鍵盤以及鼠標(biāo)的操作，將其自身與濾波器的幅頻、相頻特性進(jìn)行有效結(jié)合，促使其自身能夠滿足設(shè)計的整體需求。在實(shí)際設(shè)計過程中，可以對參數(shù)以及濾波器類型進(jìn)行切實(shí)有效的調(diào)整和分析，根據(jù)實(shí)際情況采取有針對性的措施，在保證能夠達(dá)到最佳效果的同時，促使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中更容易地接受一些難點(diǎn)[7]。

（二）信號的頻譜分析

在數(shù)字信號處理教學(xué)的實(shí)際開展過程中，在對數(shù)字信號進(jìn)行分析的時候，基本上可以從兩個方面來進(jìn)行，其中包括時間域、頻率。有些在時間域方面表現(xiàn)出的復(fù)雜信號在轉(zhuǎn)換到頻率域時可能會比較簡單，比如說在實(shí)際應(yīng)用過程中，混合了幾種不同頻率的正弦信號，在時間域中其自身的波形是沒有辦法按照科學(xué)合理的流程來展示的，經(jīng)常是以一種沒有序列的方式呈現(xiàn)。但是一旦轉(zhuǎn)換到頻率域中，就是非常簡單的幾根譜線，所以在這種形勢下可以看出，信號的頻譜分析在數(shù)字信號處理中占據(jù)著非常重要的地位。離散傅里葉變換是對數(shù)字信號頻譜分析的一種有效工具，吸收LabVIEW語言有利于對離散信號的頻譜分析[8]。在整個過程中，學(xué)生可以通過對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，直觀地看出離散傅里葉在實(shí)際變換過程中的作用。其自身存在的頻譜泄露現(xiàn)象以及柵欄效應(yīng)，能夠從根本上加深學(xué)生對數(shù)字信號處理等相關(guān)理論知識的印象。

（三）聲音的現(xiàn)場采集

在數(shù)字信號處理教學(xué)的實(shí)施過程中，為了從根本上保證學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的有效性，就需要將LabVIEW應(yīng)用其中，將其自身的影響和作用充分發(fā)揮出來，在保證充分調(diào)動起學(xué)生積極性和主動性的同時，有效地提高數(shù)字信號處理教學(xué)的整體質(zhì)量和水平。在進(jìn)入課程教學(xué)階段之后，為了說明信號與實(shí)際生活之間的密切聯(lián)系，在LabVIEW的應(yīng)用過程中，通過對其進(jìn)行簡單的設(shè)計和分析，可以利用PC的聲卡和麥克風(fēng)實(shí)現(xiàn)在教學(xué)課堂現(xiàn)場的聲音采集，并且利用多媒體技術(shù)將聲音采集后的內(nèi)容顯示在投影儀上。在實(shí)際應(yīng)用過程中，由于采集的是實(shí)際信號，并且其自身是處于連續(xù)動態(tài)實(shí)時顯示的形勢下，學(xué)生可以直接以枝干的形式看到信號的具體形態(tài)特征。這樣不僅能夠從根本上激發(fā)起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性，而且能夠意識到信號在生活中的重要性和必要性。無論是對學(xué)生的學(xué)習(xí)還是數(shù)字信號處理教學(xué)的整體質(zhì)量和水平來說，都有非常重要的作用。

綜上所述，LabVIEW在數(shù)字信號處理教學(xué)過程當(dāng)中的實(shí)際應(yīng)用，不僅能夠從根本上調(diào)動起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性，而且能夠保證數(shù)字信號處理的整體教學(xué)質(zhì)量和水平有所提升。將LabVIEW應(yīng)用到數(shù)字信號處理教學(xué)中，能夠?qū)⒃颈容^復(fù)雜難懂的知識以一種簡單的方式呈現(xiàn)出來，讓其能夠成為數(shù)字信號處理教學(xué)中非常有效的輔工具，將其自身的影響和作用發(fā)揮出來，為數(shù)字信號處理教學(xué)的質(zhì)量提升提供保障。

作者:何海浪 黃乘順 單位:邵陽學(xué)院信息工程系

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［5］馬永力.LabVIEW在數(shù)字信號處理中的應(yīng)用［J］.科技廣場，2010（7）.

篇（5）

1.2強(qiáng)調(diào)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作性PBL教學(xué)模式以學(xué)生小組為單位進(jìn)行，小組成員要積極配合，既有分工又有協(xié)作，通過調(diào)查和收集資料,疑難問題討論和意見綜合等協(xié)作學(xué)習(xí),實(shí)現(xiàn)知識的共同建構(gòu)。

1.3具有師生交互性PBL教學(xué)模式實(shí)施過程中，教師通過設(shè)計問題、并創(chuàng)造合適的學(xué)習(xí)環(huán)境，引導(dǎo)學(xué)生對問題開展學(xué)習(xí)活動，師生之間展開密切的交流、探討，促進(jìn)和指導(dǎo)學(xué)生有效地學(xué)習(xí)，尋求問題的解決。因此，對于以培養(yǎng)適應(yīng)地方經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需要的應(yīng)用型本科人才為目標(biāo)的高校，為促進(jìn)學(xué)生解決實(shí)際問題的實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)合作能力，非常適合在電子信息類實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引進(jìn)PBL教學(xué)模式。

2PBL模式在數(shù)字信號處理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

2.1課程情況概述

筆者所在學(xué)院的電子信息工程專業(yè)所開設(shè)的《數(shù)字信號處理》課程，總課時為64學(xué)時，包含16學(xué)時的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)。傳統(tǒng)的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)均為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，大部分學(xué)生只會簡單地照搬實(shí)驗(yàn)講義的詳細(xì)步驟完成固定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，而對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及結(jié)果所反映的原理并不理解。因此，結(jié)合教學(xué)改革要求，在新的課程實(shí)驗(yàn)設(shè)置中顯著提高了綜合性、設(shè)計性實(shí)驗(yàn)的比例，這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目以問題為導(dǎo)向，教師主要給出實(shí)驗(yàn)的要求和技術(shù)指標(biāo)，要求學(xué)生自主選擇并綜合利用學(xué)過的理論知識和實(shí)踐技能去實(shí)現(xiàn)一個比較完整的數(shù)字信號處理系統(tǒng)，體現(xiàn)了典型的PBL教學(xué)法的應(yīng)用優(yōu)勢。

2.2PBL模式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的具體實(shí)施

2.2.1學(xué)生分組與基本培訓(xùn)在實(shí)驗(yàn)課之前，首先對學(xué)生進(jìn)行PBL教學(xué)模式的基本培訓(xùn)，使學(xué)生明確PBL教學(xué)的目的、方法、要求及評價手段等。同時，在40人的班級中建立10個學(xué)習(xí)小組，每組4名學(xué)生。各組分別推選一名組織能力和責(zé)任心較強(qiáng)的同學(xué)擔(dān)任組長，負(fù)責(zé)本小組成員的組織協(xié)調(diào)和分工。

2.2.2問題設(shè)置問題設(shè)置是PBL教學(xué)實(shí)施中的核心環(huán)節(jié)。在這一環(huán)節(jié)中，教師根據(jù)教學(xué)大綱和實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，對實(shí)驗(yàn)課題設(shè)置若干應(yīng)用問題。圍繞我校應(yīng)用型人才培養(yǎng)的方針，所設(shè)置問題盡量貼近應(yīng)用開發(fā)實(shí)際，以培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用開發(fā)能力為導(dǎo)向。具體來說，問題設(shè)置主要遵循的原則為：(1)問題具備真實(shí)的工程背景；(2)問題具備開放性和劣構(gòu)性；(3)問題具有一定的層次性和復(fù)雜度。下面以本實(shí)驗(yàn)課程中的一個可選的綜合設(shè)計性實(shí)驗(yàn)為例，介紹相關(guān)問題的設(shè)置。該實(shí)驗(yàn)的基本內(nèi)容為，設(shè)計數(shù)字心電采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)含有噪聲的心電信號的采集和濾波。實(shí)驗(yàn)前，由教師提供一個包含心電傳感器和放大電路的實(shí)驗(yàn)板，以及一個包含單片機(jī)及A/D轉(zhuǎn)換器的接口板。實(shí)驗(yàn)要求分為兩個階段：第一階段為心電信號的采集，與學(xué)生正在同時學(xué)習(xí)的單片機(jī)課程相結(jié)合，要求學(xué)生通過單片機(jī)編程控制A/D轉(zhuǎn)換器，將放大后的模擬心電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并通過串口傳送至pc機(jī)。在這一階段，設(shè)置的主要問題包括：如何根據(jù)信號帶寬確定合適的采樣率等。通過這些問題，引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)踐中深入理解采樣定理。第二階段的工作，則是在PC機(jī)上通過Matlab對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取和濾波，去除工頻干擾、高頻肌電、基線漂移等。該階段設(shè)置的主要問題包括：有效信號的主要頻率范圍、主要干擾源的頻率范圍、線性相位和非線性相位濾波對波形的影響、IIR和FIR濾波器的特點(diǎn)等。通過這些問題的設(shè)置，引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)踐中加深對IIR和FIR等濾波器各自特點(diǎn)的認(rèn)識，并根據(jù)不同的工作目標(biāo)選擇合適的濾波器類型。

2.2.3分析問題與自主學(xué)習(xí)在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目相關(guān)的問題后，要求各學(xué)習(xí)小組的學(xué)生開展自主學(xué)習(xí)，認(rèn)真閱讀教材，復(fù)習(xí)已學(xué)過的相關(guān)知識，同時，利用圖書館、互聯(lián)網(wǎng)等渠道查閱相關(guān)參考書籍和文獻(xiàn)，并通過組內(nèi)的不斷交流和探討以初步分析問題。

2.2.4集中討論與問題解決在學(xué)生對實(shí)驗(yàn)所設(shè)置的問題進(jìn)行初步分析的基礎(chǔ)上，教師在實(shí)驗(yàn)課上組織學(xué)生開展問題的集中討論，引導(dǎo)各學(xué)習(xí)小組進(jìn)一步深入理解問題，研究問題的具體解決方法，并明確各人的任務(wù)分工。整個討論過程以學(xué)生為主導(dǎo),教師以共同討論者的身份進(jìn)行引導(dǎo)、啟發(fā)。在自主學(xué)習(xí)和集中討論的基礎(chǔ)上，各小組最終形成具體的問題解決方案，并通過編程實(shí)現(xiàn)對問題的解決，進(jìn)而完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

2.2.5總結(jié)與點(diǎn)評學(xué)習(xí)小組在編寫程序?qū)崿F(xiàn)問題解決的過程中，教師以實(shí)時巡視、檢查進(jìn)度、隨機(jī)提問、驗(yàn)收成果等方式促進(jìn)小組的工作。由于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及對應(yīng)問題的設(shè)置具有一定的開放性，學(xué)生解決問題的思路和方法也相應(yīng)具有多樣性，教師對各小組的問題解決方法進(jìn)行歸納總結(jié)，并在下次實(shí)驗(yàn)課做出點(diǎn)評。

2.3PBL模式下的成績評價

為了客觀地評定學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，需要采用多層次多角度的評價方法。最終成績的評定并不僅僅由期末的實(shí)驗(yàn)考核所決定，而是突出過程表現(xiàn)，強(qiáng)調(diào)過程性評價。最終的實(shí)驗(yàn)成績由以下幾部分組成。

2.3.1自主學(xué)習(xí)表現(xiàn)該部分占總成績的30%，主要衡量學(xué)生在PBL模式下的學(xué)習(xí)方法、學(xué)習(xí)態(tài)度和學(xué)習(xí)能力。具體評價點(diǎn)包括：學(xué)生是否閱讀了相關(guān)教材、參考資料；能否有效利用所學(xué)的知識分析問題；在學(xué)習(xí)小組討論中是否積極發(fā)言，發(fā)言內(nèi)容是否與討論的問題有關(guān)且具有一定的深度；小組成員間的互相評價。

2.3.2實(shí)驗(yàn)過程與實(shí)驗(yàn)報告該部分占總成績的35%，主要衡量學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中具體解決問題的能力和總結(jié)歸納水平。具體評價依據(jù)來自于教師巡視及提問的記錄以及學(xué)生提交的實(shí)驗(yàn)報告。

2.3.3實(shí)驗(yàn)考試該部分占總成績的35%。主要衡量經(jīng)過一學(xué)期的PBL訓(xùn)練后學(xué)生個人的綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。具體評價依據(jù)來自于實(shí)驗(yàn)考試中對所給實(shí)驗(yàn)題的完成速度與質(zhì)量。

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2內(nèi)屏蔽層接續(xù)工藝改進(jìn)

目前內(nèi)屏蔽層接續(xù)工藝主要有2種，一是采用雙銅環(huán)對屏蔽銅網(wǎng)和內(nèi)屏蔽層進(jìn)行壓接，此種方式的缺陷在于容易造成芯線“皮－泡－皮”絕緣層的損傷。二是采用一截銅網(wǎng)與待接續(xù)的內(nèi)屏蔽層重疊搭接，再用塑料扎帶進(jìn)行綁扎緊固，該方式不能保證內(nèi)屏蔽層與銅網(wǎng)之間的可靠連接，尤其是當(dāng)灌入冷封膠時，冷封膠逐漸滲入到內(nèi)屏蔽層與銅網(wǎng)之間的接觸面形成絕緣層。在這種情況下，如果有外界干擾電流在內(nèi)屏蔽層上引起較大的縱向電動勢，就會在內(nèi)屏蔽層與銅網(wǎng)的接續(xù)處造成發(fā)熱，甚至產(chǎn)生燒損電纜的嚴(yán)重后果。因此，必須采取技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)內(nèi)屏蔽層與接續(xù)銅網(wǎng)之間的可靠電氣連接。為保證可靠接續(xù)，采用一種含有低熔點(diǎn)金屬的焊錫膏進(jìn)行快速焊接。具體方案如下：將內(nèi)屏蔽層剝開2cm，在內(nèi)屏蔽層與四線組之間纏繞一圈云母紙。在內(nèi)屏蔽層與接續(xù)銅網(wǎng)接頭處的接觸面上，均勻涂抹一種含有低熔點(diǎn)金屬的焊錫膏。將排流線（內(nèi)屏蔽層與四線組間或在內(nèi)屏蔽層外有一根銅導(dǎo)線稱為排流線）纏繞綁扎在銅網(wǎng)與內(nèi)屏蔽層的接頭處，起到一定的固定作用。4．用電子氣焊槍加熱使焊錫膏熔化，實(shí)現(xiàn)內(nèi)屏蔽層、接續(xù)銅網(wǎng)、排流線三者的可靠接續(xù)。經(jīng)過反復(fù)實(shí)踐操作，得出“錫膏焊接法”的特點(diǎn)：一是焊錫膏可以直接涂抹在屏蔽層與銅網(wǎng)的接觸面上，比使用普通焊錫絲操作起來更方便；二是焊錫膏含有助焊劑和焊料粉，與普通焊錫絲相比更易融化，所需加熱時間更短，四芯組外包裹云母紙，起到隔熱、防火和絕緣的作用，僅這兩點(diǎn)就可以避免損壞芯線絕緣層；三是焊錫膏在加熱過程中有較強(qiáng)的去氧化膜功能和較好的粘附性能，焊接質(zhì)量可靠。

3成端工藝改進(jìn)

內(nèi)屏蔽鐵路數(shù)字信號電纜在結(jié)構(gòu)上與普通鐵路信號電纜相比，增加了內(nèi)屏蔽層及排流線。內(nèi)屏蔽鐵路數(shù)字信號電纜引入室外信號箱盒進(jìn)行成端時，要求將內(nèi)屏蔽層及排流線引出并接地，這就是內(nèi)屏蔽鐵路數(shù)字信號電纜成端工藝的關(guān)鍵點(diǎn)。目前，施工單位常用的工藝，是采用銅壓接管來壓接內(nèi)屏蔽層、排流線和引出線。然而，內(nèi)屏蔽鐵路數(shù)字信號電纜芯線的“皮－泡－皮”絕緣層在外力作用下容易損傷，作業(yè)人員難以掌握恰當(dāng)?shù)膲航恿Χ?，一旦力度過大就會損傷芯線絕緣層，如果施工時只是破皮而未完全破損，那么這一隱患點(diǎn)就難以及時發(fā)現(xiàn)，只會在日后的運(yùn)營過程中隨著列車震動造成的摩擦最終破損而導(dǎo)致芯線對地絕緣不良。因此，解決這一問題的關(guān)鍵在于施工過程中要盡量避免對芯線“皮－泡－皮”絕緣層的擠壓。經(jīng)過大量工程實(shí)踐摸索，建議采用一種含有低熔點(diǎn)金屬的焊接材料進(jìn)行焊接，來替代原來普遍采用的銅環(huán)壓接或普通焊錫絲焊接工藝，具體操作如下：首先將內(nèi)屏蔽層與四線組剝離開，再采用一種基于低熔點(diǎn)金屬構(gòu)成的焊錫膏將7×0．52塑料銅芯線與內(nèi)屏蔽層進(jìn)行焊接，焊接完成后認(rèn)真整理內(nèi)屏蔽層，可采用棉布隔離內(nèi)屏蔽層與四線組，以防銅屏蔽層割傷芯線，由此杜絕損傷電纜芯線。

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一、傳輸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)參數(shù)

經(jīng)過MPEG-2信源編碼和MPEG-2TS傳輸流復(fù)用后生成的MPEG-2傳輸復(fù)用包經(jīng)過擾碼、RS編碼及卷積交織后，進(jìn)行64QAM調(diào)制形成中頻調(diào)制信號，中頻調(diào)制信號經(jīng)過上變頻轉(zhuǎn)為射頻信號然后送入HFC網(wǎng)傳送到用戶。

數(shù)字電視和模擬電視的頻譜結(jié)構(gòu)及能量分布完全不同。由于QAM中的調(diào)幅是平衡調(diào)幅，抑制了載波，因而從頻譜分析儀上看，一個數(shù)字頻道的已調(diào)信號，像一個抬高了的噪聲平臺，均勻地平鋪于整個限定帶寬內(nèi)。伴音信號在MPEG-2編碼時，已經(jīng)與圖像信號以包的形式復(fù)用到了一起，因而，一個數(shù)字電視頻道，不但沒有所謂圖像載波，也沒有伴音載波。

1.1數(shù)字電視的信號電平

數(shù)字電視信號沒有圖像載波電平可取，整個限定的帶寬內(nèi)是平頂?shù)?，無峰值可言。所以，QAM數(shù)字頻道的電平是用被測頻道信號的平均功率來表達(dá)的，稱為數(shù)字頻道平均功率。在用戶端電纜信號系統(tǒng)出口處要求：信號電平為47dBμV-67dBμV(比模擬電視信號的要求低10dB)，數(shù)字相鄰頻道間最大電平差為≤3dB，數(shù)字頻道與相鄰模擬頻道間最大電平差為≤13dB。

1.2數(shù)字電視的噪聲電平

測量模擬頻道噪聲時，在模擬頻道取噪聲測試點(diǎn)，只要偏離圖像載頻即可。但是數(shù)字電視的頻譜分布決定了測量數(shù)字頻道噪聲不能使用模擬頻道的測量方法。數(shù)字頻道內(nèi)有用能量也像噪聲，沒有什么特點(diǎn)把它們分開，所以測量噪聲，要到被測頻道的鄰頻道去取樣，并且這個鄰頻道應(yīng)當(dāng)是空閑的。

1.3誤碼率

數(shù)字電視信號是離散的信號，接收到的數(shù)字電視信號要么是穩(wěn)定、清晰的圖像，要么就是中斷(包括馬賽克、靜幀)，具有“斷崖效應(yīng)”的特點(diǎn)。信號的這種變化，只與傳輸?shù)恼`碼率有關(guān)，所以把誤碼率作為衡量系統(tǒng)信號質(zhì)量劣變程度的最重要的指標(biāo)。

1.4信噪比

信噪比(S/N)指傳輸信號的平均功率與噪聲的平均功率之比。載噪比(C/N)指已調(diào)制信號的平均功率與噪聲的平均功率之比，載噪比中的已調(diào)制信號的功率包括了傳輸信號的功率和調(diào)制載波的功率。在調(diào)制傳輸系統(tǒng)中，一般采用載噪比指標(biāo)；而在基帶傳輸系統(tǒng)中，一般采用信噪比指標(biāo)。

數(shù)字調(diào)制信號對網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的要求主要反映在載噪比上，載噪比越大，信號質(zhì)量越好，反之信號質(zhì)量就差，模擬電視會出現(xiàn)“雪花干擾”，數(shù)字電視會出現(xiàn)馬賽克，嚴(yán)重時會造成圖像不連續(xù)甚至不能對圖像解碼。在有線網(wǎng)中，用戶端電纜信號出口處數(shù)字頻道載噪比達(dá)到31dB以上，就可傳送64QAM信號。

1.5調(diào)制誤差比

數(shù)字調(diào)制信號的損傷通常用星座圖來觀察。在星座圖中，噪聲呈云狀，差拍干擾呈環(huán)狀，IQ不平衡的星座圖不是正方形。調(diào)制誤差比(MER)包含了信號的所有類型的損傷，如各種噪聲、載波泄漏、IQ幅度不平衡、IQ相位誤差、相位噪聲等。MER的測試結(jié)果反映了數(shù)字接收機(jī)還原二進(jìn)制數(shù)碼的能力，它近似于基帶信號的信噪比S/N。在用戶端電纜信號出口處調(diào)制誤差比MER要求達(dá)到30dB以上。

二、數(shù)字信號的監(jiān)測

數(shù)字電視平臺節(jié)目監(jiān)測系統(tǒng)擬視音頻及數(shù)字矩陣系統(tǒng)、數(shù)字測試儀器及電視墻三個大的部分構(gòu)成。數(shù)字TS碼流經(jīng)過數(shù)字ASI矩陣系統(tǒng)切換，送入解碼器解碼還原成模擬視音頻后，送入電視墻，進(jìn)行主觀效果監(jiān)測，同時可進(jìn)行與一般模擬視音頻信號相同的測試，經(jīng)ASI矩陣切換的數(shù)字TS碼流也可直接送入數(shù)字碼流分析儀進(jìn)行實(shí)時分析，或者經(jīng)過錄制后，離線分析等。數(shù)字碼流經(jīng)QAM調(diào)制后輸出的RF射頻信號經(jīng)混合器混合，送入大網(wǎng)播出，同時分出1路至機(jī)頂盒接收，機(jī)頂盒輸出電視信號或者音頻廣播信號至視音頻矩陣，然后送入電視墻。同時也可進(jìn)行模擬指標(biāo)測試。從混合器再分出l路射頻信號經(jīng)數(shù)字電視測試接收機(jī)處理后輸出TS流至碼流分析儀，實(shí)現(xiàn)對QAM調(diào)制后的數(shù)字信號的測試。

數(shù)字碼流監(jiān)測可以根據(jù)其來源分為：編碼器輸出TS流、數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)輸出TS流、多協(xié)議適配器輸出TS流、復(fù)用器輸出TS流、獨(dú)立加擾器輸出TS流、其它TS流及QAM調(diào)制后經(jīng)解調(diào)恢復(fù)的TS流。在本監(jiān)測系統(tǒng)中，QAM調(diào)制后經(jīng)數(shù)字電視測試接收機(jī)解調(diào)后恢復(fù)出的TS流可直接送入數(shù)字碼流分析儀進(jìn)行數(shù)字分析；其余各種來源的TS流須經(jīng)數(shù)字矩陣的切換處理后再進(jìn)行測試。

在本系統(tǒng)中，有編碼器輸出的TS流、數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)輸出的TS流、適配器和解密器輸出的TS流、其它輸出的TS流、復(fù)用器輸出的TS流以及獨(dú)立加擾器輸出的TS流，其中復(fù)用器、獨(dú)立加擾器、解密器以及部分?jǐn)?shù)字衛(wèi)星接收機(jī)輸出為MPTS，而獨(dú)立加擾器輸出為經(jīng)過加擾加密的TS流。具體監(jiān)測方式如下：編碼器、數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)、多協(xié)議適配器、音頻編碼器、復(fù)用器、獨(dú)立加擾器等設(shè)備的TS流送入數(shù)字ASI切換矩陣切選輸出。矩陣的輸出可切選至數(shù)字碼流分析儀分析，也可直接接入解碼器，用作還原AV，送至電視墻做主觀測試等；對于獨(dú)立加擾器的輸出需切換到碼流分析儀進(jìn)行分析。

對比測試原則采用溯源法，跟蹤對比測試的原則，主要體現(xiàn)在電視墻的主觀效果上。

(1)對編碼器、接收機(jī)的信號根據(jù)處理過程分成源AV信號或直接輸出AV信號、初步處理TS流信號(包括編碼輸出及數(shù)字接收機(jī)輸出TS信號)、復(fù)用器復(fù)用后TS流信號和QAM調(diào)制混合后信號四種，對節(jié)目同時段對比跟蹤測試。即為源AV信號或直接輸出AV信號與后面的信號經(jīng)過還原的視音頻信號進(jìn)行對比測試，體現(xiàn)在每一環(huán)節(jié)信號質(zhì)量的比較、變化、跟蹤監(jiān)測。

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而關(guān)于DVB-T，是指利用開路地面?zhèn)鬏斆浇檫M(jìn)行MPEG-2數(shù)字電視傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)，使用COFDM碼分正交頻分復(fù)用的信道調(diào)制技術(shù)，同時伴隨著強(qiáng)大的糾錯碼，達(dá)到頻譜利用效率與傳輸可靠性的平衡。COFDM信道調(diào)制編碼技術(shù)提供兩種子載波數(shù)量(2k和8k模式)、3種調(diào)制方式、4種保護(hù)間隔。DVB-T系統(tǒng)的信號以68個OFDM字符為一幀，每四幀構(gòu)成一個超幀。每一個OFDM字符在8k模式下有6817個載波，在2k模式下有1705個載波，定義傳輸時間為TS，它由兩部分構(gòu)成，一部分為有用傳輸時間TU，另一部分為保護(hù)間隔Δ，每一幀中的字符由0〜67按序排列，每一幀中發(fā)送有用數(shù)字電視數(shù)據(jù)、導(dǎo)頻（離散導(dǎo)頻和連續(xù)導(dǎo)頻）和傳輸參數(shù)信令（TPS）。表1列出了幾種制式的OFDM符號的外部射頻特征。

2基于OFDM符號特征的數(shù)字電視制式識別

在幾種地面無線數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)的幀結(jié)構(gòu)中，OFDM符號作為最基本的單元承載著可以區(qū)別的一些外部特征。正交多載波調(diào)制技術(shù)把高速的數(shù)據(jù)流通過串/并變換，分配到速率相對較低的若干個頻率子信道中進(jìn)行傳輸，分別調(diào)制一路獨(dú)立的數(shù)據(jù)信息,調(diào)制之后將若干個子載波的信號相加同時發(fā)送。每個OFDM符號是多個經(jīng)過相移鍵控(PSK)或正交幅度調(diào)制(QAM)的子載波信號之和。根據(jù)表1列出的幾種制式的外部特征，明顯地在導(dǎo)頻部分區(qū)別最大。對不同的數(shù)字電視制式，連續(xù)導(dǎo)頻在OFDM符號中的子載波具有不同的位置，而離散導(dǎo)頻則具有不同的子載波間隔特點(diǎn)。如DVB-T標(biāo)準(zhǔn)的OFDM符號中，離散導(dǎo)頻等間隔為12，其功率為16/9,而傳輸數(shù)據(jù)的功率為1,而且離散導(dǎo)頻數(shù)目很多,因此還可根據(jù)功率特性判斷符號制式類型。與此類似，CMMB制式中離散導(dǎo)頻間隔則為8等。

另外，由于CMMB標(biāo)準(zhǔn)中用于承載廣播系統(tǒng)控制信息的控制邏輯信道采用BPSK進(jìn)行調(diào)制，因此，若OFDM子載波中有BPSK信號，則可歸類為CMMB標(biāo)準(zhǔn)。而DTMB標(biāo)準(zhǔn)和DVB-T標(biāo)準(zhǔn)可根據(jù)是否存在4QAM調(diào)制進(jìn)行區(qū)分，因?yàn)樵贒TMB中信號幀的幀頭采用的是4QAM調(diào)制，在DVB-T中不存在這種調(diào)制。OFDM復(fù)等效基帶信號可以利用離散傅立葉逆變換（IDFT）的方法來實(shí)現(xiàn)。由于在數(shù)字調(diào)制信號中，星座圖與調(diào)制類型有一一對應(yīng)的關(guān)系，能同時反映PSK和QAM調(diào)制信號及其調(diào)制階數(shù)的差別。得到OFDM子載波的調(diào)制信息后，可根據(jù)3種無線數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)載波的調(diào)制特點(diǎn)，結(jié)合連續(xù)導(dǎo)頻和離散導(dǎo)頻的位置與幅度信息，對所測信號進(jìn)行歸類。基于OFDM符號的上述基本特征，我們在一個硬件實(shí)驗(yàn)平臺上把相應(yīng)的處理算法代碼寫入FPGA和DSP，成功地實(shí)現(xiàn)了對3種地面數(shù)字無線電視制式的識別。

篇（9）

 

線性調(diào)頻信號具有非線性相位譜，能夠獲得較大的時寬帶寬積;與其它脈壓信號相比，很容易用數(shù)字技術(shù)產(chǎn)生，且技術(shù)上比較成熟;所用的匹配濾波器對回波信號的多卜勒頻移不敏感，因而可以用一個匹配濾波器處理具有不同多卜勒頻移的回波信號。這將大大簡化信號處理系統(tǒng)，因此它在工程中得到了廣泛的應(yīng)用。采用這種信號的雷達(dá)可以同時獲得遠(yuǎn)的作用距離和高的距離分辨率。

一、線性調(diào)頻信號的產(chǎn)生方法

隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，以前由模擬方法完成的許多功能逐漸被數(shù)字方法所取代，復(fù)雜的雷達(dá)信號的產(chǎn)生也基本完成了由模擬技術(shù)到數(shù)字技術(shù)的質(zhì)的轉(zhuǎn)變。因?yàn)榕c模擬方法相比，數(shù)字方法具有靈活性好、可靠性高、失真補(bǔ)償方便，及易于實(shí)現(xiàn)相參等明顯優(yōu)越性，現(xiàn)己成為產(chǎn)生高性能線性調(diào)頻信號的主要方法。數(shù)字方法產(chǎn)生線性調(diào)頻信號的方法主要包括兩種，波形存儲直讀法和直接數(shù)字合成法（DDS）。

波形存儲直讀法是一種經(jīng)典的基帶信號產(chǎn)生方法。它是預(yù)先根據(jù)采用頻率、基帶帶寬、時寬等信號參數(shù)，通過線性調(diào)頻信號的數(shù)學(xué)表達(dá)式分別計算出兩路正交信號的采樣值，按照順序預(yù)先寫入高速內(nèi)存中。通過對采用時鐘進(jìn)行計數(shù)而順序產(chǎn)生高速內(nèi)存譯碼地址，依次從高速內(nèi)存中讀出預(yù)先寫入的兩路正交信號的采樣值。I、Q兩路分別經(jīng)過數(shù)模變換、低通濾波產(chǎn)生兩路正交線性調(diào)頻基帶信號。這種方法具有原理簡單、成本低廉、對器件依賴小等優(yōu)點(diǎn)，并具有較好的幅相預(yù)失真補(bǔ)償能力，但是存在電路結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、需要高速控制電路配合，也增加了軟件的復(fù)雜度。經(jīng)正交調(diào)制和倍頻器，對基帶信號進(jìn)行帶寬擴(kuò)展和頻譜搬移，輸出所需帶寬和頻段的線性調(diào)頻信號。直接數(shù)字合成（Direct Digital Synthesis，簡稱DDS）方法。用這種方法產(chǎn)生的線性調(diào)頻信號的技術(shù)日益受到重視并廣泛應(yīng)用，它是根據(jù)線性調(diào)頻信號的頻率線性變化、相位平方變化的特點(diǎn)而設(shè)計的。直接數(shù)字合成法采用兩級相位累加結(jié)構(gòu)來得到線性調(diào)頻信號的二次變化的相位，然后根據(jù)相位值查存儲在ROM里的正弦、余弦表，將查得的值經(jīng)D/A轉(zhuǎn)化得到相應(yīng)的I、Q兩路基帶線性調(diào)頻信號。這種方法通過數(shù)控電路能對DDS輸出波形、頻率、幅度、相位實(shí)現(xiàn)精確控制，可在調(diào)頻帶寬內(nèi)對雷達(dá)系統(tǒng)的幅度和相位進(jìn)行校正，產(chǎn)生近乎理想的線形調(diào)頻信號。只要改變某些電路的參數(shù)設(shè)置，就可以改變線性調(diào)頻信號的時寬和帶寬。但由于DDS的全數(shù)字的全數(shù)字結(jié)構(gòu)，雜散電平高是其自身固有的缺陷。

二、線性調(diào)頻脈沖信號壓縮的實(shí)現(xiàn)方法

線性調(diào)頻脈沖信號的壓縮通常有兩種方式：模擬壓縮和數(shù)字壓縮。目前模擬式脈沖壓縮器件有：具有大帶寬、小時寬的聲表面波（SAW）器件；中等時寬和中等帶寬的體聲波反射陣列壓縮器等。隨著高速、大規(guī)模集成電路器件的發(fā)展，對于大時寬大帶寬信號的脈沖壓縮通常采用數(shù)字方式壓縮。

數(shù)字脈沖壓縮系統(tǒng)較之模擬方法具有一系列優(yōu)點(diǎn)：數(shù)字法可獲得高穩(wěn)定度、高質(zhì)量的線性調(diào)頻信號，脈沖壓縮器件在實(shí)現(xiàn)匹配濾波的同時，可以方便地實(shí)現(xiàn)旁瓣抑制加權(quán)處理，既可有效地縮小脈沖壓縮系統(tǒng)的設(shè)備量，又具有高穩(wěn)定性和可維護(hù)性，并提高了系統(tǒng)的可編程能力?？萍颊撐?，壓縮方法。因此，數(shù)字處理方法獲得了廣泛的重視和應(yīng)用。

1、線性調(diào)頻脈沖信號的時域數(shù)字壓縮實(shí)現(xiàn)

線性調(diào)頻信號的時域數(shù)字脈沖壓縮處理，通常在視頻進(jìn)行，并采用I、Q兩路正交雙通道處理方案，以避免回波信號隨機(jī)相位的影響，可減少約3dB的系統(tǒng)處理損失。中頻回波信號經(jīng)正交相位檢波，還原成基帶視頻信號，再經(jīng)A/D變換形成數(shù)字信號，進(jìn)行數(shù)字脈沖壓縮處理。I、Q雙路數(shù)字壓縮按復(fù)相關(guān)運(yùn)算（即匹配濾波）進(jìn)行，雙路相關(guān)運(yùn)算輸出經(jīng)求模處理、D/A變換，輸出模擬脈沖壓縮信號；I、Q雙路相關(guān)輸出的數(shù)字信號還可送后級信號處理。

2、線性調(diào)頻脈沖信號的頻域數(shù)字壓縮實(shí)現(xiàn)

由于高速A/D變換器、大規(guī)模集成電路技術(shù)以及快速傅立葉變換技術(shù)的應(yīng)用，使寬帶信號的實(shí)時處理成為可能?？萍颊撐?，壓縮方法。采用DSP及FPGA的頻域數(shù)字脈沖壓縮處理的優(yōu)點(diǎn)是處理速度高、工作穩(wěn)定、重復(fù)性好，并且具有較大的靈活性。

3、線性調(diào)頻脈沖壓縮方案

根據(jù)線性調(diào)頻信號的特點(diǎn)及其脈沖壓縮原理，數(shù)字脈沖壓縮系統(tǒng)首先要將回波信號經(jīng)A/D采樣變成數(shù)字信號，再進(jìn)行脈沖壓縮。時域數(shù)字脈沖壓縮實(shí)際上是將回波數(shù)據(jù)與匹配濾波器進(jìn)行復(fù)卷積，而頻域數(shù)字脈沖壓縮則是通過對回波數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT后，與匹配濾波器的系數(shù)進(jìn)行復(fù)數(shù)乘法運(yùn)算，然后再經(jīng)過IFFT得到壓縮脈沖的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。對于N點(diǎn)長度的信號，在時域?qū)崿F(xiàn)數(shù)字脈壓，需要進(jìn)行L2次復(fù)數(shù)乘法運(yùn)算，而頻域卷積法僅需2L1og2L次復(fù)數(shù)乘法運(yùn)算，大大減小了運(yùn)算工作量。另外，考慮到抑制旁瓣加權(quán)函數(shù)，若在時域?qū)崿F(xiàn)數(shù)字脈壓，不僅要增加存儲器，而且運(yùn)算量將增加一倍，在頻域?qū)崿F(xiàn)抑制旁瓣加權(quán)函數(shù)，不需增加存儲器和運(yùn)算量。

三、線性調(diào)頻脈沖信號的加權(quán)處理

線性調(diào)頻信號通過匹配濾波器后，輸出脈沖的包絡(luò)近似Sinc(x)形狀。其中最大的第一對旁瓣為主瓣電平的一13.2dB，其他旁瓣電平隨其離主瓣的間隔x按1/X的規(guī)律衰減，旁瓣零點(diǎn)間隔是1/B。在多目標(biāo)環(huán)境中，這些旁瓣會埋沒附近較小目標(biāo)的主信號，引起目標(biāo)丟失。為了提高分辨多目標(biāo)的能力，必須采用旁瓣抑制的措施，簡稱加權(quán)技術(shù)?？萍颊撐模瑝嚎s方法。加權(quán)可以在發(fā)射端、接收端或收、發(fā)兩端上進(jìn)行，分別稱為單向加權(quán)或雙向加權(quán)?？萍颊撐模瑝嚎s方法。其方式可以是頻率域幅度或相位加權(quán)，也可以是時間域幅度或相位加權(quán)。科技論文，壓縮方法。此外，加權(quán)可在射頻、中頻或視頻級中進(jìn)行?？萍颊撐模瑝嚎s方法。為了使發(fā)射機(jī)工作在最佳功率狀態(tài)，一般不在發(fā)射端進(jìn)行加權(quán)。目前應(yīng)用最廣的是在接受端中頻級采用頻率域幅度加權(quán)。

引入加權(quán)網(wǎng)絡(luò)實(shí)質(zhì)上是對信號進(jìn)行失配處理，所以它不僅使旁瓣得到抑制，同時使輸出信號包絡(luò)主瓣降低、變寬。換句話說，旁瓣抑制是以信噪比損失及距離分辨力變差為代價的。如何選擇加權(quán)函數(shù)這涉及到最佳準(zhǔn)則的確定?？紤]到信號的波形和頻譜的關(guān)系與天線激勵和遠(yuǎn)場的關(guān)系具有本質(zhì)上的共性，人們應(yīng)用天線設(shè)計中的旁瓣抑制原理，曾提出海明加權(quán)、余弦平方、余弦四次方加權(quán)等幾種最佳加權(quán)函數(shù)。但是這些理想的加權(quán)函數(shù)都較難實(shí)現(xiàn)。因此，只能在旁瓣抑制、主瓣加寬、信噪比損失、旁瓣衰減速度以及技術(shù)實(shí)現(xiàn)難易等幾個方面進(jìn)行折衷的考慮選取合適的加權(quán)函數(shù)。

結(jié)語：隨著數(shù)字技術(shù)和大規(guī)模集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字脈沖壓縮(也稱脈壓)技術(shù)以其性能穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)、控制方式靈活以及硬件系統(tǒng)更小型化等優(yōu)點(diǎn)，逐步取代早期的模擬脈壓技術(shù)，成為現(xiàn)代脈壓系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。特別是近年來高性能通用數(shù)字信號處理器的出現(xiàn)，為雷達(dá)脈沖壓縮處理的數(shù)字化實(shí)現(xiàn)提供了一種工程實(shí)現(xiàn)途徑。數(shù)字脈壓系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)可以滿足體積小、功耗低和成本低等條件，其相關(guān)問題的研究成為國內(nèi)外廣大學(xué)者研究的熱點(diǎn)問題之一。

參考文獻(xiàn)：

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2、任培紅《脈沖壓縮信號的特點(diǎn)、產(chǎn)生、及壓縮方法》[J]電訊技術(shù)1999(2)；

篇（10）

 

一、數(shù)字通信系統(tǒng) 

數(shù)字通信是指用數(shù)字信號作為載體來傳輸信息，或者用數(shù)字信號對載波進(jìn)行數(shù)字調(diào)制后在傳輸?shù)耐ㄐ欧绞?。它的主要技術(shù)設(shè)備包括發(fā)射器、接收器以及傳輸介質(zhì)。數(shù)字通信系統(tǒng)的通信模式主要包括數(shù)字頻帶傳輸通信系統(tǒng)、數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)以及模擬信號數(shù)字化傳輸通信系統(tǒng)三種。 

數(shù)字信號與傳統(tǒng)的模擬信號不同，它是一種無論在時間上還是幅度上都屬于離散的負(fù)載數(shù)據(jù)信息的信號。與傳統(tǒng)的模擬通信相比其具以下優(yōu)勢：首先是數(shù)字信號有極強(qiáng)的抗干擾能力，由于在信號傳輸?shù)倪^程中不可避免的會受到系統(tǒng)外部以及系統(tǒng)內(nèi)部的噪聲干擾，而且噪聲會跟隨信號的傳輸而進(jìn)行放大，這無疑會干擾到通信質(zhì)量。但是數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸?shù)氖请x散性的數(shù)字信號，雖然在整個過程中也會受到的噪聲干擾，但只要噪聲絕對值在一定的范圍內(nèi)就可以消除噪聲干擾。其次是在進(jìn)行遠(yuǎn)距離的信號傳輸時，通信質(zhì)量依然能夠得到有效保證。因?yàn)樵跀?shù)字通信系統(tǒng)當(dāng)中利用再生中繼方式，能夠消除長距離傳輸噪音對數(shù)字信號的影響，而且再生的數(shù)字信號和原來的數(shù)字信號一樣，可以繼續(xù)進(jìn)行傳輸，這樣一來數(shù)字通信的質(zhì)量就不是因?yàn)榫嚯x的增加而產(chǎn)生強(qiáng)烈的影響，所以它也比傳統(tǒng)的模擬信號更適合進(jìn)行高質(zhì)量的遠(yuǎn)距離通信。此外數(shù)字信號要比模擬信號具有更強(qiáng)的保密性，而且與現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合的形式非常簡便，目前的終端接口都采用數(shù)字信號，同時數(shù)字通信系統(tǒng)還能夠適應(yīng)各種類型的業(yè)務(wù)要求，例如電話、電報、圖像以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)鹊?，它的普及?yīng)用也方便實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)，便于采用大規(guī)模集成電路，便于實(shí)現(xiàn)信息傳輸?shù)谋Ｃ芴幚?，便于?shí)現(xiàn)計算機(jī)通信網(wǎng)的管理等優(yōu)點(diǎn)。 

要進(jìn)行數(shù)字通信就必須進(jìn)行模數(shù)變換，也就是把由信號發(fā)射器發(fā)出的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。基本的方法包括：首先把連續(xù)形的模擬信號用相等的時間間隔抽取出模擬信號的樣值。然后將這些抽取出來的模擬信號樣值轉(zhuǎn)變成最接近的數(shù)字值。因?yàn)檫@些抽取出的樣值雖然在時間進(jìn)行了離散化處理，但是在幅度上仍然保持著連續(xù)性，而量化過程就是將這些樣值在幅度上也進(jìn)行離散化處理。最后是把量化過后的模擬信號樣值轉(zhuǎn)化為一組二進(jìn)制數(shù)字代碼，并最終實(shí)現(xiàn)模擬信號數(shù)字化地轉(zhuǎn)變，然后將數(shù)字信號送入通信網(wǎng)進(jìn)行傳輸。而在接收端則是一個還原過程，也就是把收到的數(shù)字信號變?yōu)槟M信號，通過數(shù)據(jù)模變換再現(xiàn)聲音以及圖像。如果信號發(fā)射器發(fā)出的信號本來就是數(shù)字信號，則不用在進(jìn)行數(shù)據(jù)模變換的過程，可以直接進(jìn)入數(shù)字網(wǎng)進(jìn)行傳輸。 

二、數(shù)字通信系統(tǒng)的應(yīng)用 

數(shù)字通信系統(tǒng)的關(guān)鍵性技術(shù)包括編碼、調(diào)制、解調(diào)、解碼以及過濾等。其中數(shù)字信號的調(diào)制以及解調(diào)是整個系統(tǒng)的核心也是最基本、最重要的技術(shù)。 

數(shù)字調(diào)制是通過對信號源的編碼進(jìn)行調(diào)制，將其轉(zhuǎn)換成為能夠進(jìn)行信道傳輸?shù)念l帶信號，即把基帶信號（調(diào)制信號）轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€高頻率的帶通信號（已調(diào)信號），而且由于在傳輸過程中為了避免信息失真、傳輸損耗以及確保帶內(nèi)特性等因素，在進(jìn)行信號進(jìn)行長途傳輸以及大規(guī)模通信活動時必須對數(shù)字信號進(jìn)行載波調(diào)制。現(xiàn)階段的數(shù)字信號調(diào)制主要分為調(diào)幅、調(diào)相以及調(diào)頻三種。調(diào)幅是根據(jù)信號的不同，通過調(diào)節(jié)正弦波的幅度進(jìn)行信號調(diào)制，目前最常見的數(shù)字信號是幅度取值為0和1為代表的波形，即二進(jìn)制信號；調(diào)相是由于載波的相位受到數(shù)字基帶信號（調(diào)制信號）的控制，通常情況下載波相位和基帶信號是保持一致的，例如二進(jìn)制基帶信號為0時，載波相位相應(yīng)也為0；調(diào)頻是利用數(shù)字信號進(jìn)行載波頻率的調(diào)制。解調(diào)就是講載波信號提取出來并經(jīng)過還原得到信息的過程，它是調(diào)制的逆過程也被稱為反調(diào)制。目前解調(diào)的類型分為相干解調(diào)和非相干解調(diào)兩大類。數(shù)字通信的質(zhì)量通常用信息傳輸速率、符號傳輸速率以及消息傳輸速率這三個指標(biāo)來衡量。對于數(shù)字通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)通常用信息傳輸速率、符號傳輸速率以及消息傳輸速率這三個指標(biāo)來衡量。 

通信系統(tǒng)向數(shù)字化時代的轉(zhuǎn)變就是要從有線通信想無線通信，從公用移動網(wǎng)絡(luò)到專用網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)全球化的數(shù)字通信理念。而且通過現(xiàn)有的綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，通過一個多用途的用戶網(wǎng)絡(luò)接口就可以輕松實(shí)現(xiàn)信號發(fā)出端到接收端全程數(shù)字傳輸與交換的新型通信網(wǎng)。利用這種新型技術(shù)可以擴(kuò)充通信業(yè)務(wù)的范圍，而且還具有更加經(jīng)濟(jì)以及靈活的特點(diǎn)，能夠與現(xiàn)有的計算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)、多媒體信息網(wǎng)、公共電話網(wǎng)以及分組交換數(shù)字網(wǎng)等進(jìn)行任意轉(zhuǎn)換。隨著數(shù)字通信設(shè)備的發(fā)展和不斷完善，利用微處理技術(shù)對數(shù)字通信系統(tǒng)的信號進(jìn)行轉(zhuǎn)變，還能夠使設(shè)備更加靈活的應(yīng)用到各種長途以及市話當(dāng)中。由于長途通信線路的投資遠(yuǎn)大于終端設(shè)備，為了提高長距離傳輸?shù)慕?jīng)濟(jì)性，未來高度、大容量的數(shù)字通信系統(tǒng)也將成為主流趨勢，而且隨著數(shù)字集成電路技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字通信系統(tǒng)的設(shè)備制造也越來越容易，成本更低、可靠性也更高。 

三、結(jié)束語 

數(shù)字通信系統(tǒng)是一種全新的利用數(shù)字信號進(jìn)行消息傳輸?shù)耐ㄐ拍Ｊ剑殡S著社會的不斷發(fā)展，數(shù)字通信的應(yīng)用也已經(jīng)越來越廣泛，在我們?nèi)粘Ｉ钪械碾娔X、手機(jī)上網(wǎng)、視頻電話、網(wǎng)絡(luò)會議以及數(shù)字電視等都是通過數(shù)字通信系統(tǒng)來進(jìn)行信號傳輸?shù)?，而且由于社會的發(fā)展人們對各種通信業(yè)務(wù)的需求量也在逐漸增加，在光纖傳輸媒介還沒有完全普及以前，數(shù)字通信系統(tǒng)主要是利用電纜、微波等有限的媒介進(jìn)行傳輸，但目前光纖技術(shù)的發(fā)展無疑將會推動數(shù)字通信的發(fā)展。隨著數(shù)字通信系統(tǒng)也正在向智能化化、高速度以及大容量的方向迅速發(fā)展，相信在未來數(shù)字通信系統(tǒng)將會取代傳統(tǒng)的模擬通信系統(tǒng)而成為主導(dǎo)。 

參考文獻(xiàn)： 

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