Mis on digitaalne signaalitöötlus?
DSP manipuleerib erinevat tüüpi signaalidega, eesmärgiga filtreerida, mõõta või tihendada ja toota analoogsignaale. Analoogsignaalid erinevad, võttes teavet ja tõlkides selle erineva amplituudiga elektrilisteks impulssideks, samas kui digitaalsignaali teave teisendatakse binaarsesse vormingusse, kus iga andmebit on esindatud kahe eristatava amplituudiga. Veel üks märgatav erinevus on see, et analoogsignaale saab esitada siinuslainetena ja digitaalseid signaale ruutlainetena. DSP-d võib leida peaaegu kõigist valdkondadest, olgu see siis õlitöötlus, heli taasesitamine, radari ja sonari moodustamine, meditsiiniline pilditöötlus või telekommunikatsioon - sisuliselt kõik rakendused, kus signaale pakitakse ja reprodutseeritakse.

Mis täpselt on digitaalne signaalitöötlus? Digitaalsignaaliprotsess võtab juba digitaliseeritud signaale, näiteks heli, häält, videot, temperatuuri või rõhku, ja seejärel manipuleerib nendega matemaatiliselt. Seda teavet saab seejärel esitada diskreetse aja, diskreetse sageduse või muude diskreetsetena, nii et seda teavet saab digitaalselt töödelda. Analoog-digitaalmuundurit on reaalses maailmas vaja analoogsignaalide (heli, valgus, rõhk või temperatuur) vastuvõtmiseks ja nende teisendamiseks digitaalseks vorminguks 0 ja 1.

DSP sisaldab nelja võtmekomponenti:
Arvutimootor: matemaatilised manipulatsioonid, arvutused ja protsessid, pääsedes programmi või ülesande juurde programmi mälust ja andmemällu salvestatud teave.
Andmemälu: see salvestab töödeldava teabe ja töötab käsikäes programmimäluga.
Programmimälu: see salvestab programme või ülesandeid, mida DSP kasutab andmete töötlemiseks, tihendamiseks või töötlemiseks.
I / O: seda saab kasutada erinevates asjades, sõltuvalt väljast, mille jaoks DSP-d kasutatakse, st välispordi, jadapordi, taimeri ja välismaailmaga ühenduse loomiseks.

Allpool on näidatud, kuidas DSP neli komponenti süsteemi üldises konfiguratsioonis välja näevad.

DSP-filtrid
Tšebõševi filter on digitaalne filter, mida saab kasutada ühe sagedusriba eraldamiseks teisest. Need filtrid on tuntud oma peamise omaduse, kiiruse ja kuigi need pole toimivuskategooria parimad, on need enamiku rakenduste jaoks enam kui piisavad. Tšebõševi filtri kujundus oli välja töötatud matemaatilise tehnika järgi, mida tuntakse kui z-teisendust. Põhimõtteliselt teisendab z-teisend diskreetse aja signaali, mis koosneb reaal- või keeruliste numbrite jadast, sageduspiirkonna esinduseks. Tšebõševi vastust kasutatakse tavaliselt kiirema leviku saavutamiseks, võimaldades sagedusreaktsioonis pulsatsiooni. Neid filtreid nimetatakse tüüp 1 filtriteks, mis tähendab, et sagedusreaktsiooni pulsatsioon on lubatud ainult pääsuribas. See annab parima lähenemisviisi mis tahes filtri ideaalsele reageerimisele kindlaksmääratud tellimuse ja pulsatsiooni korral. Selle eesmärk oli eemaldada teatud sagedused ja lubada teistel filtrit läbida. Tšebõševi filter on oma vastuses üldiselt lineaarne ja mittelineaarne filter võib põhjustada väljundsignaali, mis sisaldab sageduskomponente, mida sisendsignaalis ei olnud.

Miks kasutada digitaalset signaalitöötlust?
Et mõista, kuidas digitaalset signaalitöötlust ehk DSP võrreldakse analooglülitusega, võiks võrrelda kahte süsteemi mis tahes filtrifunktsiooniga. Kui analoogfiltris oleks kasutatud võimendit, kondensaatorit, induktiivpoolit või takistit ning see oleks taskukohane ja hõlpsasti monteeritav, oleks filtri järjekorda kalibreerida või muuta üsna keeruline. DSP-süsteemiga saab teha samu asju, neid on lihtsalt lihtsam kujundada ja muuta. DSP-süsteemi filtrifunktsioon on tarkvarapõhine, seega saab valida mitme filtri hulgast. Samuti nõuab kõrge järjekorraga vastustega paindlike ja reguleeritavate filtrite loomiseks ainult DSP tarkvara, samas kui analoog nõuab täiendavat riistvara.

Näiteks praktilisel ribapääsfiltril, millel on antud sageduskarakteristik, peaks olema stoppriba lahtireguleerimise juhtimine, pääsuriba häälestamine ja laiuse juhtimine, stoppriba lõpmatu sumbumine ja pääsuribas vastus, mis on faasi nihkega täiesti tasane. Analoogsete meetodite kasutamisel nõuaksid teise astme filtrid palju järk-järgult kõrge Q-jaotusega sektsioone, mis tähendab lõppkokkuvõttes, et seda on eriti raske häälestada ja reguleerida. DSP-tarkvaraga sellele lähenemisel, kasutades piiratud impulssreaktsiooni (FIR), on filtri ajaline reageering impulsile oleviku kaalutud summa ja lõpliku arvu eelnevate sisendväärtuste summa. Ilma tagasisideta lõpeb selle ainus vastus antud proovile siis, kui proov jõuab "rea lõppu". Neid disainierinevusi silmas pidades valitakse DSP tarkvara paindlikkuse ja lihtsuse poolest analoogskeemiga filtrifiltritega võrreldes.

Selle ribapääsufiltri loomisel pole DSP kasutamine kohutav ülesanne. Selle rakendamine ja filtrite tootmine on palju lihtsam, kuna filtrid peate programmeerima ainult iga seadmesse siseneva DSP-kiibi korral. Kuid analoogkomponentide kasutamisel on oht, et komponendid võivad viga saada, vooluahela reguleerimine ja filtri programmeerimine igale eraldi analooglülitusele. DSP loob taskukohase ja vähem tüütu filtri kujundamise viisi signaalitöötluseks ning suurendab filtrite häälestamise ja reguleerimise täpsust üldiselt.

ADC ja DAC
Elektriseadmeid kasutatakse laialdaselt peaaegu igas valdkonnas. Analoog-digitaalmuundurid (ADC) ja digitaal-analoog-muundurid (DAC) on olulised komponendid DSP mis tahes variatsioonide muutmiseks mis tahes valdkonnas. Need kaks teisendusliidest on vajalikud reaalmaailma signaalide muundamiseks, et digitaalsed elektroonikaseadmed saaksid analoogsignaali koguda ja seda töödelda. Võtke näiteks mikrofon: ADC teisendab heliseadmetele sisendi kogutud analoogsignaali digitaalseks signaaliks, mida saavad väljastada kõlarid või monitorid. Tarkvara suudab audioseadmete kaudu arvutisse liikudes lisada kajaloogi või reguleerida hääle tempot ja helikõrgust, et saada täiuslik heli. Teisest küljest teisendab DAC juba töödeldud digitaalsignaali tagasi analoogsignaaliks, mida kasutavad heliväljundiseadmed, näiteks monitorid. Allpool on esitatud joonis, mis näitab, kuidas eelmine näide töötab ja kuidas selle helisisendi signaale saab reprodutseerimise abil parendada ja seejärel digitaalsete signaalidena monitoride kaudu väljastada.

Analoog-digitaalmuunduri tüüp, mida nimetatakse digitaalse rambina ADC, hõlmab komparaatorit. Analoogpinge väärtust võrreldakse mingil ajahetkel antud standardpingega. Üks viis selle saavutamiseks on analoogpinge rakendamine komparaatori ja päästiku ühele klemmile, mida tuntakse binaarse loendurina, mis juhib DAC-i. Kui DAC väljund viiakse komparaatori teise klemmi külge, käivitab see signaali, kui pinge ületab analoogpinge. Komparaatori üleminek peatab binaarloenduri, mis hoiab seejärel digitaalset väärtust, mis vastab sellel hetkel analoogpingele. Alloleval joonisel on kujutatud digitaalse kaldtee ADC diagrammi.

DSP rakendused
Digitaalsignaaliprotsessoril on arvukalt variante, mis suudavad erinevaid asju käivitada, sõltuvalt kasutatavast rakendusest. Mõned neist variantidest on helisignaalide töötlemine, heli ja video pakkimine, kõne töötlemine ja äratundmine, digitaalsete piltide töötlemine ja radarirakendused. Nende rakenduste erinevus seisneb selles, kuidas digitaalne signaaliprotsessor saab iga sisendit filtreerida. Igal DSP-l on viis erinevat aspekti: taktsagedus, RAM-i suurus, andmesiini laius, ROM-i suurus ja I / O-pinge. Kõik need komponendid mõjutavad protsessori aritmeetilist vormingut, kiirust, mälu korraldust ja andmete laiust.

Üks tuntud arhitektuuripaigutus on Harvardi arhitektuur. See disain võimaldab protsessoril samaaegselt pääseda juurde kahele mälupangale, kasutades kahte sõltumatut siinikomplekti. Selle arhitektuuriga saab teostada matemaatilisi toiminguid, luues samas täiendavaid juhiseid. Teine on Von Neumanni mäluarhitektuur. Kuigi andmesiini on ainult üks, ei saa toiminguid laadida juhiste toomise ajal. See põhjustab ummistuse, mis aeglustab lõppkokkuvõttes DSP-rakenduste täitmist. Kuigi need protsessorid sarnanevad tavalises arvutis kasutatava protsessoriga, on need digitaalsignaaliprotsessorid spetsialiseerunud. See tähendab sageli, et ülesande täitmiseks peavad DSP-d kasutama fikseeritud punktiga aritmeetikat.

Teine on proovivõtt, mis on pideva signaali taandamine diskreetse signaaliks. Üks peamine rakendus on helilaine teisendamine. Heli proovide võtmisel kasutatakse heli taasesitamiseks digitaalseid signaale ja impulsskoodi modulatsiooni. Inimeste jaoks on vaja heli hõivata vahemikus 20 - 20,000 50 Hz. Umbes 60–XNUMX kHz proovivõtusagedus ei anna inimkõrvale rohkem teavet. Kasutades erinevaid filtreid koos DSP tarkvara ja ADC-de ja DAC-ide abil, saab selle tehnika abil heli näidiseid taasesitada.

Digitaalsignaalide töötlemist kasutatakse laialdaselt igapäevastes toimingutes ja see on hädavajalik analoogsignaalide taasloomiseks digitaalsignaalide jaoks mitmel otstarbel.

Võite ka nagu:

DSP - Digital Signal Processing Treening

Selgitage Digital Signal Processing (DSP) ja modulatsioon

Eelmine:Eri riikide releesaatjad

Järgmine:RF-vooluahela kujundamisel peegelduste ja seisvate lainete mõistmine

Jäta sõnum

Sõnumite nimekiri

Kommentaarid Laadimine ...