1、 数字信号处理在机械电子方向的应用一数字信号处理的概念随着人们对于通讯，计算机，机械设备的涉及领域越来越广，数字信号处理也逐渐发展壮大。数字信号处理技术1就是将如视频、图片、声音等模拟信息转化为数字信息的技术。数字信号处理就是用计算机或专用设备对信号进行加工。而学术界普遍认为，所谓数字信号处理就是以数值计算的方法，用计算机或专用设备对信号进行采集、变换、综合、估值、识别等加工处理，以达到提取信息和便于应用一门学科。从处理结果上看，数字信号处理就是把一个数字信号变成另外一个数字信号的过程。二数字信号处理的特点2 就数字信号处理来说，无论是其设备方面还是其技术方面都具有同样的特点即高速度传输、成本
2、造价低、精确、灵活、设备尺寸小以及抗干扰能力强等。而这些对于模拟信号来说都是其所无法超越的。对于数字信号处理的发展和应用来说，数字信号处理理论对其具有一定的推动作用，从另一方面来说，数字信号处理技术的应用对于其理论的完善又具有着提高和促进作用，它们双方之间相互促进、相互进步，是相辅相成的关系。数字信号处理技术就如一座大桥，能够将实践和理论有效的联系在一起。并且由于数字信号处理具有较高的可靠性和稳定性，其工作过程不易受到温度的干扰和影响等特点，因此数字信号处理较容易被做成规模较大的集成电路，将各种参数在存储器中进行存储，并采用微机控制、数字设定等方式对其进行调节，这不仅使调节量、调节点、调节电位
3、器的数量得以减少，还可在长时间内使参数保持不变，由此其可靠性和稳定性就得到了提升。随机过程、概率统计、微积分、数学等领域都将数字信号处理作为促进其学科理论发展和支撑的基础，在各方面或多或少的涉及到了数字信号处理。 三发展数字信号处理技术主要经过了三个阶段3的发展，下面将对数字信号处理技术的这三个发展阶段进行介绍与梳理。上世纪六七十年代，数字信号处理技术的概念被人们提出，一些科学家也开始致力于对这项技术的研究，数字信号处理技术并不能独立进行对信号的处理，而要借助于计算机来实现对数字信号的编程，发展十分缓慢，而且对信号处理的效果也不是十分令人满意。 上世纪八十年代，世界上第一台数字信号处理器在美国
4、诞生，数字信号处理技术的发展由此开始，这种具有编程能力的数字信号处理芯片，自从问世之日起就获得了人们的推崇，在全世界范围内的语音通信、雷达、和医疗、图像处理等领域中广泛应用。到了上世纪的九十年代，数字信号处理技术取得了日新月异式的飞速发展，不但数字信号理论的发展更为先进，数字信号处理技术的发展也取得了重大进展，已经能够在非线性图谱中进行应用，而且对信号分析处理的能力也更为强大，不仅速度快、精度高，可以进行更为复杂的运算，在对信号处理的深度上也取得了良好的进展，并且数字处理技术的应用范围也更为广泛，在移动信息、数字电视和先进的电子领域取得了巨大的发展空间。四数字信号处理在机械电子方向的应用数字信
5、号处理技术为社会各领域中信号的处理带来了变革，影响到了社会生活中的方方面面，给人类的生活与工作带来了极大的便利，更为数字及电子领域中许多产品的进一步发展起到了巨大的推动作用。下面文章将主要介绍数字信号处理技术在机械电子方向中的应用。1. 数字信号处理对电子测量与仪器的影响4 测量是人类生存的最基本且是必须的实践活动，电子测量是测量的高级手段。电子测量仪器指的是利用电子技术实现测量的仪器仪表的统称。一般认为，电子测量仪器的发展方向是数字化、智能化和网络化，在这“三化”进程中，或多或少地都采用了数字信号处理技术。数字信号处理能更新某些电子测量的理念，大幅度提升电子测量仪器的性能。反卷积技术可使数字
6、存储示波器的无失真工作频率升至最高采样率的一半。遗憾的是，迄今为止还没有厂家将这方法付诸生产实践。反卷积在学科上属于反问题，从测量结果提取真值也可看做是反问题，仿效反卷积，构建其数学模型、编制算法，可望从测量结果中获取一个尽量接近真值的数值，这或许是人们进一步探讨的课题。 2.汽车电子5随着近年来汽车行业的快速发展，汽车电子的应用和发展也日益兴盛起来，而这些都与 DSP 的作用是分不开的，汽车电子系统中的雷达、红外线等装备都需要借助于 DSP 的数据分析功能来使其能力得到发挥。与此同时，随着人们汽车用量的日益增多，汽车在行使过程中的安全问题逐渐得到人们的重视，因此汽车防冲撞功能这一与汽车安全驾
7、驶密切相关的内容已经逐渐成为汽车电子研究领域的重点内容。而对 DSP 的应用则能够很好的解决这一问题，图像在经过摄像机拍摄后，再经过 DSP 对其图像数据的过滤和处理，就能够在汽车驾驶系统当中清晰的显示出来，以此来为汽车驾驶者提供参考。 3.仪器仪表6随着数字信号处理技术的发展，原来的高档单片机被逐渐取代。将数字信号处理技术运用于测试仪器和测量仪表之中，可以大幅度提高产品的功能与档次。新型的数字信号处理技术有丰富的内部资源，可以使仪器上硬件电路得到简化，实现仪器仪表SOC速度和测量精度的准确度。可编程的数字信号处理技术在PC领域中占据着主流的位置，它将MPEG与高速通信技术相联系，用来实现视频
8、形式与音频形式的转换。 4.助听设备6 在以后的PC机中，人们可以根据自己的需求，处理各种多功能，多样式的DSP机。由于传统的助听器在许多功能上有瑕疵与不足，很难满足大多数有听觉障碍人士的需求，而全新的依靠数字信号处理技术的数码助听器就变得非常受重视，因为数字信号处理系统性能和效果都很好，使得听觉障碍的患者的听觉得到较大的改善。 5.数字化音响设备7在数字化音响设备问世以前，人们主要采用唱片和磁带的方式进行音乐方面的娱乐活动。唱片主要是通过对声音进行模拟震动并在唱片上相应的刻成声音的槽纹路径，最终实现对声音的记录。录音机的磁带主要是通过利用磁头在磁带上对声音进行模拟信号记录来实现对声音的刻录。
9、而在上世纪八十年代初期于美国诞生的第一张硬盘，取代了以往对声音进行模拟录制的传统做法通过数字信号处理技术将数字信息刻录到了光盘上，从而完美实现了对声音的重现过程。 6.数字存储示波器运用反卷积进行信号重构，可以使数字存储示波器的无失真的观测频率达到最高采样率的一半，即类似地，利用反卷积进行信号重构，可以准确地获得脉冲信号的上升时间和过冲；利用反卷积进行系统辨识，可以准确地获得示波器阶跃响应的上升时间和过冲。五数字信号处理的运用前景8随着 DSP 产品的不断发展和创新，高性能、低功耗和超强的融合性注定 DSP 的发展前景一片光明，DSP 芯片将以其独特的优势广泛的应用于各种电子产品之中，成为了电
10、子产品的技术核心。展望DSP 未来的发展前景，主要分为一下几个发展方向： 1.DSP 的内核技术不断完善数字信号处理器的内核结构将会不断发展和完善，多通道结构和单指令多重数据还有特大指令字组都将在新的高性能处理器中逐步占有主导地位。2.DSP 和微处理器的相互融合对于微处理器来说，成本为往往很低，它所执行职能定向控制任务的通用处理器，它的智能控制能力很好，但是数字处理能力较差。与之相反的 DSP 技术，智能控制较差，而数字处理能力极强，如果将 DSP 和微处理器有机结合起来，用单一芯片的处理器来实现两种功能，必将加快个人通信、智能电话等电子产品的开发和利用。3.DSP 和 CPU 的有机结合对
11、于电子产品来说，大多数高档的 GPP 都是采用 SIMD 指令组的超标量结构，运行速度很快。其中 LSI Logic 公司的 LSI401Z 采用高档的COU的分支预示和动态的缓冲技术，这样可以大大提高性能。Intel 公司在涉足数字信号处理器领域将会更快的加大这种融合。4.DSP 和 SOC 的完美演绎要想在电子产品中收到良好的效益，利用 DSP 和 SOC 的完美融合是一个不错的想法。比如 Virata 公司购买了LSI Logic 公司的ZSP400 处理器内核之后使用许可证，然后将它应用在软件 USB、10BASET、以太网、UART 等一起用于集成的芯片之上，应用与xDSL 上，就可
12、以完美的将经济效益提上去。 附录 1刘明亮,郭云.数字信号处理基础教程D.北京:北京航空航天大学出版社，2011. 2张莉莉,刘明亮,朱江淼.基于信号重构和系统辨识的上升时间测量M.电子测量技术,47-59. 3孙圣和,刘明亮,施正豪.现代时域测量D.哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社,1989. 4孙金林.数字信号处理技术的发展与思考J.赤峰学院学报（科学教育版),2011（05). 5肖江,张鸿存,费诺,刘舒帆.数字信号处理实验系统的结构与应用J.实验室研究与探索,2001（04）. 6孙圣和,刘明亮,施正豪.现代时域测量D.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1989. 7刘明亮,陆福敏,朱江淼等.现代脉冲计量D.北京:科学出版社,2010. 8赵科佳,刘明亮,郁月华等.宽带取样示波器上升时间与带宽转换系数的研究M.计量学报,160-163.
