數(shù)字信號處理（DSP）是計(jì)算機(jī)科學(xué)中的一個令人振奮的領(lǐng)域，對于嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)工程師來說，它具有無限的可能性。DSP技術(shù)使用專門設(shè)計(jì)的程序和算法來處理模擬信號，并產(chǎn)生質(zhì)量更高、不易衰減或更易于傳輸?shù)男盘枴?br/>
在下文中，英銳恩單片機(jī)開發(fā)工程師將介紹數(shù)字信號處理背后的一些技術(shù)。研究典型的組件，模擬和數(shù)字信號之間的主要區(qū)別以及DSP的最常見用例。

一、什么是數(shù)字信號處理（DSP）？

數(shù)字信號處理（DSP）是一項(xiàng)強(qiáng)大的技術(shù)，在科學(xué)、工程、醫(yī)療保健和通信等許多領(lǐng)域都有應(yīng)用。DSP技術(shù)可以處理和處理從各種現(xiàn)實(shí)來源獲得的感官數(shù)據(jù)。視覺圖像，聲波甚至地震波都可以用作數(shù)字信號處理的輸入。

DSP的一般功能是測量、壓縮或過濾模擬信號。這通常需要DSP在固定或受限的時間范圍內(nèi)執(zhí)行大量簡單的數(shù)學(xué)功能（加，減，乘，除等）。

無論何時需要壓縮，測量或過濾音頻或其他類型的信號，都可以使用數(shù)字信號處理技術(shù)。DSP的開發(fā)始于1960年代末和1970年代初，當(dāng)時數(shù)字計(jì)算機(jī)首次提供給政府和大型公司，但尚未提供給公眾。此時，DSP技術(shù)的應(yīng)用集中在重要領(lǐng)域上，如雷達(dá)和聲納，太空和石油勘探以及醫(yī)學(xué)成像等領(lǐng)域。隨著個人計(jì)算在1980年代及以后變得司空見慣，數(shù)字信號處理看到了更廣泛的商業(yè)和以消費(fèi)者為中心的應(yīng)用程序。手機(jī)、電影特效和mp3文件均取決于DSP技術(shù)。

二、數(shù)字信號處理的組成部分

典型的數(shù)字信號處理系統(tǒng)遵循基本架構(gòu)，該架構(gòu)有利于模擬信號的數(shù)字轉(zhuǎn)換和處理。對DSP的首要要求始終是信號源-必須有一個信號要濾波，測量或壓縮。處理信號的第一步是使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。ADC將輸入模擬電壓轉(zhuǎn)換為該電壓的數(shù)字測量值。

在將信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式之后，可以將數(shù)據(jù)通過DSP微處理器芯片，在其中可以根據(jù)特定應(yīng)用的要求對信號進(jìn)行濾波，壓縮或其他處理。對數(shù)字信號進(jìn)行適當(dāng)修改后，可以使用數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）將其轉(zhuǎn)換回模擬格式。最終結(jié)果將是一個新的模擬信號，該信號代表原始輸入信號的數(shù)字修改。

數(shù)字信號處理芯片包含四個主要組件：

1.程序存儲器：DSP芯片包含兩種類型的存儲器。第一種是程序存儲器，用于存儲芯片將用于處理數(shù)據(jù)的程序和算法。DSP芯片的編程因應(yīng)用而異。

2.數(shù)據(jù)存儲器：DSP芯片中使用的第二種類型的存儲器稱為數(shù)據(jù)存儲器。芯片在這里存儲接收到的數(shù)據(jù)，并將在芯片上對其進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)通常作為數(shù)字信號接收，該數(shù)字信號先前是從模擬信號轉(zhuǎn)換而來的。

3.計(jì)算引擎：計(jì)算引擎是DSP芯片的中央處理單元。這是芯片的計(jì)算能力發(fā)揮作用的地方，程序存儲器中的算法將被應(yīng)用于處理數(shù)據(jù)。

4.輸入/輸出：DSP芯片可能具有許多不同類型的端口，包括串行端口，計(jì)時器，主機(jī)端口，外部端口，LINK端口以及其他類型。端口允許DSP從其他設(shè)備（例如ADC或DAC轉(zhuǎn)換器）發(fā)送和接收數(shù)據(jù)傳輸。DSP也可以通過端口連接合并到更大的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中。

三、DSP與模擬信號有何不同？

英銳恩單片機(jī)開發(fā)工程師介紹，在上文中我們已經(jīng)了解了數(shù)字信號處理的工作原理，你可能想知道DSP的各種應(yīng)用以及將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式的真正價值在哪？為了解決這個問題，我們需要更多地了解模擬和數(shù)字之間的定義和區(qū)別。

模擬信號是一個連續(xù)信號，其時間變量類似于隨時間變化的某些物理量，例如音頻，電壓或壓力。描繪電壓隨時間變化的模擬信號可能反映+/- 120V的幅度，并且該信號表示該范圍內(nèi)的所有值。相反，數(shù)字信號將代表與離散值序列相同的電壓，通常是使用二進(jìn)制數(shù)字系統(tǒng)為計(jì)算機(jī)編碼的離散值序列。

模擬和數(shù)字信號包含相同的信息，但格式不同。模擬信號反映了我們生活在一個世界中的現(xiàn)實(shí)，在這個世界中，我們可以看到無數(shù)種不同的顏色，聽到無數(shù)種聲音，甚至聞到無數(shù)種氣味。我們可以將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式，將每種顏色，氣味或聲音表示為1和0的組合。然后，我們可以編寫程序，借助數(shù)字信號處理以不同和有用的方式處理數(shù)據(jù)。作為最后一步，我們可以將經(jīng)過數(shù)字處理的數(shù)據(jù)從計(jì)算機(jī)語言轉(zhuǎn)換回模擬形式，從而可以聽到或看到結(jié)果。

四、為什么要使用數(shù)字信號處理？

英銳恩單片機(jī)開發(fā)工程師介紹，為了證明DSP的多功能性和實(shí)用性，我們可以簡要地探討數(shù)字信號處理技術(shù)在眾多應(yīng)用中的一些應(yīng)用。

（1）音頻處理中的DSP

數(shù)字信號處理技術(shù)在處理供人類消費(fèi)的音頻信號中起著重要作用。這些通常以兩種形式出現(xiàn)：音樂和語音。

英銳恩單片機(jī)開發(fā)工程師解釋，錄制音樂的過程取決于DSP產(chǎn)生的最終混音，該混音最適合人耳。在錄音室中，曲目的各個組成部分都以模擬形式進(jìn)行記錄，然后轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式，可以對其進(jìn)行音量，音調(diào)和其他一系列功能的操縱。DSP可以幫助進(jìn)行濾波，信號加法和減法（添加新聲音或減去不需要的聲音），編輯等等。

DSP用于計(jì)算機(jī)生成的語音應(yīng)用程序，該應(yīng)用程序?qū)?shù)字記錄技術(shù)和聲道模擬相結(jié)合，以使用計(jì)算機(jī)復(fù)制人的語音模式。

（2）回聲位置的DSP

數(shù)字信號處理在現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)的功能中起著重要作用。DSP可用于壓縮脈沖射頻，從而提高雷達(dá)上檢測到的物體的距離確定精度。DSP芯片還可以通過過濾噪聲來增加雷達(dá)系統(tǒng)的有效范圍，并且它可以允許操作員發(fā)送形狀和長度不同的無線電波脈沖，從而可以根據(jù)具體情況優(yōu)化脈沖。

以上就是英銳恩單片機(jī)開發(fā)工程師分享的數(shù)字信號處理（DSP）與模擬信號的基礎(chǔ)知識。英銳恩專注單片機(jī)應(yīng)用方案設(shè)計(jì)與開發(fā)，提供8位單片機(jī)、16位單片機(jī)、32位單片機(jī)、運(yùn)放芯片和模擬開關(guān)。