实时信号处理系统设计与实现

基于DSP+FPGA的实时信号采集系统设计与实现周新淳【摘要】为了提高对实时信号采集的准确性和无偏性,提出一种基于DSP+FPGA 的实时信号采集系统设计方案.系统采用4个换能器基阵并联组成信号采集阵列单元,对采集的原始信号通过模拟信号预处理机进行放大滤波处理,采用TMS32010DSP芯片作为信号处理器核心芯片实现实时信号采集和处理,包括信号频谱分析和目标信息模拟,由DSP控制D/A转换器进行数/模转换,通过FPGA实现数据存储,在PC机上实时显示采样数据和DSP处理结果;通过仿真实验进行性能测试,结果表明,该信号采集系统能有效实现实时信号采集和处理,抗干扰能力较强.%In order to improve the accuracy and bias of real-time signal acquisition,a real-time signal acquisition system based on DSP +-FPGA is proposed.The system adopts 4 transducer array to build parallel array signal acquisition unit,the original signal acquisition amplification filtering through analog signal pretreatment,using TMS32010DSP chip as the core of signal processor chip to realize real-time signal acquisition andprocessing,including the signal spectrum analysis and target information simulation,controlled by DSP D/A converter DAC,through the realization of FPGA data storage,real-time display on the PC and DSP sampling data processing results.The performance of the system is tested by simulation.The results show that the signal acquisition system can effectively realize the real-time signal acquisition and processing,the anti-interference ability is strong.【期刊名称】《计算机测量与控制》【年(卷),期】2017(025)008【总页数】4页(P210-213)【关键词】DSP;FPGA;信号采集;系统设计【作者】周新淳【作者单位】宝鸡文理学院物理与光电技术学院,陕西宝鸡721016【正文语种】中文【中图分类】TN911实时信号采集是实现信号处理和数据分析的第一步，通过对信号发生源的实时信号采集，在军事和民用方面都具有广泛的用途。

单片机系统中的信号处理技术原理与实时性要求分析在单片机系统中，信号处理技术是一个关键的部分。

它涉及到将传感器采集到的信号转化为数字形式，以便单片机进行处理和分析。

信号处理技术的准确性和实时性是确保系统性能和稳定性的重要因素。

本文将介绍单片机系统中的信号处理技术原理，并分析实现实时性要求的方法。

首先，我们需要了解信号处理技术的原理。

在单片机系统中，信号处理主要分为模拟信号处理和数字信号处理两个阶段。

模拟信号处理涉及到将传感器采集的模拟信号进行放大、滤波和调整电平等操作，以便适应单片机输入的电平要求。

数字信号处理则将模拟信号转化为数字形式，以便单片机进行数学运算和逻辑判断。

在模拟信号处理阶段，放大电路负责将传感器采集的微弱信号放大到适合单片机输入的电平范围。

滤波电路则通过滤波器对信号进行滤波，去除高频噪声和干扰，使得信号质量更好。

另外，电平调整电路还可以将信号调整为单片机所需要的电平范围，以确保单片机能够稳定地接收信号。

而在数字信号处理阶段，模数转换器（ADC）负责将模拟信号转换为数字形式。

ADC使用采样和量化技术，将连续的模拟信号按照一定的时间间隔进行采样，并将每个采样点的幅值量化为一组数字数据。

此外，为了保证信号的准确性，在信号转换前应对信号进行抗混叠滤波和抗混叠插值处理，以消除混叠失真。

在实时性要求分析方面，单片机系统需要在规定的时间内准确地处理实时的信号。

实时性是指系统对外部事件和内部任务能够及时做出反应，并在特定时间范围内完成所需的处理。

对于信号处理技术来说，实时性要求主要体现在信号采集的频率和处理的速度上。

首先，信号采集的频率决定了系统对信号变化的响应能力。

如果信号变化很快，系统需要以较高的采样频率来获取准确的信号。

然而，采样频率过高会增加系统的计算负担，导致实时性下降。

因此，需要根据具体应用的要求和信号特征选择合适的采样频率。

其次，处理速度决定了系统对信号处理的能力。

单片机通过程序来处理信号，因此程序的执行速度极大地影响了系统的实时性。

一种雷达信号处理模块的设计和实现一种雷达信号处理模块的设计和实现现代雷达特别是机载雷达数字信号处理机的特点是输入数据多，工作模式复杂，信息处理量大。

因此，在一个实时信号处理系统中，雷达信号处理系统要同时进行高速数据分配、处理和大量的数据交换.而传统的雷达信号处理系统的设计思想是基于任务，设计者针对应用背景确定算法流程，确定相应的系统结构，再将结构划分为模块进行电路设计。

这种方法存在一定的局限性。

首先，硬件平台的确定会使算法的升级受到制约，由此带来运算量加大、数据存储量增加甚至控制流程变化等问题。

此外，雷达信号处理系统的任务往往不是单一的，目前很多原来由模拟电路完成的功能转由数字器件来处理。

系统在不同工作阶段的处理任务不同，需要兼顾多种功能。

这些问题都对通用性提出了进一步要求[2].随着大规模集成电路技术、高速串行处理及各种先进算法的飞速发展，利用高速DSP和FPGA相结合的系统结构是解决上述问题的有效途径。

1雷达信号处理机方案设计1.1雷达信号处理的目的现代机载雷达信号处理的任务繁重，主要功能是在空空方式下将AD 数据录取后进行数字脉压处理、数据格式转换和重排、加权降低频谱副瓣电平，然后进行匹配滤波或相参积累（FFT或DFT）、根据重复频率的方式进行一维或二维CFAR处理、跟踪时测角等运算后提取出点迹目标送给数据处理机。

空地方式下还要进行地图（如RBM和SAR）等相关图像成像处理，最后坐标转换成显示数据送给显控处理机。

上述任务需要基于百万门级可编程逻辑器件FPGA与高性能DSP芯片作为信号处理模块，以充分满足系统的实时性要求，同时为了缩短机载雷达系统的研制周期和减少开发经费，设计的基本指导思想是通用化的信号处理模块，可以根据不同要求，通过软件自由修改参数，方便用户使用。

1.2系统模块化设计方案的功能模块，除了信号处理所必需的脉冲压缩模块、为MTD模块作准备的数据重排模块、FIR滤波器组模块、求模模块、恒虚警处理模块和显示数据存储模块外，还包括雷达同步信号和内部处理同步产生模块、自检数据产生模块以及不同测试点测试数据采样存储模块。

万方数据万方数据·１１０·微处理机２０１０年（ＤＰＲＡＭ）。

虽然Ｃ６４１６片内集成了高达８Ｍ位的片内高速缓存，但考虑到图像处理算法必涉及到对前后几帧图像进行处理，为保证系统运行时存储容量不会成为整个系统的性能瓶颈（ｃｈｏｋｅｐｏｉｎｔ），在ＤＳＰ模块中额外扩展存储空间。

由于ＥＭＩＦＡ口的数据宽度更大，因此系统在ＥＭＩＦＡ的ＣＥｌ空间内扩展了两片总共１２８Ｍ位的同步存储器。

Ｃ６４１６的引导方式有三种，分别是：不加载，ＣＰＵ直接开始执行地址０处的存储器中的指令；ＲＯＭ加载，位于ＥＭＩＦＢＣＥｌ空间的ＲＯＭ中的程序首选通过ＥＤＭＡ被搬人地址Ｏ处，ＲＯＭ加载只支持８位的ＲＯＭ加载；主机加载，外部主机通过主机接口初始化ＣＰＵ的存储空间，包括片内配置寄存器。

本系统采用的是ＲＯＭ加载方式。

Ｃ６４１６片内有三个多通道缓冲串口，经ＤＳＰ处理的最终结果将通过ＤＳＰ的多通道缓冲串口传送至ＦＰＧＡ。

３．４图像输出模块该模块的功能是将ＤＳＰ处理后的图像数据进行数模转换，并与字符信号合成后形成ＶＧＡ格式的视频信号。

这里选用的数模转换芯片为ＡＤＶ７１２５。

这是ＡＤＩ公司生产的一款三通道（每通道８位）视频数模转换器，其最大数据吞吐率３３０ＭＳＰＳ，输出信图２原始图像图３ＦＰＧＡ图像增强结果５结论实时图像处理系统以ＤＳＰ和ＦＰＧＡ为基本结构，并在此结构的基础上进行了优化，增加了视频输入通路。

同时所有的数据交换都通过了ＦＰＧＡ，后期的调试过程证明这样做使得调试非常方便，既可以监视数据的交换又方便修正前期设计的错误。

整个系统结构简单，各个模块功能清晰明了。

经后期大量的系统仿真验证：系统稳定性高，处理速度快，能满足设计要求。

号兼容ＲＳ一３４３Ａ／ＲＳ一１７０。

由ＦＰＧＡ产生的数字视频信号分别进入到ＡＤＶ７１２５的三个数据通道，经数模转换后输出模拟视频信号并与原来的同步信号、消隐信号叠加后便可以在显示器上显示处理的结果了。

基于MATLAB的DSP系统设计与实现数字信号处理(DSP)技术在现代通信技术中的应用越来越广泛，其中MATLAB是一种广泛使用的开发工具。

在本文中，我们将探讨基于MATLAB的DSP系统设计与实现。

1. DSP的基本概念数字信号处理是将连续时间的模拟信号转换成数字信号，并在数字域中对信号进行处理的一种技术。

DSP技术在音频、视频、图像等领域都有广泛的应用。

2. DSP系统的基本架构一个典型的DSP系统由数据输入/输出部分、数字信号处理器、存储器和控制器等组成。

其中，DSP芯片是实现数字信号处理的核心部分。

DSP芯片一般采用定点运算方式，其运算速度较快，且电路比较简单，易于实现。

另外，DSP还需要使用各种算法来实现数字信号处理功能。

这些算法包括滤波、变换、傅里叶分析等等。

3. MATLAB在DSP系统中的应用MATLAB是一种广泛使用的数学软件，其在数字信号处理领域中也有广泛的应用。

使用MATLAB，可以快速地开发和调试各种DSP算法。

MATLAB提供了丰富的函数库和工具箱，包括数字信号处理工具箱(DSP Toolbox)、信号处理工具箱(Signal Processing Toolbox)等。

这些工具箱提供了各种滤波、变换等数字信号处理算法的实现。

另外，MATLAB也提供了各种绘图和分析工具，方便用户对数字信号进行分析和可视化。

4. DSP系统的设计与实现在基于MATLAB的DSP系统设计与实现过程中，一般需要遵循以下步骤：（1）定义问题：明确数字信号处理系统的输入、输出、处理方式和性能要求等。

（2）算法设计：根据问题的要求，选择合适的数字信号处理算法，并进行算法设计。

（3）算法实现：将算法实现成MATLAB程序，并进行调试和优化。

（4）系统集成：将算法和DSP硬件进行集成并进行测试。

5. 结语基于MATLAB的DSP系统设计与实现可以大大提高数字信号处理的效率和准确性。

在实际应用中，需要对系统进行合理设计和优化，才能达到更好的效果。

• 174•基于FPGA+CPU的信号处理系统的设计与实现上海广电通信技术有限公司 李红霞【摘要】文章简要介绍了雷达信号处理的发展现状，为了解决现有的雷达信号处理系统信号处理能力弱、数据传输速率低的问题，设计开发了基于FPGA+CPU 的船用导航雷达信号处理系统。

该系统充分利用FPGA 的流水性能以及通用 CPU 的并行处理能力，将算法合理分配至不同的处理器中，实现大数据量的实时传输和高性能的实时信号处理。

文章从系统设计入手介绍了船用导航雷达信号处理系统的工作原理，简要介绍了船用导航雷达信号处理系统的硬件设计，并从信号预处理、信号处理、目标跟踪三个方面阐述了船用导航雷达信号处理系统的信号处理流程和算法设计。

【关键词】雷达信号处理系统；信号预处理；信号处理；目标跟踪0 引言船舶驾驶员在驾驶船舶过程中，需要做到瞭望、定位、导航和避碰，这就要通过船用导航雷达来保证。

船用导航雷达是船舶正常航行所必备的电子设备之一,在过弯道、船舶靠港和离开以及海上作业等方面起到了重要的作用[1]。

雷达系统的不断升级相应的要求大幅提升信号处理系统的计算速度、数据带宽和传输速率[2]。

而现有的雷达信号处理系统的运算能力较低，传送数据的速率不高，无法满足现代信号处理的需求。

因此增强雷达系统的运算能力，提高传送数据的速度是如今雷达信号处理亟待解决的问题。

本文所采用的方案，可以很好地完成实时、可靠的雷达信号处理。

本文中的信号处理系统采用ADC+FPGA+CPU 的系统架构，集高密度计算与高速数据传输于一体，实现强大的信号处理及数据交换能力[1]，同时提高了系统的集成度。

1 系统设计船用导航雷达信号处理的数据量大，对实时性和数据传输速率都要求较高，本文中针对以上特点，并结合 FPGA 的流水性能以及通用 CPU 的并行处理能力，将算法合理分配至不同的处理器中，提升了信号处理能力和数据传输能力，降低成本的同时提高了系统的集成度。

船用导航雷达信号处理系统通过ADC 对视频信号进行采样，将模拟视频信号转换为数字化的视频数据。

总第172期2008年第10期舰船电子工程Ship Electronic Enginee ring Vol.28No.10101　DSP 系统中PDT 的设计与实现3亢　琰　徐火生　王　珩(武汉数字工程研究所　武汉　430074)摘　要　在实时信号处理系统中,DSP +F P G A 的系统架构具有较高的数据处理速度和较好的接口设计灵活性。

提出一个DSP +FP GA 架构的实时信号处理系统,分析该系统的存储器构成及工作原理,设计了该系统的PDT (peripher al de 2vice transfe r )传输方式,实现了DSP 的EM IF 口对高速数据的读写控制。

关键词　DSP ;FP GA ;PDT 中图分类号　TN911.72Design a nd Realizat ion of PD T i n a S ystem wit h DS PKa ng Yan X u Huoshe ng W ang He ng(Wuha n Digital Engineering Institute ,Wuhan 430074)Abs tra ct A Real 2time signal proce ssing syste m with the st ruc ture of DSP +FP GA ,specialize s in high 2speed da ta pro 2cessing and has flexibility in it s interfaces de signing.In this paper ,the author designed a Real 2time signal processing system wit h t he str ucture of DSP +FP G A ,analyzed conformation of sto rage of the syste m and its principle of f unctio n ,designed the PDT tr ansfer ring mode of the system ,and r ealized high 2speed data πs read 2write with EMIF upon the DSP.Ke y w ords DSP ,F P G A ,PDT Class N umber TN911.721　引言数字信号处理器(DSP)和现场可编程门阵列器件(F P G A),为高速、实时数字信号处理提供了很好的解决方案。