ما هو معالجة الإشارات الرقمية؟
يعالج DSP أنواع الإشارات المختلفة بقصد تصفية الإشارات التمثيلية أو قياسها أو ضغطها. تختلف الإشارات التناظرية عن طريق أخذ المعلومات وترجمتها إلى نبضات كهربائية ذات سعة متفاوتة ، في حين يتم ترجمة معلومات الإشارة الرقمية إلى نسق ثنائي حيث يتم تمثيل كل بت من البيانات بسعتين يمكن تمييزهما. هناك اختلاف ملحوظ آخر وهو أنه يمكن تمثيل الإشارات التناظرية على أنها موجات جيبية والإشارات الرقمية ممثلة كموجات مربعة. يمكن العثور على DSP في أي مجال تقريبًا ، سواء كان معالجة الزيت أو إعادة إنتاج الصوت أو الرادار أو السونار أو معالجة الصور الطبية أو الاتصالات السلكية واللاسلكية - أي تطبيق يتم فيه ضغط الإشارات واستنساخها.

فما هو بالضبط معالجة الإشارات الرقمية؟ تأخذ عملية الإشارة الرقمية إشارات مثل الصوت أو الصوت أو الفيديو أو درجة الحرارة أو الضغط التي تم ترقيمها بالفعل ثم معالجتها رياضيا. يمكن بعد ذلك تمثيل هذه المعلومات كوقت منفصل أو تردد منفصل أو أشكال منفصلة أخرى بحيث يمكن معالجة المعلومات رقميًا. هناك حاجة إلى محول تمثيلي إلى رقمي في العالم الحقيقي لأخذ إشارات تمثيلية (الصوت أو الضوء أو الضغط أو درجة الحرارة) وتحويلها إلى 0 و 1 لتنسيق رقمي.

يحتوي DSP على أربعة مكونات رئيسية:
محرك الحوسبة: عمليات حسابية وحسابات وعمليات رياضية عن طريق الوصول إلى البرنامج أو المهمة من ذاكرة البرنامج و المعلومات المخزنة في ذاكرة البيانات.
ذاكرة البيانات: هذا يخزن المعلومات المراد معالجتها ويعمل جنبا إلى جنب مع ذاكرة البرنامج.
ذاكرة البرنامج: هذا يخزن البرامج أو المهام التي سيستخدمها DSP لمعالجة البيانات أو ضغطها أو معالجتها.
I / O: يمكن استخدام هذا لأشياء مختلفة ، اعتمادًا على الحقل الذي يتم استخدامه لـ DSP ، أي المنافذ الخارجية والمنافذ التسلسلية وأجهزة ضبط الوقت والاتصال بالعالم الخارجي.

يوجد أدناه شكل يشبه المكونات الأربعة لـ DSP في تكوين نظام عام.

مرشحات DSP
مرشح Chebyshev هو مرشح رقمي يمكن استخدامه لفصل نطاق تردد عن الآخر. تُعرف هذه المرشحات بسماتها الأساسية وسرعتها ، وعلى الرغم من أنها ليست الأفضل في فئة الأداء ، إلا أنها أكثر من كافية لمعظم التطبيقات. تم تصميم تصميم مرشح Chebyshev حول التقنية الرياضية ، والمعروفة باسم z-convert. في الأساس ، يحول التحويل z إشارة زمنية منفصلة ، تتكون من سلسلة من الأرقام الحقيقية أو المعقدة إلى تمثيل مجال تردد. تُستخدم استجابة Chebyshev عمومًا لتحقيق لفة أسرع من خلال السماح بتموج في استجابة التردد. تسمى هذه المرشحات مرشحات type 1 ، مما يعني أن التموج في استجابة التردد مسموح به فقط في نطاق المرور. يوفر هذا أفضل تقريب للاستجابة المثالية لأي مرشح لأمر محدد وتموج. تم تصميمه لإزالة ترددات معينة والسماح للآخرين بالمرور عبر الفلتر. يكون مرشح Chebyshev خطيًا بشكل عام في استجابته وقد ينتج عن المرشح غير الخطي إشارة خرج تحتوي على مكونات تردد لم تكن موجودة في إشارة الدخل.

لماذا استخدام معالجة الإشارات الرقمية؟
لفهم كيفية مقارنة معالجة الإشارات الرقمية ، أو DSP ، مع الدوائر التناظرية ، يمكن للمرء أن يقارن بين النظامين وأي وظيفة تصفية. بينما يستخدم المرشح التمثيلي مكبرات الصوت أو المكثفات أو المحاثات أو المقاومات ، ويكون ميسور التكلفة وسهل التجميع ، سيكون من الصعب إلى حد ما معايرة ترتيب المرشح أو تعديله. ومع ذلك ، يمكن إجراء نفس الأشياء باستخدام نظام DSP ، فقط أسهل في التصميم والتعديل. تعتمد وظيفة المرشح على نظام DSP على البرمجيات ، لذلك يمكن اختيار مرشحات متعددة منها. أيضًا ، لإنشاء مرشحات مرنة وقابلة للتعديل مع استجابات عالية الترتيب ، لا يتطلب الأمر سوى برنامج DSP ، بينما يتطلب التناظرية أجهزة إضافية.

على سبيل المثال ، ينبغي أن يكون لمرشح ممر الموجة العملي ، ذي استجابة التردد المعينة ، التحكم في إيقاف النطاق العريض ، وضبط نطاق المرور والتحكم في العرض ، والتوهين اللانهائي في نطاق الإيقاف ، واستجابة داخل نطاق التمرير مسطح تمامًا مع تحول طور الصفر. إذا تم استخدام طرق تمثيلية ، فستحتاج مرشحات الطلب الثاني إلى الكثير من الأقسام عالية الجودة المتداخلة ، مما يعني في النهاية أنه من الصعب للغاية ضبطها وضبطها. أثناء التعامل مع هذا باستخدام برنامج DSP ، باستخدام استجابة الاندفاع المحدود (FIR) ، فإن استجابة عامل التصفية لوقت الاندفاع هي المبلغ المرجح للحاضر وعدد محدود من قيم المدخلات السابقة. مع عدم وجود ملاحظات ، تنتهي الاستجابة الوحيدة لعينة معينة عندما تصل العينة إلى "نهاية السطر". مع مراعاة اختلافات التصميم هذه ، يتم اختيار برنامج DSP لمرونته وبساطته على تصميمات مرشح الدوائر التناظرية.

عند إنشاء عامل تصفية ممر الموجة هذا ، لا يعد استخدام DSP مهمة فظيعة. يعد تطبيقه وتصنيع المرشحات أسهل كثيرًا ، حيث يتعين عليك فقط برمجة المرشحات بنفس طريقة دخول كل شريحة DSP إلى الجهاز. ومع ذلك ، باستخدام مكونات تمثيلية ، لديك خطر مكونات معيبة ، وضبط الدائرة وبرنامج التصفية على كل دائرة التناظرية الفردية. DSP يخلق طريقة معقولة التكلفة وأقل مملة لتصميم المرشح لمعالجة الإشارات ويزيد من الدقة لضبط وضبط المرشحات بشكل عام.

ADC و DAC
تستخدم المعدات الكهربائية بكثافة في كل مجال تقريبًا. المحولات التناظرية إلى الرقمية (ADC) والمحولات الرقمية إلى التناظرية (DAC) هي مكونات أساسية لأي تباين في DSP في أي مجال. تعد واجهات التحويل هذه ضرورية لتحويل إشارات العالم الحقيقي للسماح للمعدات الإلكترونية الرقمية بالتقاط أي إشارة تمثيلية ومعالجتها. خذ ميكروفونًا على سبيل المثال: يقوم ADC بتحويل الإشارة التناظرية التي يتم جمعها عن طريق إدخال جهاز صوتي إلى إشارة رقمية يمكن إخراجها بواسطة مكبرات الصوت أو الشاشات. أثناء مرور الأجهزة الصوتية إلى جهاز الكمبيوتر ، يمكن للبرنامج إضافة أصداء أو ضبط الإيقاع ونبرة الصوت للحصول على صوت مثالي. من ناحية أخرى ، ستقوم DAC بتحويل الإشارة الرقمية التي تمت معالجتها بالفعل إلى إشارة تمثيلية يتم استخدامها بواسطة أجهزة إخراج الصوت مثل الشاشات. فيما يلي شكل يوضح كيفية عمل المثال السابق وكيف يمكن تحسين إشارات دخل الصوت من خلال الاستنساخ ، ثم إخراجها كإشارات رقمية من خلال الشاشات.

نوع من التناظرية إلى محول رقمي ، والمعروفة باسم منحدر رقمي ADC ، ينطوي على المقارنة. تتم مقارنة قيمة الجهد التمثيلي في وقت ما مع الجهد القياسي المعطى. طريقة واحدة لتحقيق ذلك هي عن طريق تطبيق الجهد التناظرية على محطة واحدة من المقارنة والزناد ، والمعروفة باسم عداد ثنائي ، الذي يقود DAC. في حين يتم تنفيذ إخراج DAC على الطرف الآخر من المقارنة ، فإنه سيتم تشغيل إشارة إذا تجاوز الجهد المدخلات الجهد التناظرية. يوقف انتقال المقارنة العداد الثنائي ، الذي يحتفظ بعد ذلك بالقيمة الرقمية المقابلة للجهد التمثيلي في تلك المرحلة. يوضح الشكل أدناه مخططًا للتسلق الرقمي ADC.

تطبيقات DSP
هناك العديد من المتغيرات لمعالج الإشارات الرقمية التي يمكن أن تنفذ أشياء مختلفة ، وهذا يتوقف على التطبيق الذي يجري تنفيذه. بعض هذه المتغيرات هي معالجة الإشارات الصوتية وضغط الصوت والفيديو ومعالجة الكلام والتعرف عليه ومعالجة الصور الرقمية وتطبيقات الرادار. الفرق بين كل من هذه التطبيقات هو كيف يمكن لمعالج الإشارات الرقمية تصفية كل إدخال. هناك خمسة جوانب مختلفة تختلف عن كل DSP: تردد الساعة ، وحجم RAM ، وعرض ناقل البيانات ، وحجم ROM ، والجهد I / O. كل هذه المكونات ستؤثر حقًا على التنسيق الحسابي والسرعة وتنظيم الذاكرة وعرض البيانات للمعالج.

أحد مخططات الهندسة المعمارية المعروفة هو هندسة هارفارد. يسمح هذا التصميم للمعالج بالوصول في وقت واحد إلى بنكين للذاكرة باستخدام مجموعتين مستقلتين من الحافلات. يمكن لهذا الهيكل تنفيذ عمليات رياضية مع جلب المزيد من التعليمات. آخر هو بنية الذاكرة فون نيومان. بينما لا يوجد سوى ناقل بيانات واحد ، لا يمكن تحميل العمليات أثناء جلب التعليمات. يؤدي هذا إلى ازدحام يؤدي في النهاية إلى إبطاء تنفيذ تطبيقات DSP. في حين أن هذه المعالجات تشبه المعالج المستخدم في جهاز كمبيوتر قياسي ، إلا أن معالجات الإشارات الرقمية هذه متخصصة. هذا يعني غالبًا أنه لتنفيذ مهمة ما ، فإن DSPs مطلوبة لاستخدام حساب النقطة الثابتة.

آخر هو أخذ العينات ، وهو تقليل الإشارة المستمرة إلى إشارة منفصلة. أحد التطبيقات الرئيسية هو تحويل الموجة الصوتية. يستخدم أخذ العينات الصوتية الإشارات الرقمية وتعديل شفرة النبض لإعادة إنتاج الصوت. من الضروري التقاط صوت بين 20 - 20,000 هرتز ليستمعها البشر. معدلات عينات أعلى من حوالي 50 كيلوهرتز - 60 كيلوهرتز لا يمكنها توفير أي معلومات أخرى للأذن البشرية. باستخدام مرشحات مختلفة مع برنامج DSP و ADC's & DAC ، يمكن إعادة إنتاج عينات الصوت من خلال هذه التقنية.

تُستخدم معالجة الإشارات الرقمية بكثافة في العمليات اليومية ، وهي ضرورية لإعادة إنشاء الإشارات التناظرية للإشارات الرقمية لأغراض عديدة.

ربما يعجبك أيضا:

DSP - معالجة الإشارات الرقمية تعليمي

شرح معالجة الإشارات الرقمية (DSP) والتحوير

السابق:أجهزة إرسال التتابع في بلدان مختلفة

التالى:فهم تأملات والأمواج الدائمة في تصميم الدوائر RF

اترك رسالة

قائمة الرسالة

تحميل التعليقات ...