پردازنده سیگنال دیجیتال چیست؟

پردازنده سیگنال دیجیتال یا همان Digital Signal Processing که یک نوع تراشه تخصصی ریزپردازنده محسوب می‌شود که وظیفه پردازش سیگنال‌های دیجیتال را بر اساس یک الگوریتم تعریف شده دارد. این تراشه تخصصی منجر به سریع‌ و بهینه‌تر شدن پردازنده DSP می‌شود. همانند دستگاه تصویربرداری پزشکی که اطلاعات خام را از سنسور تصویر و مبدل آنالوگ دریافت کرده و بر روی صفحه مانیتور یا کامپیوتر به نمایش می‌گذارد.

پردازشگر سیگنال دیجیتال یک میکروپروسسور ویژه است با معماری خاصی که برای نیازهای قابل ‌استفاده پردازنده سیگنال دیجیتال بهینه شده است.

بیشتر بدانید: آشنایی با قطعات برد الکترونیکی

هدف اصلی سیگنال DSP، اندازه‌گیری و فشرده‌سازی آنالوگ یا همان سیگنال پیوسته در دنیای خارج از مجازی یعنی دنیای واقعی است که برای این کار ابتدا باید سیگنال پیوسته (آنالوگ) به سیگنال گسسته (دیجیتال) تبدیل شود که این کار به عهده ADC یا همان مبدل آنالوگ به دیجیتال است. لازم به ذکر است به سیگنالی، سیگنال دیجیتالی گفته می‌شود که در بازه‌ای محدود چه از لحاظ زمان چه میزان قرار داشته باشد. چراکه دارای دو عملکرد خطی و غیرخطی هستند؛ پردازنده‌های سیگنال غیرخطی با شناسایی سیستم غیرخطی ارتباط تنگاتنگی دارند که می‌توانند در بررسی و پردازش سیگنال دیجیتال در حوزه‌های مختلفی از حوزه زمان (سیگنال‌های یک‌بعدی)، حوزه فضایی (سیگنال‌های چندبعدی)، حوزه فرکانس و حوزه موجک به کار برده شوند. آن ها این حوزه‌ها را با امتحان حالت‌های مختلف انتخاب کرده تا برای بهترین عملکرد روی خواص اساسی سیگنال و پردازش مورداستفاده قرار بگیرند.

همینطور بخوانید: چه قطعات الکترونیکی کمیاب هستند

کاربرد پردازنده سیگنال دیجیتال

جالب است بدانید که تاریخچه DSP به ریاضیات قرن 17و 18 بر می‌گردد. فناوری‌هایی که در دنیای امروز اکثر ما با آن سروکار داریم مانند همین لپ‌تاپ‌ها، گوشی‌های همراه، رادیو، تلویزیون و بسیاری از موارد مشابه دیگر همگی از طریق پردازنده سیگنال دیجیتال میسر شده است که خود شاخه‌ای از رشته مهندسی برق بوده و کار تحلیلی داده‌های مربوط به رخدادهای فیزیکی را انجام می‌دهد . همین‌طور در علوم مهندسی و دیجیتال هم به یکی از کاربردی‌ترین ابزار مدرن تبدیل شده است و در شاخه‌ها و حوزه‌های مختلف این رشته رشد و گسترش روزافزون را دارا است. DSP باعث می‌شود که ذهن بشر خلاقیت خود را در مورد استفاده بیشتر از آن به کار ببرد این موضوع نوعی سرگرمی در دنیای امروز و قدرت گرفتن فناوری‌ها در آینده را ایجاد می‌کند. چرا که پردازش سیگنال، توانایی‌ها و قدرت م را در به ‌اشتراک‌گذاری اطلاعات و مخابره مسائل بهبود می‌دهد که مسئله گویای این موضوع است که پردازنده‌های سیگنال از جایگاه بالایی در زندگی‌های دیجیتالی امروزه برخوردار هستند.

باید دانست که پردازنده سیگنال دیجیتال  برای پردازش سیگنال‌هایی همانند سیگنال‌های صوتی، سیگنال‌های تصویری، لرزه‌نگارها، زیست‌پزشکی، تصویربرداری پزشکی مانند MRI و پویش‌های CAT، فشرده‌سازی ویدیوها، مخابرات دیجیتال، تلفن همراه هوشمند و بسیاری دیگر کاربرد دارد.

همچنینی مطالعه کنید: نکات طلایی واردات قطعات الکترونیک

نحوه کار پردازنده سیگنال دیجیتال چگونه است؟

اساس کار پردازشگر با اصول و الگوریتم‌های ریاضی بر روی داده‌هایی با سرعت بالا است این یعنی این که فقط از صفرها و یک‌های منطقی تشکیل می‌شود. ممکن است این یک و صفرها به روش‌های متفاوتی نمایان شوند که به آن کدینگ سیگنال گفته می‌شود. الگویی وجود دارد که سیگنال‌ها را به طور پیوسته بین سیگنال دیجیتال و آنالوگ قرار می‌دهد که به‌صورت دیجیتال به کار برده شده، تغییر می‌کند و دوباره به آنالوگ تبدیل می‌شود. برای درک بهتر سیگنال به مثال زیر توجه کنید فرض را بر این بگذارید که ما یک ظرف خالی داریم که در طی مدت زمانی درون آن چند میوه می‌اندازیم .مثلاً 1 عدد می‌اندازیم بعد از 3 ساعت 4 عدد دیگر، بعد از 1 ساعت 2 عدد دیگر و بعد از 5 ساعت 7 عدد دیگر؛ پس ما به طور گسسته نه پیوسته تعدادی میوه درون آن ظرف انداخته‌ایم اطلاعات عددی در مورد میوه‌ها این‌گونه می‌شود 1 4 2 7 .

توی الکترونیک هم سیگنال‌ها می‌توانند 4 ولت باشند، 3 ثانیه 3 ولت بمانند و بعد 6 ولت شوند و دوباره 2 ثانیه بماند و بعد 0 ولت و همین‌طور تا آخر.

پردازشگر سیگنال دیجیتال کار خود را پیوسته و با درنظرگرفتن یک بازه زمانی خاص انجام می‌دهد و اگر غیر از این شود پردازش با مشکل مواجه می‌شود.

جالب است بدانید که الگوریتم DSP نیاز به برق زیاد، باتری‌های بزرگ و خنک‌کننده‌هایی دارد که بسیار پرهزینه هستند اما استفاده از پردازنده‌های سیگنال دیجیتال به هیچ‌کدام از اینها نیاز ندارد که همین موضوع باعث استفاده بیشتر از آن‌ می‌شود.

شاید برایتان مفید باشد: قطعات الکترونیکی خاص را از کجا تامین کنیم

کاربرد الگوریتم های DSP

مدت‌زمان زیادی است که الگوریتم‌های DSP در کامپیوترهای هوشمند و پردازنده‌ها سیگنال دیجیتال DSP با استفاده از سخت‌افزارهایی مانند مدارهای مجتمع با کاربرد خاص ASIC اجرا می‌شوند. باید دانست که در دنیای امروز تکنولوژی‌های دیگری هم برای پردازشگر دیجیتال مورداستفاده قرار می‌گیرند مانند FPGA، کنترل‌کننده سیگنال دیجیتال(بیشتر برای کاربردهای صنعتی است) و میکروپروسسوری‌های چندمنظوره.

ویژگی‌های پردازنده سیگنال دیجیتال

یکی از چندین ویژگی پردازشگر سیگنال دیجیتال DSP این است که شامل 4 بخش اصلی می باشد.

• حافظه برنامه: وظیفه آن ذخیره برنامه‌هایی است که DSP برای پردازش داده‌ها از آن‌ها استفاده کرده و ذخیره می‌کند. جالب است بدانید که حافظه‌ای که برای ذخیره یک برنامه مورد استفاده قرار می‌گیرد در مقایسه با حافظه‌ای که برای ذخیره داده‌ها از آن استفاده می‌شود متفاوت است.
• حافظه داده: ذخیره اطلاعات مورد پردازش.
• محاسبه موتور: کار پردازش ریاضی با محاسبه موتور است و از برنامه Memory Program و داده‌های Memory Data به برنامه دسترسی پیدا می‌کند.
• ورودی و خروجی: طیف گسترده‌ای از توابع را برای متصل شدن به دنیای بیرون فراهم می‌کند.

از دیگر ویژگی‌های پردازشگر سیگنال دیجیتال می‌توان به مواردی مانند: پشتیبانی از کارهای تکراری و فشرده ، داشتن مسیر داده قوی و قدرتمند، داشتن ظرفیت بالای انتقال سریع داده‌ها به حافظه، وجود دستورالعمل‌های جدید برای توسعه کارایی سخت‌افزار، وجود مسیر داده که شامل معماری حافظه با دسترسی چندگانه به‌اضافه واحدهای ضرب – انباشت سریع، استفاده از لوله‌کشی برای افزایش کارکرد پردازنده‌ها که البته باعث سخت شدن برنامه‌نویسی جهب بهبود عملکرد آن می‌شود.

در پایان لازم به ذکر است که می‌توان از پردازشگر سیگنال دیجیتال به‌عنوان یک دستگاه دسترسی مستقیم به حافظه یا DMA برای پشتیبانی استفاده کرد.

برای تهیه خرید آی سی و انواع قطعات الکترونیکی موردنیاز اعم از انواع ترانزیستور؛ انواع سلف و … سفارشات خود را به بهترین شرکت های الکترونیکی ایران ارائه دهید.