数字信号处理和无线电收放机 数字信号处理(DSP)和无线电收发机 Justin Smith 开发工程师/微波数据系统前言术语“DSP”可能指两个不同的事情。数字信号处理是一般领域用的术语，在这样的领域中，用做为离散（在时间和幅值两个方面）的采样数据集来表示和处理信号和系统。这是一个相对老的领域，在出版的书和杂志中有大量的这方面的研究和数学算法。最初，大多数数字信号处理是在主机和其它通用数字计算机上离线完成的。这就是所谓的数字数据的“后处理”。随着在最近的二十多来年集成电路的复杂性和集成度的飞速增加，开发出专用处理芯片器，它能实时或“在线”进行数字信号处理。这些芯片被称为数字信号处理器(DSPs)，并在半导体工业中成为最大的增长市场。 从1988年至今，DSP的市场每年增长40%。这就意味着将引入更高性能的DSPs(及与DSP 有关的产品)，并以较低的价格销售。结果有双重意义：第1，随着时间的推移，更多的信号处理可在更快和更复杂的处理器内完成。第2，便宜的DSPs进入更多产品，这些产品如，手持电话、无磁带电话录答机、寻呼机(pager)、高保真度立体声设备和汽车中的主动悬挂系统(active suspension systems in cars)。为什么用DSP？如上所述，在大量的新产品中使用DSP技术。为什么？1) 数据信号处理允许很复杂的算法在实时中使用并可被嵌入产品内。DSP能够从一个信号、加密信号信息中滤掉噪音，把波形变换为数字域进行分析，压缩数据，或甚至自动地，根据情况改变系统的处理过程；2) 因为DSP和DSP相关的芯片是软件控制的，在不改变硬件的情况下，可在系统内改变它们的性能和/或任务。这意味着在产品售出后的升级或另增加的特性可加到产品上，不必把装置返回到制造厂；3) DSP技术可实现高精度的控制。因为处理在软件内实现，功能的精度可得到更精密地控制。没有与模拟量元件有关的误差问题；4) 由于软件控制，因而在制造中能有很高的重复性。可把每个装置调到或校准到按最高性能运行；5) 由于信号处理是由数字处理完成的，因此所使用的算法和方法可在数字计算机上被仿真（模拟）和完善。所做的仿真可精确地与系统中的实现进行比较。这个仿真工具极大地降低了产品的设计周期，并向设计者提供研究更复杂算法的方法；6) 如前节所述，DSP技术的成本在继续下降。这就允许产品制造厂以低的价格提供更复杂的产品。模拟无线电收发机为了讨论DSP技术怎样用于改进无线电收发机的设计，让我们首先看一看无DSP技术的无线电收发机的结构。由于无更佳的术语，我们把它称为“模拟无线电收发机”。这个术语有点误称，因为即使DSP收发机也有重要的“模拟量”部分，但我们将这样理想化的称呼它。下面是模拟量收发机结构。全部调制、解调、滤波和纠错由模拟量处理完成（模拟量滤波器，检测等等）如果需要进行数据的任何其它处理，那么附加的部件、专用的芯片、或微处理机必须加到设计中。因为收发机相当多的功能是在硬件中完成，任何校准或无线电的整定必须在硬件级上进行；例如，扭动一个螺丝调整或更换部件。又因为设计是以硬件为基础的，因而它是一个固定的设计。这就是说，不改变硬件就不能改变功能和性能。 DSP无线电收发机现在让我们来看一看以DSP为基础的收发机设计的结构。我们展示出的是有传统DSP功能和可能的DSP限定任务的DSP设计结构。现在让我们先讨论一个无线通讯设备的传统DSP功能。然后我们将涉及设计其它的部分中使用DSP 更多新颖的和灵活的方法。 传统上，大多数数字信号处理是在载波频率上的信号解调后或调制前按基频带进行。为了进行数字处理信号，必须首先把信号变换为数字信号。连续时间信号必须按离散瞬时时间和离散幅值级进行“脉冲调制”。为此原因，经常把这些类型的DSP系统称为“脉冲调制系统”，因而可把它们与连续时间系统区分开。模拟/数字(A/D)转换器模拟量变换为数字量的换器(A/D)取输入连续信号，并把它变换为脉冲调制信号，然后馈送给DSP进行处理。A/D
实验报告 课程名称：数字信号处理 实验名称：低通滤波器设计实验 院（系）： 专业班级： 姓名： 学号： 指导教师： 一、实验目的： 掌握IIR数字低通滤波器的设计方法。 二、实验原理： 2.1设计巴特沃斯IIR滤波器 在MATLAB下，设计巴特沃斯IIR滤波器可使用butter 函数。 Butter函数可设计低通、高通、带通和带阻的数字和模拟IIR滤波器，其特性为使通带内的幅度响应最大限度地平坦，但同时损失截止频率处的下降斜度。在期望通带平滑的情况下，可使用butter函数。butter函数的用法为：
[b,a]=butter(n,Wn)其中n代表滤波器阶数，W n代表滤波器的截止频率，这两个参数可使用buttord函数来确定。buttord函数可在给定滤波器性能的情况下，求出巴特沃斯滤波器的最小阶数n，同时给出对应的截止频率Wn。buttord函数的用法为：[n,Wn]= buttord(Wp,Ws,Rp,Rs)其中Wp和Ws分别是通带和阻带的拐角频率（截止频率），其取值范围为0至1之间。当其值为1时代表采样频率的一半。Rp和Rs分别是通带和阻带区的波纹系数。 2.2契比雪夫I型IIR滤波器。 在MATLAB下可使用cheby1函数设计出契比雪夫I 型IIR滤波器。 cheby1函数可设计低通、高通、带通和带阻契比雪夫I 型滤IIR波器，其通带内为等波纹，阻带内为单调。契比雪夫I型的下降斜度比II型大，但其代价是通带内波纹较大。cheby1函数的用法为：[b,a]=cheby1(n,Rp,Wn,/ftype/)在使用cheby1函数设计IIR滤波器之前，可使用cheblord 函数求出滤波器阶数n和截止频率Wn。cheblord函数可在给定滤波器性能的情况下，选择契比雪夫I型滤波器的最小阶和截止频率Wn。cheblord函数的用法为： [n,Wn]=cheblord(Wp,Ws,Rp,Rs)其中Wp和Ws分别是通带和阻带的拐角频率（截止频率），其取值范围为0至1之间。当其值为1时代表采样频率的一半。Rp和Rs分别是通带和阻带区的波纹系数。 三、实验要求： 利用Matlab设计一个数字低通滤波器，指标要求如下：
信号处理电子电路图全集 一．波形发生器电路图 交流驱动电路实现的基本要求是要在选通像素点两端施加交变脉冲信号，而在非选通端加零偏压或负偏压。为了增加电路应用的灵活性，并且为研究OLED的驱动信号变化对于其性能的影响提供方便，要求交流驱动电路的相位和占空比可调。为此，本文设计了一个可以灵活控制的波形信号发生器，其结构为图1所示的一个由双D型触发器构成的振荡器。该振荡器的起振、停止可以控制，输出波形的相位和占空比也可以调节，其工作波形如图2所示。 二．红外接收头的构造 红外接收电路通常由红外接收二极管与放大电路组成，放大电路通常又由一个集成块及若干电阻电容等元件组成，并且需要封装在一个金属屏蔽盒里，因而电路比较复杂，体积却很小，还不及一个7805体积大！ SFH506-38与RPM-638是一种特殊的红外接收电路，它将红外接收管与放大电路集成在一体，体积小（大小与一只中功率三极管相当），密封性好，灵敏度高，并且价格低廉，市场售价只有几元钱。它仅有三条管脚，分别是电源正极、电源负极以及信号输出端，其工作电压在5V左右.只要给它接上电源即是一个完整的红外接收放大器，使用十分方便。 它的主要功能包括放大,选频,解调几大部分,要求输入信号需是已经被调制的信号。经过它的接收放大和解调会在输出端直接输出原始的信号。从而使电路达到最简化！灵敏度和抗干扰性都非常好，可以说是一个接收红外信号的理想装置。 · [图文] T形R-2R电阻网络D/A转换电路
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1.设计物理可实现的低通滤波器 设计思路：因为要设计FIR有限脉冲响应滤波器，通常的理想滤波器的单位脉冲响应h是无限长的，所以需要通过窗来截断它，从而变成可实现的低通滤波器。程序如下： clc;clear all; omga_d=pi/5; omga=0:pi/30:pi; for N=3:4:51; w1= window(@blackman,N); w2 = window(@hamming,N); w3= window(@kaiser,N,2.5); w4= window(@hann,N); w5 = window(@rectwin,N); M=floor(N/2); subplot(311);plot(-M:M,[w1,w2,w3,w4,w5]); axis([-M M 0 1]); legend('Blackman','Hamming','kaiser','hann','rectwin'); n=1:M; hd=sin(n*omga_d)./(n*omga_d)*omga_d/pi; hd=[fliplr(hd),1/omga_d,hd]; h_d1=hd.*w1';h_d2=hd.*w2';h_d3=hd.*w3';h_d4=hd.*w4';h_d5=hd.*w5'; m=1:M; H_d1=2*cos(omga'*m)*h_d1(M+2:N)'+h_d1(M+1); H_d2=2*cos(omga'*m)*h_d2(M+2:N)'+h_d2(M+1); H_d3=2*cos(omga'*m)*h_d3(M+2:N)'+h_d3(M+1); H_d4=2*cos(omga'*m)*h_d4(M+2:N)'+h_d4(M+1); H_d5=2*cos(omga'*m)*h_d5(M+2:N)'+h_d5(M+1); subplot(312);plot(omga,[H_d1,H_d2,H_d3,H_d4,H_d5]); legend('Blackman','Hamming','kaiser','hann','rectwin'); subplot(313);plot(abs([fft(h_d1);fft(h_d2);fft(h_d3);fft(h_d4);fft(h_ d5)])'); pause(); end 程序分析： 整个对称窗的长度为N，然而为了在MATLAB中看到窗函数在负值时的形状需将N变为它的一半，即为2M+1个长度。窗长设置为从3开始以4为间隔一直跳动51。则长度相同的不同窗函数在时域[-M,M]的形状如第一个图所示。 对窗函数进行傅里叶变换时，将零点跳过去先构造一个一半的理想滤波器的脉冲响应hd，再将零点位置求导得出的数赋值进去。将生成的hd左右颠倒形成了一个理想的滤波器的脉冲响应。将构造的理想滤波器的脉冲响应依次与之前定义的窗函数相乘，相乘出来的为列向量，用转置将其变成行向量，形成的h_d就是非理想的低通滤波器的脉冲响应序列。因为h_d为对称奇数长度序列，它的DTFT 可以是二倍的离散余弦变化，而零点的位置则直接带入求出，两者相加则是H_d。则第二个图表示的是五个矩阵向量在频域的变化，而第三个图表示的是五个非理想低通滤波器的傅里叶变换，图三FFT给出的结果永远是对称的，因为它显示
实验一 维纳滤波 1. 实验内容 设计一个维纳滤波器： （1） 产生三组观测数据，首先根据()(1)()s n as n w n =-+产生信号()s n ，将其加噪，（信噪比分别为20,10,6dB dB dB ），得到观测数据123(),(),()x n x n x n 。 （2） 估计()i x n ，1,2,3i =的AR 模型参数。假设信号长度为L ，AR 模型阶数为N ，分析实验结果，并讨论改变L ，N 对实验结果的影响。 2. 实验原理 滤波目的是从被噪声污染的信号中分离出有用的信号来，最大限度地抑制噪声。对信号进行滤波的实质就是对信号进行估计。滤波问题就是设计一个线性滤波器，使得滤波器的输出信号()y n 是期望响应()s n 的一个估计值。下图就是观测信号的组成和信号滤波的一般模型。 观测信号()()()x n s n v n =+ 信号滤波的一般模型 维纳滤波解决从噪声中提取信号的滤波问题，并以估计的结果与真值之间的误差均方值最小作为最佳准则。它根据()()(),1, ,x n x n x n m --估计信号的当前 值，它的解以系统的系统函数()H z 或单位脉冲()h n 形式给出，这种系统常称为最佳线性滤波器。 维纳滤波器设计的任务就是选择()h n ，使其输出信号()y n 与期望信号()d n 误差的均方值最小。
假设滤波系统()h n 是一个线性时不变系统，它的()h n 和输入信号都是复函数，设 ()()()h n a n jb n =+ 0,1, n = 考虑系统的因果性，可得到滤波器的输出 ()()()()()0 *m y n h n x n h m x n m +∞ ===-∑ 0,1, n = 设期望信号()d n ，误差信号()e n 及其均方误差()2 E e n ???? 分别为 ()()()()()e n d n y n s n y n =-=- ()()()()()()22 2 0m E e n E d n y n E d n h m x n m ∞=?? ????=-=--????? ????? ∑ 要使均方误差为最小，需满足： ()() 2 0E e n h j ?????=? 整理得()()0E x n j e n *??-=??，等价于()()0E x n j e n * ??-=?? 上式说明，均方误差达到最小值的充要条件使误差信号与任一进入估计的输入信号正交，这就是正交性原理。 将()()0E x n j e n * ??-=??展开，得 ()()()()00m E x n k d n h m x m +∞ *** =????--=?? ???? ?∑ 整理得 ()()()0 dx xx m r k h m r m k +∞ *=-=-∑ 0,1,2, k = 等价于()()()()()0 dx xx xx m r k h m r k m h k r k +∞ ==-=*∑ 0,1,2, k = 此式称为维纳-霍夫（Wiener-Holf ）方程。解此方程可得到最优权系数 012,,, h h h ，此式是Wiener 滤波器的一般方程。 定义
数 字 信 号 处 理 发 展 和 应 用 学院：通信学院 专业：电子信息工程 班级：电信1103 姓名：XXX 学号：XXX
数字信号处理发展和应用 【摘要】数字信号处理（DSP）是广泛应用于许多领域的新兴学科，因其具有可程控、可预见性、精度高、稳定性好、可靠性和可重复性好、易于实现自适应算法、大规模集成等优点，广泛应用于实时信号处理系统中。本文概述了DSP 技术的发展历史，各个领域的应用状况，以及在未来的发展趋势。 【关键词】数字信号处理；数据处理；信息技术；发展趋势 一、数字信号处理（DSP）的发展历史 数字信号处理技术的发展经历了三个阶 段。 70 年代DSP 是基于数字滤波和快速傅立叶变换的经典数字信号处理,其系统由分立的小规模集成电路组成,或在通用计算机上编程来实现DSP 处理功能,当时受到计算机速度和存储量的限制,一般只能脱机处理,主要在医疗电子、生物电子、应用地球物理等低频信号处理方面获得应用。 80 年代DSP 有了快速发展,理论和技术进入到以快速傅立叶变换(FFT) 为主体的现代信号处理阶段,出现了有可编程能力的通用数字信号处理芯片,例如美国德州仪器公司(TI 公司) 的TMS32010 芯片,在全世界推广应用,在雷达、语音通信、地震等领域获得应用,但芯片价格较贵,还不能进入消费领域应用。 90 年代DSP 技术的飞速发展十分惊人,理论和技术发展到以非线性谱估计为代表的更先进的信号处理阶段,能够用高速的DSP 处理技术提取更深层的信息,硬件采用更高速的DSP 芯片,能实时地完成巨大的计算量,以TI 公司推出的TMS320C6X芯片为例,片内有两个高速乘法器、6 个加法器,能以200MHZ频率完成8 段32 位指令操作,每秒可以完成16 亿次操作,并且利用成熟的微电子工艺批量生产,使单个芯片成本得以降低。并推出了C2X、C3X、C5X、C6X 不同应用范围的系列,使新一代的DSP 芯片在移动通信、数字电视和消费电子领域得到广泛应用,数字化的产品性能价格比得到很大提高,占有巨大的市场。 二、数字信号处理（DSP）的主要应用领域 1·DSP在电力系统自动化中日益渗透 1.1数字信号处理（DSP）技术在电力系统模拟量采集和测量中的应用 计算机进入电力系统调度后，引入了EMS／DMS／SCADA的概念，而电力系统数据采集和测量是SCADA的基础部分。传统的模拟量的采集和获得，通过变送器将一次PT和CT的电气量变为直流量，再进行A/D转换送给计算机。应用了交流采样技术以后，经过二次PT、CT的变换后，直接对每周波的多点采样值采用DSP处理算法进行计算，得到电压和电流的有效值和相角，免去了变送器环节。这不仅使得分散布置的分布式RTU很快地发展起来，而且还为变电站自动化提供了功能综合优化的手段。 1.2数字信号处理（DSP）在继电保护中的应用 到目前为止，应用于我国电力系统的微机保护产品采用的CPU大多为单片机，由于受硬件资源及计算功能的限制，其采样能力及采样速度很难令人满意。因此，对非正常运行条件下的系统参数测量，在速度和精度上无法满足要求，一些复杂原理和算法的实现，基于常规CPU的保护产品也都难以胜任。基于DSP 的数据采集和处理系统由于其强大的数学运算能力和特殊设计，都使得它在继
第7章 模拟信号运算电路 1、（10分）写出下面电路中o1U 、o2U 及o U 与输入电压i1U 、i2U 、i3U 的关系式。 o U R U U 3 R U 解：⑴ A1：反相输入求和电路；A2：电压跟随器；A3：差分输入求和电路。（3分） ⑵ 22 31131I I O u R R u R R u ?-?- =………………(2分) 32I O u u =………………(2分) ()35 6252631516312563I I I O O O u R R u R R R R u R R R R u u R R u ?+?+?=-?= ………………(3分) 2、（10分）理想运放组成的电路如下图所示，试分别指出A1、A2和A3各构成什么基本电路，并写出O1 u 、O2u 和O u 与输入信号I1u 和I2u 的关系式。 O u 解：⑴ A1：同相输入比例电路；A2：求和电路；A3：电压跟随器电路。
3 311167212 465 6712 4615 211()()O I O O I I I O O R u u R R R u u u R R R R R R u u R R R R u u =+ =-+ =+-+= 3、（15分）如下图所示，设所有运放为理想器件。其中Ω=k 41R ，Ω==k 652R R ， 7324k R R ==Ω，89101110k R R R R ====Ω，Ω=k 10012R ，μF 1=C 。V 6.0i1=U ，V 4.0i2=U ，V 1i3-=U 。 ⑴ 写出o1U 、o2U 及o3U 与输入电压i1U 、i2U 、i3U 的关系式；（9分） ⑵ 设电容的初始电压值为2V ，求使输出电压V 6o -=U 所需要的时间t 。（6分） o R U U R U 解：⑴ 电压表达式 V V U R R U R R U i i o 2.54.06246.04242231131-=??? ???+?-=??? ? ???+?-=（反相输入求和电路） V V U R R U i o 51624113572 -=-???? ??+=????? ? ?+=（同相比例电路） ()()V V U U R R U o o o 2.052.510 1021810 3=+--=-- =（差分比例电路） ⑵ 积分时间 333601212102002010010110.()()t o o o t U U U d U U t V R C R C ττ-?? =-+=-?+=-- ?????? ? ()22t V =-- 令()226o U t V V =--=-，得出所需要的积分时间为：
计算机仿真技术实验指导书
河南科技大学电子信息工程学院 二〇〇八年二月
计算机仿真技术实验指导书 MATLAB是一种交互式的以矩阵为基本数据结构的系统。在生成矩阵对象时，不要求明确的维数说明。所谓交互式，是指MATLAB的草稿纸编程环境。 与C语言或FORTRON语言作科学数值计算的程序设计相比较，利用MATLAB可节省大量的编程时间。 本实验指导书主要讨论四个实验。 实验一信号与系统的时域分析以及信号合成与分解 1. 实验目的 (1) 连续时间信号的向量表示法和符号运算表示法，典型离散信号表示； (2) 连续信号和离散信号的时域运算与时域变换； (3) 连续系统和离散系统的卷积，以及冲激响应、阶跃响应、单位响应、零状态响应； (4) 周期信号的傅立叶级数分解与综合（以周期方波为例）； 2. 实验原理与方法 (1) 信号在MATLAB中的表示方法 MATLAB用两种方法来表示连续信号，一种是用向量的方法来表示信号，另一种则是符号运算的方法来表示信号。用适当的MATLAB语句表示出信号后，就可以利用MATLAB的绘图命令绘制出直观的信号时域波形。 向量表示法表示信号的方法是：MATLAB用一个向量表示连续信号的时间范围，另一个向量表示连续信号在该时间范围内的对应样值。如下列代码p=0.001; t=-pi:p:pi; f=1+cos(t); plot(t,f) title('f(t)=1+cos(t)') xlabel('t') axis([-pi,pi,-0.2,2.4])
执行后即可绘制连续信号1+cos(t)的时域波形。 借助于符号运算以及符号绘图函数ezplot，也可以绘制连续信号时域波形。如下列代码 syms t f=sym('1+cos(t)') %定义符号表达式 ezplot(f,[-pi,pi]) %绘制符号表达式波形 set(gcf,'color','w') %设置当前图形背景颜色为白色 执行后即可绘制连续信号1+cos(t)的时域波形。 与连续信号的表示相似，在MATLAB中，离散信号也需要用两个向量来表示，其中一个向量表示离散信号的时间范围，另一个向量表示该离散信号在该时间范围内的对应样值。但与连续信号表示有所不同的是，表示离散信号时间范围向量的元素必须为整数。如下列代码 n=[-3,-2,-1,0,1,2,3]; x=[-3,2,-1,3,1,-2,1]; stem(n,x,'filled') set(gcf,'color','w') title('x(n)') xlabel('n') 执行后即可绘制离散信号x(n)={ -3,2,-1,3,1,-2,1}的时域波形。 ↑ n=0 (2) 连续信号和离散信号的时域运算与时域变换 对连续信号而言，其基本时域变换有反褶、平移、尺度变换、倒相。 利用MATLAB的符号运算功能以及符号绘图函数ezplot，可以直观的观察和分析连续信号的时域运算与时域变换。如下列代码 syms t; f=sym('(t+1)*(heaviside(t+1)-heaviside(t))'); f=f+sym('(heaviside(t)-heaviside(t-1))'); %定义信号符号表达式 ezplot(f,[-3,3]) %绘制信号波形 axis([-3,3,-1.2,1.2]) set(gcf,'color','w')
例说信号处理与滤波器设计 目录 数字时代 (2) 数字信号处理的应用 (3) 频率——信号的指纹 (5) 卷积可以不卷 (8) 向量运算的启示 (11) 滤波器设计征程 (16) 最后一击——滤波的实现方法 (22) 纵览全局 (27)
数字时代 信号处理是对原始信号进行改变，以提取有用信息的过程，它是对信号进行变换、滤波、分析、综合等处理过程的统称。数字信号处理是将信号以数字方式表示并处理的理论和技术；模拟信号处理是指用模拟系统对模拟信号进行处理的方法或过程。 数字信号处理课程的主要内容包括信号分析与处理。两者并不是孤立的，不同的信号处理方法往往需要选择不同的信号表示形式。两者的区别主要表现在，信号处理是用系统改变输入信号，以得到所期望的输出信号，如信号去噪；而信号分析往往是通过变换(傅里叶变换、小波变换等)，或其它手段提取信号的某些特征，如语音信号的基本频率，图像的直方图等。 早期的信号处理局限于模拟信号，随着数字计算机的飞速发展，信号处理的理论和方法得以飞速发展，出现了不受物理制约的纯数学的加工，即算法，并确立了数字信号处理的领域。现在，对于信号的处理，人们通常是先把模拟信号变成数字信号，然后利用高效的数字信号处理器(DSP：Digital Signal Processor)或计算机对其进行数字形式的信号处理。 一般地讲，数字信号处理涉及三个步骤： (1)模数转换(A/D转换)：把模拟信号变成数字信号，是一个对自变量和幅值同时进行 离散化的过程，基本的理论保证是采样定理。 (2)数字信号处理(DSP)：包括变换域分析(如频域变换)、数字滤波、识别、合成等。 (3)数模转换(D/A转换)：把经过处理的数字信号还原为模拟信号。通常，这一步并不 是必须的。 图1数字信号处理基本步骤
光电转换及信号处理电路设计 与CCD等探测器不同，PIN光电二极管对于探测目标输出信号是一个电流信号，而且在距离探测目标较远时照射到探测面的光信号很微弱，在预定电压偏置下输出电流会比较小，因而可以概括PIN的输出信号为一个微弱电流信号，对于PIN的输出信号处理，是一个微弱信号处理的过程。 光电转换及信号处理模块 图1 光电转换及信号处理模块整体设计示意图 通常情况下，电流信号的采集和处理都是比较困难的，故首先需要对PIN 的信号进行电流到电压的转化。微弱电流信号转化而来的电压信号一般也是微弱信号，而且传输线耦合进去的交流噪声有可能会淹没目标信号，故为了提高信噪比，需要在采集之前对信号进行前置放大。 由于被测信号也是可见光信号，在进行光电探测时很容易受到杂散光和PIN 自身暗电流的影响，导致噪声信号和目标信号一同被放大，在后续电路中不易消除，为了减少杂散光和PIN暗电流带来的噪声、背景噪声和元器件噪声，本光电信号处理电路设计了一个参考PIN光电转换电路，用来接收杂散光和背景噪声，参考PIN光电转换电路与探测信号PIN光电转换电路及的参数一致，前置放大电路的参数也一样，但是在实验过程中由于与目标光信号之间的光路被人为完全遮挡，故只能接收到杂散光信号和背景噪声信号。在后续的差分放大电路中通过信号同向相减，把系统噪声和背景噪声去除，保证了最终采集信号具有较高的信噪比。 在最后的滤波电路设计过程中，考虑到被测目标光信号的调制频率不会超过200KHz，而空气和电路中存在着大量的高频噪声，为了保证即将进入数据采集
模块的信号有较高的信噪比，需要滤除掉高频噪声，于是需要根据被测信号频率的不同设计一款低通滤波器或者带通滤波器。 综上所述，本光电转换和信号处理模块由光电转换电路、前置放大电路、差分放大电路和滤波电路四个部分组成，模块整体示意图如图4-1所示。 1 光电转换电路设计 光电二极管的光探测方式有两种结构：一是光电导模式，在这种模式下，需给光电二极管加反向偏置电压，存在暗电流I d，由此会产生较大的噪声电流，有非线性，通常应用在高速场合；二是光电压模式，在这种模式下，光电二极管处于零偏状态，不存在暗电流I d，有较低的噪声，线性好，噪声低（主要是热噪声），适合于比较精确的测量[31]。在微弱信号检测中比较常用的是光电压模式，具体光电检测电路图如图2所示。 图2 光电压模式PIN光电转换电路 光电二极管工作于短路状态，极大地降低了暗电流的影响，从而使光电二极管得到最大SNR，进而使后续放大电路仅放大与光强成正比的电流。 考虑到对目标光信号的探测频率不同，本文采用了两款响应率不同PIN光电二极管，用于探测低频光信号的PIN选择的是西门子（SIEMENS）公司的BPX65硅光敏二极管，用于探测高频光信号的高速PIN选择的是日本滨松的S5973硅光敏二极管。 BPX65具有频率响应范围广，暗电流小，高灵敏度等特点，最高工作温度可达125°，其主要特性参数如下所示： （1）光谱响应范围为350nm~1100nm，峰值波长850nm，适合白光测量； （2）暗电流I R≤5nA； （3）光谱灵敏度（Sλ）：0.55 A/W； （4）光敏面接收半角（Half angle）：±45°； （5）受光面积为1mm2，远小于传感器与探测目标的距离；
物理学与信息科学技术专题 第十讲 数字信号处理与数字信号处理器(D SP) 1) 李昌立 1, 董永宏 2 (1 中国科学院声学研究所 北京 100080)(2 闻亭数字系统(北京)有限公司 北京 100085) 摘 要 文章简要介绍了“数字信号处理”与“数字信号处理器(DSP )”的发展历史.在数字信号处理的应用中,实时实现是非常重要的,而DSP 在实时处理中,扮演了一个重要的角色.文章中还介绍了DSP 在实际应用中的一些关键技术,例如DSP 的种类和选型,DSP 的开发工具,实时软件的开发过程等.最后,还介绍了一些DSP 的应用实例,如语音编码器,视频电话和视频会议系统,用于雷达和声纳的DSP 并行处理系统 关键词 数字信号处理器(DSP ),实时信号处理,DSP 开发工具,DSP 并行处理系统. D i g it a l si gna l processi n g and processors L I Chang 2L i 1, DONG Yong 2Hong 2 (1Institute of Acoustics ,Chinese A cade m y of Sciences,B eijing 100080,China ) (2W intech D igitalsyste m s Technology corp,B eijing 100085,China ) Abstract The history of digital signal p r ocessing and the digital signal p r ocess or (DSP )is reviewed .A s is well known,real -ti me i mp lementation is crucial in the app licati ons of digital signal p rocessing in which the DSP p lays an i m portant role .Certain key techniques,such as the types and type selecti on of DSPs,their devel 2opment equipment,real -ti me s oft ware development and s o on are then described .Finally,s ome p ractical ap 2p licati ons such as s peech coding hardware,video telephone and video conference system s,DSP parallel p ro 2cessing system s for s onar and radar are als o described Keywords digital signal p r ocess or,real -ti me signal p r ocessing .development equi pment,parallel p r ocess 2ing system 1) 该专题的第一至第九讲分别发表于2005年第1—8期,第12期 《物理》———编者注 2005-09-27收到初稿,2006-03-14修回 通讯联系人.Email:li_chang_li_cn@hot m ail .com 1 数字信号处理与数字信号处理器(DSP )发展史的简要回顾[1—3] DSP 既是D igital Signal Pr ocessing 的缩写,也是D igital Signal Pr ocess or 的缩写,前者是指数字信号 处理的理论和方法,后者则是指用于数字信号处理的可编程微处理器.我们所说的DSP 技术,一般是指将DSP 处理器用于完成数字信号处理的方法和技术. 自从1965年库利(Cooley )和图基(Tukey )在 《计算数学》(《Mathe matic of Computati on 》 )上发表了《用机器计算复序列傅里叶级数的一种方法》一文以后,接着又有人发表了在计算机上用差分方程实现滤波器的算法,以及用计算机设计数字滤波器 的各种方法.此后,“数字信号处理”这一分支学科迅速发展,逐渐形成了一整套较为完整的学科领域和理论体系.到今天,“数字技术”已经渗透到各行各业,成为了高新技术的代名词.很多传统产业采用
南京师范大学中北学院 毕业设计（论文） （2013届） 题目：信号处理电路的研究与设计 专业：电子信息工程 姓名：学号： 指导教师：职称：教授 南京师范大学中北学院教务处制
摘要 目前，信号产生与处理电路应用非常广泛。例如，在测量、遥控、通信、自动控制、和超声波电焊等加工设备之中，都有正弦波振荡器的应用；在工程应用中，例如在实验用的低频及高频信号产生电路中，往往要求正弦波震荡电路的震荡频率有一定的稳定度，有时要求震荡频率十分稳定，如通讯系统中的射频振荡电路、数字系统的时钟产生电路等。非正弦波在一些电子系统中有着日益广泛的应用，如数字系统需要的特殊信号，如方波﹑三角波都可以通过非正弦波产生电路来得到。此外，在电信装备和各类控制系统中，滤波器应用极为广泛；滤波器的优劣直接决定产品的优劣，所以，对滤波器的研究和生产历来为各国所重视。 基于TL082CD，本设计介绍了正弦波信号的产生，以及基于555定时器构成的多谐振荡电路的探究与设计。同时也介绍了信号处理的相关内容，其中包括信号的叠加和二阶有源滤波放大电路的探究与设计。使用Multisim电路仿真软件对其进行仿真，用来验证电路理论设计的正确性和可行性。 关键词：正弦波信号产生方波信号产生信号叠加二阶有源滤波放大
Abstract Currently, the signal generation and processing circuit is widely used. For example, in the measurement, remote control, communication, automatic control, and ultrasonic welding and other processing equipment into, engineering applications, for example in the experiment with the low and sine-wave oscillation frequency of the oscillator circuit degree of stability, sometimes requires
图像信号处理电路故障分析思路与检修 技巧 顾名思义，图像信号处理电路处理的是图像信号。在彩电维修过程中，电 视机表现出什么样的故障现象，才能判定故障与图像信号处理电路有关或在图 像信号处理电路呢?吾以为，电视机出现有光栅、有字符、无图像或图像不正常现象，均可判定图像信号处理电路可能存在故障。彩色电视机中的图像信号处 理电路涉及的电路较多，电视机的功能不同、屏幕尺寸大小不同，图像信号处 理电路的组成和电路也存在很大差异。如果对不同时期的彩色电视机图像信号 处理电路加以比较分析，会发现彩色电视机中的图像信号处理电路由基本电路 和附加电路组成。基本电路是电视机不可缺少的电路，电视机有了基本电路， 就可以重现图像和声音；电视机图像信号处理电路设计附加电路的目的，是为 了改善图像质量、增加电视机的功能。图像信号处理电路基本电路由高频调谐器、幅频特性选择电路、图像中频信号放大和视频检波电路、亮度信号和色度 信号处理电路、视频信号放大电路组成。早期的彩色电视机，如长虹M11(代表 机型有CK53A、C1742等)机芯，由于电视机功能简单，屏幕尺寸也不大，图像 信号处理电路就只有基本电路。随着电视技术的发展和电视机功能的增加，现 代彩色电视机已在原基本电路的基础上，增加了不少附加电路。当然，电视机 功能不同、屏幕尺寸大小不同，增加的附加功能也不一样。图(3)为长虹CN-9 机芯(21")彩电图像信号处理电路组成框图。图中的高频调谐器、幅频特性选择电路、图像中频信号放大和视频检波电路、亮度信号和色度信号处理电路、RGB 矩阵和视频信号放大电路为基本电路，第二伴音选择和吸收、TV/AV切换开关 电路为附加电路。图像信号处理基本电路中的高频调谐器，其作用是对射频电 视信号进行放大、混频，它输入为不同频率的射频电视信号，输出为固定频率 的图像中频信号。在目前的彩电维修行业中，彩电维修人员对高频调谐器均不 进行维修，所以，彩电维修初学者没有必要对高频调谐器内部电路的电路结构 和工作过程进行详细了解和掌握，关心的应是它的结果，即正常的高频调谐器 需要什么样的外部条件，才能将接收下来的射频电视信号，转换成图像中频信号。目前彩色电视机中所使用的高频调谐器，有电压合成式和频率合成式两种。高频调谐器不同，需要外电路为其提供的工作条件也不一样。电压合成式高频
数字信号处理技术的发展过程 1.电阻、电容、电感 电阻表现为：理想电阻电压电流特性不随所加频率的改变而变化 电容特性：电容两极间电压不能突变，阻抗随着所加信号频率的增加而减小，常用做滤波，储能。 电感特性：电感两端电流不能突变，阻抗随频率增加而增加，通常用做高频滤波 AC AC AC () di u t L dt = () du i t C dt = i U R = u t t t i i i 2.RLC串联振荡电路分析
AC R L C c du dt i C =R c du dt RC u Ri ==2 2L c d u di dt dt LC u L == 根据KVL 电压定理：2 2c L C c R C d u dt du LC RC dt u U u u u =++=++ 3. 二极管 随着半导体技术的发展，人们发明了二极管，二极管具有单向导通的特性；即外加正向电压时导通，外加反向电压时截止，但是当反向电压超过一定值时，二极管会被反向击穿，此电压成为反向击穿电压U BR 二极管伏安特性：
二极管应用举例2： 或门 4. 晶体管 随着技术的发展，出现了晶体管，晶体管的主要功能是：工作在放大区，能够实现对小信号的放大作用。 基本放大电路工作原理：电流控制型，设置合适的静态工作点，当给基极施加微小的电压信号i u ，基极产生微电流变化B i ，由晶体管的放大作用产生c B i i β=，输出电压CE c C B C V Vcc i R Vcc i R β=-=-
后来出现的场效应管，原理和晶体管类似，为电压控制型，功耗更低。 5.晶体管开关特性 晶体管有三种工作状态： 1、放大区此种状态下集体管处在线性工作状态，能够对信号进行不失真的放大 2、饱和区 3、截至区 当工作在饱和和截止区时，三极管要么导通要么截止，从而三极管具有了开关特性。人们利用三极管的这种性质产生了0和1两种数字电平。
基于TMS320F28335的信号处理电路设计 摘要：鉴于TMS320F206即将停产，需要寻求一款DSP对其进行替代，替换DSP 后的信号处理电路需完成温度值、一路电气零位、三路加表惯性量、三路陀螺惯 性量的采集以及惯性量的补偿计算和数据组帧发送的功能。该信号处理电路基于 浮点DSP TMS320F28335，该DSP的引用简化了惯性测量装置中的误差补偿计算，为单位类似的产品提供了一套可行方案。TMS320F28335丰富的外设使得信号处 理电路具有可再简化的潜力，其在惯性测量装置信号处理电路中的应用具有广阔 前景。通过系统试验，验证了系统软硬件设计的正确性高的应用推广价值。 关键词：DSP；信号处理电路；浮点 1、前言 现有技术方案主要为TMS320F206+异步串口SC28L202的方案，电路上电后 完成外围电路的初始化，TMS320F206通过SC28L202相应的I/O完成AD7716的 配置，AD7716初始化完成后每隔一个固定时间自动完成加表数据的采集并输出 一个中断信号，所采数据存于FIFO中。陀螺每隔一个固定时间将一帧数据存于 SC28L202的FIFO中，当TMS320F206判到第四个AD7716中断来到后从相应的FIFO中取加表、陀螺数据，TMS320F206完成加表、陀螺数据温度补偿计算后组 帧并向相应的接口发送数据。 本文以某信号处理电路设计为背景，为了解决TMS320F206即将停产的问题，电路架构由TMS320F206+异步串口SC28L202的方案升级为TMS320F28335+异步 串口TL16C752CIPFB架构。其中DSP为TI公司的TMS320F28335 [1]，异步串口为 TI公司的TL16C752CIPFB [2]。 2、某信号处理电路原理TMS320F206+异步串口SC28L202架构设计 信号处理电路采用了TMS320F206+异步串口SC28L202架构。信号处理电路 主要由加速度计信号采集电路、陀螺信号采集电路、测温电路、数字信号处理及 控制电路、外设输出接口电路组成。 如果继续使用现有方案，现面临几个问题，主要表现在以下几个方面。 (1)TMS320F206即将停产，本方案中的DSP需进行更换； (2)另外由于TMS320F206为定点DSP，而在补偿计算时要进行浮点运算，为满足 这种需要，在进行补偿时需要对数据进行复杂的移位操作，补偿计算耗时较多， 效率低下； (3)总体需要更换异步串口SC28L202。 为了解决上述问题，DSP采用TI公司的TMS320F28335 ，异步串口采用TI公 司TL16C752CIPFB实现。该方法可以解决上述问题，但是，由于引入了DSP TMS320F28335 ，异步串口TL16C752CIPFB，需要研究基于TMS320F28335的信号 处理电路设计，实现DSP、稳定、可靠的工作。 3、基于TMS320F28335信号处理电路架构设计 TMS320F28335数字信号处理器是属于TI公司C2000系列的一款浮点DSP控 制器，详细信息如下。 (1)单周期指令执行时间：最快达6.67ns； (2)CPU： 32为定点处理器、单精度浮点运算单元、32位算术逻辑单元、16位×16位乘法器和32位×32位乘法器； (3)存储器：地址空间为2M×16、SRAM为34K×16、OTP ROM为1K×16、引导 ROM为8K×16、FLASH为256K×16；