AI :模拟量信号输入，通常为4--20mA;1-5V;等连续变化的信号
AO:模拟量信号输出，通常为4--20mA;1-5V;等连续变化的信号
DI:开关量信号输入
DO:开关量信号输出
前一个字母A:就是ANALOG D:忘了，后面的I:INPUT ;O:OUTPUT
模拟量不止是电信号，还有气动信号（或许还有液压信号）如气动单元组合仪表使用的信号
同样数字量也有气动信号。
此处的有源信号是指使用电源作为供给形式的模拟量或数字量。无源信号是指不使用电源的模拟量或数字量。
可对比有源干接点和无源干接点。
模拟信号
英文名称：analogue signal;analog signal
定义1：
信息参数在给定范围内表现为连续的信号。
模拟信号的采集
这里的模拟信号是指电压和电流信号，对模拟信号的处理技术主要包括模拟量的选通、模拟量的放大、信号滤波、电流电压的转换、V/F转换、A/D 转换等。
1．模拟通道选通
单片机测控系统有时需要进行多路和多参数的采集和控制，如果每一路都单独采用各自的输入回路，即每一路都采用放大、滤波、采样/保持，A/D 等环节，不仅成本比单路成倍增加，而且会导致系统体积庞大，且由于模拟器件、阻容元件参数特性不一致，对系统的校准带来很大困难；并且对于多路巡检如128路信号采集情况，每路单独采用一个回路几乎是不可能的。因此，除特殊情况下采用多路独立的放大、A/D外，通常采用公共的采样／保持及A／D转换电路(有时甚至可将某些放大电路共用)，利用多路模拟开关，可以方便实现共用。
在选择多路模拟开关时，需要考虑以下几点：
（1）通道数量
通道数量对切换开关传输被测信号的精度和切换速度有直接的影响，因为通道数目越多，寄生电容和泄漏电流通常也越大。平常使用的模拟开关，在选通其中一路时，其它各路并没有真正断开，只是处于高阻状态，仍存在漏电流，对导通的信号产生影响；通道越多，漏电流越大，通道间的干扰也越多。
（2）泄漏电流
在设计电路时，泄漏电流越小越好。采集过程中，信号本身就非常微弱，如果信号源内阻很大，泄漏电流对精度的影响会非常大。
（3）切换速度
在选择模拟开关时，要综合考虑每路信号的采样速率、A/D的转换速率，因为它们决定了对模拟开关的切换速度的要求。
（4）开关电阻
理想状态的多路开关其导通电阻为零，而断开电阻为无穷大，而实际的模拟开关无法到这个要求，因此需考虑其开关电阻，尤其当与开关串联的负载为低阻抗时，应选择导通电阻足够低的多路开关。
（5）参数的漂移性及每路电阻的一致性
（6）器件的封装
常用的模拟开关有DIP和SO两种封装，可以根据实际需要选择。
2．信号滤波
从传感器或其它接收设备获得的电信号，由于传输过程中的各种噪声干扰，工作现场的电磁干扰，前段电路本身的影响，往往会有多种频率成分的噪声信号，严重情况下，这种噪声信号甚至会淹没有效输入信号，致使测试无法正常进行。为了减少噪声信号对测控过程的影响，需采取滤波措施，滤除干扰噪声，提高系统的信噪比(S／N)。
过去常用模拟滤波电路实现滤波，模拟滤波的技术较为成熟。模拟滤波可分为有源滤波和无源滤波。设计有源滤波器，首先根据所要求的幅频特性，寻找可实现的有理函数进行逼近设计。常用的逼近函数有：波待瓦兹（Butterworth)函数、切比雪夫(Chebyshev)函数，贝塞尔(Besel)函数等，然后计算电路参数，完成设计。
但是模拟滤波电路复杂，不仅增加了设计成本，而且还增加系统的功耗，降低了系统可靠性。随着电子技术的发展，现在很多的场合都应用数字滤波技术。数字滤波技术发展非常迅速，现在的手机、PDA等智能设备，大多采用数字滤波技术。它作为软件无线电的一个处理单元，有非常广阔的发展前景。但是，单片机的处理能力有限，只能完成比较简单的数字滤波。
在单片机系统中，首先在设计硬件是对信号采取抗干扰措施，然后在设计软件时，对采集到的数据进行消除干扰的处理，以进一步消除附加在数据中的各式各样的干扰，使采集到的数据能够真实的反映现场的情况。下面介绍的几种工控中常用的数字滤波技术。
（1）死区处理
从工业现场采集到的信号往往会在一定的范围内不断的波动，或者说有频率较高、能量不大的干扰叠加在信号上，这种情况往往出现在应用工控板卡的场合，此时采集到的数据有效值的最后一位不停的波动，难以稳定。这种情况可以采取死区处理，把波动的值进行死区处理，只有当变化超出某值时才认为该值发生了变化。比如编程时可以先对数据除以10，然后取整，去掉波动项。
（2）算术平均值法
公式为YK =(XK1+XK2+XK3+…+XKN)/N，在一个周期内的不同时间点取样，然后求其平均值，这种方法可以有效的消除周期性的干扰。同样，这种方法还可以推广成为连续几个周期进行平均。
（3）中值滤波法
这种方法的原理是将采集到的若干个周期的变量值进行排序，然后取排好顺序的值得中间的值，这种方法可以有效的防止受到突发性脉冲干扰的数据进入。在实际使用时，排序的周期的数量要选择适当，如果选择过小，可
能起不到去除干扰的作用，选择的数量过大，会造成采样数据的时延过大，造成系统性能变差。
（4）低通滤波法
公式为YK =Q*XK+(1-Q)*YK-1 截止频率为f=K/2πT。这种滤波方式相当于使采集到的数据通过一次低通滤波器。来自现场的信号往往是4~20mA 信号，它的变化一般比较缓慢，而干扰一般带有突发性的特点，变化频率较高，而低通滤波器就可以滤除这种干扰，这就是低通滤波的原理。实际使用时，根据信号的带宽，合理选择Q值。
（5）滑动滤波法
滑动滤波法是由一阶低通滤波法推广而来的。现场信号一般都是平滑的，不会出现突变，如果接收到的信号有突变，那么很可能就是干扰。滑动滤波法就是基于这个原理，把所有的突变都视为干扰，并且通过平滑去掉干扰。应用这种方法，只能处理平滑信号，并且不同的场合，数据处理过程也要做相应调整。滑动滤波法的公式是：Yn=Q1Xn+Q2Xn-1+Q3Xn-2，其中Q1 + Q2+ Q3 =1且Q1 >Q2> Q3。
在实际使用时，常常需要结合多种方法，以其它滤波的效果。比如在中值滤波法中，加入平均值滤波，借以提高滤波的性能。
3．电流电压的转换
电压信号可以经由A/D转换器件转换成数字信号然后采集，但是电流不能直接由Ａ/Ｄ转换器转换。在应用中，先将电流转变成电压信号，然后进行转换。电流／电压转换在工业控制中应用非常广泛。
电流／电压转换最简单的方法是在被测电路中串入精密电阻，通过直接采集电阻两端的电压来获得电流。A/D器件只能转换一定范围的电压信号，所以在电流／电压转换过程中，需要选择合适阻值的精密电阻。如果电流的动态范围较多，还必须在后端加入放大器进行二次处理。经过多次处理，会损失测量的精度。
现在有很多电流／电压转换芯片，其响应时间、线性度、漂移等指标均很理想，且能适应大范围大电流的测量。
4．电压频率的转换
频率接口有以下特点：
(1)接口简单、占用硬件资源少。频率信号通过任一根I／O口线或作为中断源及计数时钟输入系统。
(2)抗干扰性能好。V／F转换本身是一个积分过程，且用V／F转换器实现A／D转换，就是频率计数过程，相当于在计数时间内对频率信号进行积分，因而有较强的抗干扰能力。另外可采用光电耦合连接V／F转换器与单片机之间的通道，实现隔离。
(3)便于远距离传输。可通过调制进行无线传输或光传输。
由于以上这些特点，V／F转换器适用于一些非快速而需进行远距离信号传输的A／D转换过程。利用V／F变换，还可以减化电路、降低成本、提高性价比。
5．A/D转换
A/D转换是指将模拟输入信号转换成N位二进制数字输出信号的过程。伴随半导体技术、数字信号处理技术及通信技术的飞速发展，A/D转换器近年也呈现高速发展的趋势。人类数字化的浪潮推动了A/D转换器不断变革，现在，在通信产品、消费类产品、工业医疗仪器乃至军工产品中无一不显现A/D转换器的身影，可以说，A/D转换器已经成为人类实现数字化的先锋。自1973年第一只集成A/D转换器问世至今，A/D、D/A转换器在加工工艺、精度、采样速率上都有长足发展，现在的A/D转换器的精度可达26位，采样速度可达1GSPS，今后的A/D转换器将向超高速、超高精度、集成化、单片化发展。不管怎么发展，A/D转换的原理和作用都是不变的。在下一节，将着重讨论A/D转换技术。
7.1.2 A/D转换技术
现在的软件无线电、数字图像采集都需要有高速的A/D采样保证有效性和精度，一般的测控系统也希望在精度上有所突破，人类数字化的浪潮推动了A/D转换器不断变革，而A/D转换器是人类实现数字化的先锋。A/D转换器发展了30多年，经历了多次的技术革新，从并行、逐次逼近型、积分型ADC，到近年来新发展起来的∑-Δ型和流水线型ADC，它们各有其优缺点，能满足不同的应用场合的使用。
逐次逼近型、积分型、压频变换型等，主要应用于中速或较低速、中等精度的数据采集和智能仪器中。分级型和流水线型ADC主要应用于高速情况下的瞬态信号处理、快速波形存储与记录、高速数据采集、视频信号量化及高速数字通讯技术等领域。此外，采用脉动型和折叠型等结构的高速ADC，可应用于广播卫星中的基带解调等方面。∑-Δ型ADC主应用于高精度数据采集特别是数字音响系统、多媒体、地震勘探仪器、声纳等电子测量领域。下面对各种类型的ADC作简要介绍。
1．逐次逼近型
逐次逼近型ADC是应用非常广泛的模/数转换方法，它包括1个比较器、1个数模转换器、1个逐次逼近寄存器（SAR）和1个逻辑控制单元。它是将采样输入信号与已知电压不断进行比较，1个时钟周期完成1位转换，N位转换需要N个时钟周期，转换完成，输出二进制数。这一类型ADC的分辨率和采样速率是相互矛盾的，分辨率低时采样速率较高，要提高分辨率，采样速率就会受到限制。
优点：分辨率低于12位时，价格较低，采样速率可达1MSPS；与其它ADC相比，功耗相当低。
缺点：在高于14位分辨率情况下，价格较高；传感器产生的信号在进行模/数转换之前需要进行调理，包括增益级和滤波，这样会明显增加成本。
2．积分型ADC
积分型ADC又称为双斜率或多斜率ADC，它的应用也比较广泛。它由1个带有输入切换开关的模拟积分器、1个比较器和1个计数单元构成，通过两次积分将输入的模拟电压转换成与其平均值成正比的时间间隔。与此同时，在此时间间隔内利用计数器对时钟脉冲进行计数，从而实现A/D转换。
积分型ADC两次积分的时间都是利用同一个时钟发生器和计数器来确定，因此所得到的D表达式与时钟频率无关，其转换精度只取决于参考电压
VR。此外，由于输入端采用了积分器，所以对交流噪声的干扰有很强的抑制能力。能够抑制高频噪声和固定的低频干扰（如50Hz或60Hz），适合在嘈杂的工业环境中使用。这类ADC主要应用于低速、精密测量等领域，如数字电压表。
优点：分辨率高，可达22位；功耗低、成本低。
缺点：转换速率低，转换速率在12位时为100～300SPS。
3．并行比较A/D转换器
并行比较ADC主要特点是速度快，它是所有的A/D转换器中速度最快的，现代发展的高速ADC大多采用这种结构，采样速率能达到1GSPS以上。但受到功率和体积的限制，并行比较ADC的分辨率难以做的很高。
这种结构的ADC所有位的转换同时完成，其转换时间主取决于比较器的开关速度、编码器的传输时间延迟等。增加输出代码对转换时间的影响较小，但随着分辨率的提高，需要高密度的模拟设计以实现转换所必需的数量很大的精密分压电阻和比较器电路。输出数字增加一位，精密电阻数量就要增加一倍，比较器也近似增加一倍。
并行比较ADC的分辨率受管芯尺寸、输入电容、功率等限制。结果重复的并联比较器如果精度不匹配，还会造成静态误差，如会使输入失调电压增大。同时，这一类型的ADC由于比较器的亚稳压、编码气泡，还会产生离散的、不精确的输出，即所谓的“火花码”。
优点：模/数转换速度最高。
缺点：分辨率不高，功耗大，成本高。
4．压频变换型ADC
压频变换型ADC是间接型ADC，它先将输入模拟信号的电压转换成频率与其成正比的脉冲信号，然后在固定的时间间隔内对此脉冲信号进行计数，计数结果即为正比于输入模拟电压信号的数字量。从理论上讲，这种ADC的分辨率可以无限增加，只要采用时间长到满足输出频率分辨率要求的累积脉冲个数的宽度即可。
优点：精度高、价格较低、功耗较低。
缺点：类似于积分型ADC，其转换速率受到限制，12位时为100～300SPS。
5．∑-Δ型ADC
∑-Δ转换器又称为过采样转换器，它采用增量编码方式即根据前一量值与后一量值的差值的大小来进行量化编码。∑-Δ型ADC包括模拟∑-Δ
调制器和数字抽取滤波器。∑-Δ调制器主要完成信号抽样及增量编码，它给数字抽取滤波器提供增量编码即∑-Δ码；数字抽取滤波器完成对∑-Δ
码的抽取滤波，把增量编码转换成高分辨率的线性脉冲编码调制的数字信号。因此抽取滤波器实际上相当于一个码型变换器。
优点：分辨率较高，高达24位；转换速率高，高于积分型和压频变换型ADC；价格低；内部利用高倍频过采样技术，实现了数字滤波，降低了对传感器信号进行滤波的要求。
缺点：高速∑-△型ADC的价格较高；在转换速率相同的条件下，比积分型和逐次逼近型ADC的功耗高。
6．流水线型ADC
流水线结构ADC，又称为子区式ADC，它是一种高效和强大的模数转换器。它能够提供高速、高分辨率的模数转换，并且具有令人满意的低功率消耗和很小的芯片尺寸；经过合理的设计，还可以提供优异的动态特性。
流水线型ADC由若干级级联电路组成，每一级包括一个采样/保持放大器、一个低分辨率的ADC和DAC以及一个求和电路，其中求和电路还包括可提供增益的级间放大器。快速精确的n位转换器分成两段以上的子区（流水线）来完成。首级电路的采样/保持器对输入信号取样后先由一个m位分辨率粗A/D转换器对输入进行量化，接着用一个至少n位精度的乘积型数模转换器（MDAC）产生一个对应于量化结果的模/拟电平并送至求和电路，求和电路从输入信号中扣除此模拟电平。并将差值精确放大某一固定增益后关交下一级电路处理。经过各级这样的处理后，最后由一个较高精度的K位细
A/D转换器对残余信号进行转换。将上述各级粗、细A/D的输出组合起来即构成高精度的n位输出。
优点：有良好的线性和低失调；可以同时对多个采样进行处理，有较高的信号处理速度，典型的为Tconv<100ns；低功率；高精度；高分辨率；可以简化电路。
缺点：基准电路和偏置结构过于复杂；输入信号需要经过特殊处理，以便穿过数级电路造成流水延迟；对锁存定时的要求严格；对电路工艺要求很高，电路板上设计得不合理会影响增益的线性、失调及其它参数。
目前，这种新型的ADC结构主要应用于对THD和SFDR及其它频域特性要求较高的通讯系统，对噪声、带宽和瞬态相应速度等时域特性要求较高的CCD成像系统，对时域和频域参数都要求较高的数据采集系统。
7.1.3 A/D转换器件选型指南
A/D转换器的品种繁多，性能各异，A/D转换器的选择直接影响系统的性能。在确定设计方案后，首先需要明确A/D转换的需要的指标要求，包括数据精度、采样速率、信号范围等等。
1．确定A/D转换器的位数
在选择A/D器件之前，需要明确设计所要达到的精度。精度是反映转换器的实际输出接近理想输出的精确程度的物理量。在转化过程中，由于存在量化误差和系统误差，精度会有所损失。其中量化误差对于精度的影响是可计算的，它主要决定于A/D转换器件的位数。A/D转换器件的位数可以用分辨率来表示。一般把8位以下的A/D转换器称为低分辨率ADC，9~12位称为中分辨率ADC，13位以上为高分辨率。A/D器件的位数越高，分辨率越高，量化误差越小，能达到的精度越高。理论上可以通过增加A/D器件的位数，无止境提高系统的精度。但事实并非如此，由于A/D前端的电路也会有误差，它也同样制约着系统的精度。
比如，用A/D采集传感器提供的信号，传感器的精度会制约A/D采样的精度，经A/D采集后信号的精度不可能超过传感器输出信号的精度。设计时应当综合考虑系统需要的精度以及前端信号的精度。
2．选择A/D转换器的转换速率
在不同的应用场合，对转换速率的要求是不同的，在相同的场合，精度要求不同，采样速率也会不同。采样速率主要由采样定理决定。确定了应用
场合，就可以根据采集信号对象的特性，利用采样定理计算采样速率。如果采用数字滤波技术，还必须进行过采样，提高采样速率。
3．判断是否需要采样/保持器
采样/保持器主要用于稳定信号量，实现平顶抽样。对于高频信号的采集，采样/保持器是非常必要的。如果采集直流或者低频信号，可以不需要采样保持器。
4．选择合适的量程
模拟信号的动态范围较大，有时还有可能出现负电压。在选择时，待测信号的动态范围最好在A/D器件的量程范围内。以减少额外的硬件付出。
5．选择合适的线形度
在A/D采集过程中，线形度越高越好。但是线形度越高，器件的价格也越高。当然，也可以通过软件补偿来减少非线性的影响。所以在设计时要综合考虑精度、价格、软件实现难度等因素。
6．选择A/D器件的输出接口
A/D器件接口的种类很多，有并行总线接口的，有SPI、I2C、1-Wire 等串行总线接口的。它们在原理和精度上相同，但是控制方法和接口电路会有很大差异。在接口上的选择，主要决定于系统要求、已经开发者对于各种接口的熟练程度。
7.1.4 数字逻辑信号的采集
通常需要采集的数字逻辑信号包括频率信号、逻辑编码信号。频率信号典型的应用包括测量电压，提供时间基准等。逻辑编码信号是个很广泛的概念，现在有的传感器是数字型的，它输出的不是电流或电压，而直接是编码的逻辑信号，如温度传感器DS1820、各种时钟芯片、GPS OEM模块等。逻辑编码信号的采集主要考虑物力接口和通信协议。在有些书本中，也将其归类为通信技术。
DSP技术与算法实现学习报告 一.课程认识 作为一个通信专业的学生，在本科阶段学习了数字信号处理的一些基本理论知识，带着进一步学习DSP技术以及将其理论转化为实际工程实现的学习目的，选择了《DSP技术与算法实现》这门课程。通过对本课程的学习，我在原有的一些DSP基础理论上，进一步学习到了其一些实现方法，系统地了解到各自DSP芯片的硬件结构和指令系统，受益匪浅。 本门课程将数字信号处理的理论与实现方法有机的结合起来，在简明扼要地介绍数字信号处理理论和方法的基本要点的基础上，概述DSP的最新进展，并以目前国际国内都使用得最为广泛的德克萨斯仪器公式（TI，Texas Instruments）的TMS320、C54xx系列DSP为代表，围绕“DSP实现”这个重点，着重从硬件结构特点，软件指令应用和开发工具掌握出发，讲解DSP应用的基础知识，讨论各种数字信号处理算法的实现方法及实践中可能遇到的主要问题，在此基础上实现诸如FIR、IIR、FFT等基本数字信号处理算法等等。 1.TI的DSP体系 TI公司主要推出三大DSP系列芯片，即TMS320VC2000，TMS320VC5000，TMS320VC6000系列。 TMS320VC200系列主要应用于控制领域。它集成了Flash存储器、高速A/D转换器、可靠的CAN模块及数字马达控制等外围模块，适用于三相电动机、变频器等高速实时的工控产品等数字化控制化领域。 TMS320VC5000系列主要适用于通信领域，它是16为定点DSP芯片，主要应用在IP 电话机和IP电话网、数字式助听器、便携式音频/视频产品、手机和移动电话基站、调制调解器、数字无线电等领域。它主要分为C54和C55系列DSP。课程着重讲述了C54系列的主要特性，它采用改进哈弗结构，具有一个程序存储器总线和三个数据存储器总线，17×17-bit乘法器、一个供非流水的MAC（乘法/累加）使用的专用加法器，一个比较、选择、存储单元（Viterbi加速器），配备了双操作码指令集。 TMS320VC6000系列主要应用于数字通信和音频/视频领域。它是采用超长指令字结构设计的高性能芯片，其速度可以达到几十亿MIPS浮点运算，属于高端产品应用范围。
对输入、输出模拟量的ＰLＣ编程的探讨及编程实例解析
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对输入、输出模拟量的PLＣ编程的探讨及编程实例解析 对于初学PLＣ编程的人来说，模拟量输入、输出模块的编程要比用位变量进行一般的程序控制难的多，因为它不仅仅是程序编程，而且还涉及到模拟量的转换公式推导与使用的问题。不同的传感变送器,通过不同的模拟量输入输出模块进行转换，其转换公式是不一样的,如果选用的转换公式不对,编出的程序肯定是错误的。比如有3个温度传感变送器： (1)、测温范围为0～20０，变送器输出信号为4~20ｍa (２)、测温范围为0~200，变送器输出信号为0～5V （3)、测温范围为-100 ~50０，变送器输出信号为4～２０ｍa （１）和（2）二个温度传感变送器，测温范围一样，但输出信号不同，（1）和（3)传感变送器输出信号一样,但测温范围不同，这3个传感变送器既使选用相同的模拟量输入模块，其转换公式也是各不相同。 一、转换公式的推导 下面选用Ｓ7-200的模拟量输入输出模块EM23５的参数为依据对上述的3个温度传感器进行转换公式的推导： 对于(1)和（3)传感变送器所用的模块，其模拟量输入设置为0～20ma电流信号,2０ma 对应数子量=32000,4 mａ对应数字量=6４00; 对于(２）传感变送器用的模块，其模拟量输入设置为0~５Ｖ电压信号，5V 对应数字量=３200０,０V对应数字量=0; 这3种传感変送器的转换公式该如何推导的呢?这要借助与数学知识帮助，请见下图：
3.6 常见的算法实现 在实际应用中虽然信号处理的方式多种多样，但其算法的基本要素却大多相同，在本节中介绍几种较为典型的算法实现，希望通过对这些例子（单精度，16bit ）的分析，能够让大家熟悉DSP 编程中的一些技巧，在以后的工作中可以借鉴，达到举一反三的效果。 1. 函数的产生 在高级语言的编程中，如果要使用诸如正弦、余弦、对数等数学函数，都可以直接调用运行库中的函数来实现，而在DSP 编程中操作就不会这样简单了。虽然TI 公司提供的实时运行库中有一些数学函数，但它们所耗费的时间大多太长，而且对于大多数定点程序使用双精度浮点数的返回结果有点“大材小用”的感觉，因此需要编程人员根据自身的要求“定制”数学函数。实现数学函数的方法主要有查表法、迭代法和级数逼近法等，它们各有特点，适合于不同的应用。 查表法是最直接的一种方法，程序员可以根据运算的需要预先计算好所有可能出现的函数值，将这些结果编排成数据表，在使用时只需要根据输入查出表中对应的函数值即可。它的特点是速度快，但需要占用大量的存储空间，且灵活度低。当然，可以对上述查表法作些变通，仅仅将一些关键的函数值放置在表中，对任意一个输入，可根据和它最接近的数据采用插值方法来求得。这样占用的存储空间有所节约，但数值的准确度有所下降。 迭代法是一种非常有用的方法，在自适应信号处理中发挥着重要的作用。作为函数产生的一种方法，它利用了自变量取值临近的函数值之间存在的关系，如时间序列分析中的AR 、MA 、ARMA 等模型，刻画出了信号内部的特征。因为它只需要存储信号模型的参量和相关的状态变量，所以所占用的存储空间相对较少，运算时间也较短。但它存在一个致命的弱点，由于新的数值的产生利用了之前的函数值，所以它容易产生误差累积，适合精度要求不高的场合。 级数逼近法是用级数的方法在某一自变量取值范围内去逼近数学函数，而将自变量取值在此范围外的函数值利用一些数学关系，用该范围内的数值来表示。这种方法最大的优点是灵活度高，且不存在误差累积，数值精度由程序员完全控制。该方法的关键在于选择一个合适的自变量取值区间和寻找相应的系数。 下面通过正弦函数的实现，具体对上述三种方法作比较。 查表法较简单，只需要自制一张数据表，也可以利用C5400 DSP ROM 内的正弦函数表。 迭代法的关键是寻找函数值间的递推关系。假设函数采样时间间隔为T ，正弦函数的角频率为ω，那么可以如下推导： 令()()()T T ω?β?αω?-+=+sin sin sin 等式的左边展开为 T T side left ω?ω?sin cos cos sin _+= 等式的右边展开为 ()T T side right ω?βωα?sin cos cos sin _-+= 对比系数，可以得到1,cos 2-==βωαT 。令nT =?，便可以得到如下的递推式： [][][]21cos 2---=n s n s T n s ω
第六章模拟量输入输出 *模拟通道的组成 调理电路，模拟开关MUX(多路复用)sample/holder S/H 采样保持器SHA （sample/holder—S/H ）* 转换接口电路 简单I/O 扩展:输入缓冲/输出锁存,同步转换(R f G d) 基准地(Reference Ground)电压基准源(Reference Voltage Source)(g )*ADC/DAC 线性转换关系X Di it l A l x-x 0X-X 0= 微机系统与接口X:Digital,x:Analog x 1-x 0X 1-X 0
应用: 生产过程微机控制系统结构 I /O 通道信号调理 连续模拟信号 过 程 传感器检测/控制 操作台I/O 接口A/D 输入调理模拟量对 象变送器微I/O 接口D/A V/I 变换打印机⌒被执行机构机主数字量控对 象 传感器执行机构机电平变换功放驱动I/O 接口I/O 接口DI DO 显示器∪ 传感执行 频率、其他微机系统与接口 传感、执行I/O 接口变换信号处理
模拟量I/O 接口 模拟量的概念（信号连续量）：DC-V(mv)/mA(V)典型：信号采样/复原-信号处理 控制、监控-自动化系统 转换输入:V/F(P389:AD650)?计数器;输出:计数器?F/V(LM331)；PWM 调宽（时间）:易于光电隔离 F/V 模 T/C 8253/脉冲 频率 V/F 拟 信 8254MPU 号 ADC/DAC 微机系统与接口Ｖ／Ｉ 数字量
模拟量转换与I/O 通道 1.模数转换--ADC 数模转换--DAC Analog to Digital Converter/Digital to Analog Converter 22. 模入与模出通道的组成：输入通道: (高精度测量,1%~0.05%,可分时采样,同步采样) Vref 调理放大MUX S/H ADC 数字量 (MPU) 传感器Multiplexer ：（6.4）多路转换器（开关，（模拟）多路(电子)开关 1-N,N-1,N 选一）：N 路入一路输出：巡回扫描/分时转换；S l /H ld (65)Sample/Holder ：(6.5)捕捉后保持信号（电容）Voltage reference:电压基准源 输出通道:(精度,同步输出,输出保持--动态扫描) 复习：运算放大器放大执行DAC V/I 调理数字量 (MPU)微机系统与接口驱动机构 Vref MUX, S/H
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
视频输入输出接口和信号格式 一、传输接口 按照发展先后来概述： (1)CVBS：Composite Video Broadcast Signal，复合视频广播信号。 它是最早期的一种图像数据传输方法，是将模拟视频信号和声音信号结合，并调制到视频载波之前的一种格式。复合视频包含色差（色调和饱和度）和亮度信息，并将它们同步在消隐脉冲中，用同一信号传输。这种接口有3根线：白（左声道）、红（右声道）、黄（视频信号），如图所示： 由于是采用亮度和色度信号频谱间置方法复合在一起，所以会导致亮、色的串扰以及清晰度降低等问题。 (2)S-video：即S端子，它是将亮度信号Y和色度信号C分开传输，这样就可确保亮度和色度信号不相互干扰。 (3)VGA：Video Graghic Array，又叫显示绘图阵列，它采用非对称分布的15Pin 连接方式，共有15针，分成3排，每排5个孔。 (4)DVI：Digital Visual Interface，即数字视频接口。它采用全数字传输，可有效降低干扰和提高性能。对于DVI接口，有很多规范，常见的是DVI-D（Digital）和DVI-I（Integrated），DVI-I只能传输数字信号，可以用它来连接显卡和平板电视等。 (5)HDMI：High Definition Multimedia Interface，即高清晰度多媒体接口。它与DVI不同，可以同时传输视频和音频信号，由于音频和视频信号采用同一条电缆，可大大简化系统的安装。 除了上述有代表性的接口之外，另外还有一些典型接口，比如：色差分量接口（三基色输入）、SCART（欧洲通用视频接口）、BNC端口输入（R、G、B、行同步、场同步5个连接头），SDI（串行数字接口）等等。 二、视频输出的数字信号格式 相关名词： ITU:International Telecommunications Union （国际电信联盟）
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
HOLLiAS MACS -K 系列模块 2014年5月B版
HOLLiAS MAC-K系列手册- K-AI01 8通道模拟量输入模块使用说明书 重要信息 危险图标：表示存在风险，可能会导致人身伤害或设备损坏件。 警告图标：表示存在风险，可能会导致安全隐患。 提示图标：表示操作建议，例如，如何设定你的工程或者如何使用特定的功能。
目录 1.概述 (1) 2.接口说明 (3) 2.1模块单元示意图 (3) 2.2IO-BUS (4) 2.3模块的防混淆设计 (6) 2.4模块地址跳线 (7) 2.5现场接口电路原理 (8) 3.状态灯说明 (11) 4.其他特殊功能说明 (13) 4.1抗220V AC功能 (13) 4.2二线制外供电保护 (14) 4.3诊断功能 (15) 4.4冗余功能 (17) 5.工程应用 (18) 5.1底座选型说明 (18) 5.2应用注意事项 (19) 6.尺寸图 (20) 7.技术指标 (20)
K-AI01 8通道模拟量输入模块 1.概述 K-AI01为K系列8通道模拟量通道隔离输入模块，测量范围0～22.7mA模拟信号（默认出厂量程4～20mA），可以按1：1冗余配置使用。无需跳线就可以设置为配电或不配电工作方式，可以接二线制仪表或四线制仪表。 K-AI01模块具备强大的过流过压保护功能，误接±30VDC和过电流都不会损坏。同时，配合增强型底座还可以做到现场误接220V AC不损坏。 K-AI01模块支持带点热插拔、支持冗余配置，具备完善断线、短路、超量程诊断功能，面板设计有丰富的LED指示灯，除指示模块电源、故障、通讯信息外，每个通道也有指示灯，可以方便指示各通道的断线、短路、超量程等信息。 K-AI01模块每个通道可设置不同的滤波参数以适应不同的干扰现场。可以根据工艺需要，配合主控制器的不同运算周期，组成可快可慢的控制回路。 K-AI01模块采用双冗余IO-BUS、双冗余供电工作方式，任意断一根IO-BUS，不会影响其正常工作。 K-AI01模块采用了现场电源和系统电源分开隔离供电。同仪表相连的电路采用现场电源供电，数字电路和通讯电路采用系统电源供电，因此现场来干扰不会影响数字电路和通讯。 K-AI01模块实施喷涂三防漆处理，按照ISA-S71.04-1985标准生产，达到G3防腐等级。 K-AI01模块配套K-A T01、K-A T02、K-A T11、K-A T21和K-DOT01底座使用，通过电缆连接构成完整的电流测量模块单元。模块插在模块底座上，模块底座的接线端子负责接入现场仪表信号，模块负责将模拟信号转换为数字信号，最后通过冗余的IO-BUS送给主控器单元，IO-BUS同时提供冗余的系统电源和现场电源。 如图1-1、图1-2所示，分别为模块非冗余配置和冗余配置的外观结构图。完整的模块单元在系统机柜中的安装位置如图1-3所示：
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')
信号类型 组态设置 表中显示了如何使用组态DIP开关来组态EM 231模块。所有输入设置为相同的模拟量输入量程。在该表中，ON是闭合，OFF是断开。只在电源接通时读取开关设置。 表A-21组态开关表用于为EM 231模拟量输入和4/8 输入（括号中为8输入）选择模拟量输入范围。当采用8输入模块以及开关3、4和5选择模拟量输入范围时，使用开关1和2来选择电流输入模式。开关1打开（ON）为通道6选择电流输入模式；关闭（OFF）选择电压模式。开关2打开（ON）为通道7选择电流输入模式；关闭（OFF）选择电压模式。
EM231 热电阻模块的配置 EM 231热电阻模块DIP开关（订货号6ES7 231-7PB22-0XA0） 注：4模拟量输入EM231（订货号6ES7 231-7PC22-0XA0）拨码开关设置与EM231 RTD，2模拟量输入模块相同。8 输入EM231 TC 热电偶模块（订货号6ES7 231-7PF22-0XA0）拨码开关设置与EM231 TC，4 模拟量输入模块相同。 表A-25 RTD类型DIP开关1-5设定。
DIP开关默认就好。除非你的PT100传感器比较精密或是特殊制式。 PT0.003850、PT0.003916都是PT100的。 前者是ITS-90温标的PT100 ，其α=0.003851， 后者是日本JIS标准的PT100 ，其α=0.003916， 两者0度时的阻值都是100Ω，但100度时阻值不同。 一般国产的PT100都是前者。 相关信息来源于：西门子技术论坛网友葫芦娃 追问 一般都是这个：PT0.003850？回答很全面 回答 是的，就是拔码开关SW1-SW6均为0所对应的输入类型 要使DIP开关设置起作用，需要重新给PLC和/或用户的24V电源上电。可以通过设定DIP开关1、2、3、4和5来选择RTD的类型。接线方式只影响精度问题。
离散傅里叶变换 一、问题的提出：前已经指出，时域里的周期性信号在频域里表现为离散的值，通常称为谱线；而时域里的离散信号(即采样数据)在频域里表现为周期性的谱。 推论：时域里的周期性的离散信号，在频域里对应为周期性的离散的谱线。 由于傅里叶变换和它的反变换的对称性，我们不妨对称地把前者称为时域的采样，后者称为频域的采样；这样，采用傅里叶变换，时域的采样可以变换成为频域的周期性离散函数，频域的采样也可以变换成列域的周期性离散函数，这样的变换被称为离散傅里叶变换，简称为ＤＦＴ。图３-1就是使用采样函数序列作离散傅里叶变换的简单示例。 （a ）时域的采样在频域产生的周期性 （b ）频域的采样在时域产生的周期性 图3-1 采样函数的离散傅里叶变换 上图就是使用采样函数序列作离散傅立叶变换的简单示例，在时域间隔为s t 的采样函数 序列的DFT 是频域里间隔为s s t f 1 =的采样函数序列；反之，频域里间隔为s f 的采样函数序列是时域里间隔为w W f T 1=的采样函数序列，如图3-1(b)所示。 由于在离散傅立叶变换中，时域和频域两边都是离散值，因此它才是真正能作为数字信号处理的变换，又由于变换的两边都表现出周期性，因此变换并不需要在),(+∞-∞区间进行，只需讨论一个有限周期里的采样作变换就可以保留全部信息。 表3-1为傅立叶变换和傅立叶级数的关系
二、DFT 的定义和性质 离散傅里叶变换（DFT ）的定义为： 1、非周期离散时间信号)(n x 的Fourier 变换定义为：ωωωd e n x e X n j j -∞ ∞-∑ =)()( （1） 反变换：ωπωππωd e e X n x n j j ?-= )(21)( )(ωj e X 的一个周期函数（周期为）π 2，上式得反变换是在)(ωj e X 的一个周期内求积分的。这里数字信号的频率用ω来表示，注意ω与Ω有所不同。设s f 为采样频率，则采样周期为 f T 1 =，采样角频率T s π2=Ω，数字域的频率s s f πω2= 式1又称为离散时间Fourier 变换（DTFT ）2、周期信号的离散Fourier 级数（DFS ） 三、窗函数和谱分析 1、谱泄露和栅栏效应 离散傅立叶变换是对于在有限的时间间隔（称时间窗）里的采样数据的变换，相当于对数据进行截断。这有限的时间窗既是DFT 的前提，同时又会在变换中引起某些不希望出现的结果，即谱泄露和栅栏效应。 1）谱泄露 以简单的正弦波的DFT 为例，正弦波具有单一的频率，因而在无限长的时间的正弦波，应该观察到单一δ函数峰，如下图示，但实际上都在有限的时间间隔里观察正弦波，或者在时间窗里作DFT ，结果所得的频谱就不再是单一的峰，而是分布在一个频率范围内，下图（b ）示。这样信号被时间窗截断后的频谱不再是它真正的频谱，称为谱泄露。
对输入、输出模拟量的PLC编程的探讨及编程实例解析 对于初学PLC编程的人来说，模拟量输入、输出模块的编程要比用位变量进行一般的程序控制难的多，因为它不仅仅是程序编程，而且还涉及到模拟量的转换公式推导与使用的问题。不同的传感变送器，通过不同的模拟量输入输出模块进行转换，其转换公式是不一样的，如果选用的转换公式不对，编出的程序肯定是错误的。比如有3个温度传感变送器： （1）、测温围为0~200，变送器输出信号为4～20ma （2）、测温围为0~200，变送器输出信号为0～5V （3）、测温围为－100 ~500，变送器输出信号为4～20ma （1）和（2）二个温度传感变送器，测温围一样，但输出信号不同，（1）和(3)传感变送器输出信号一样，但测温围不同，这3个传感变送器既使选用相同的模拟量输入模块，其转换公式也是各不相同。 一、转换公式的推导 下面选用S7-200的模拟量输入输出模块EM235的参数为依据对上述的3个温度传感器进行转换公式的推导： 对于(1)和（3）传感变送器所用的模块，其模拟量输入设置为0～20ma电流信号,20ma 对应数子量=32000，4 ma对应数字量=6400； 对于（2）传感变送器用的模块，其模拟量输入设置为0～5V电压信号，5V对应数字量=32000，0V对应数字量=0； 这3种传感変送器的转换公式该如何推导的呢？这要借助与数学知识帮助，请见下图：
上面推导出的（2-1）、（2-2）、（2-3）三式就是对应（1）、（2）、（3）三种温度传感变送器经过模块转换成数字量后再换算为被测量的转换公式。编程者依据正确的转换公式进行编程，就会获得满意的效果。 二、变送器与模块的连接
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
第五讲音视频输入\输出信号格式与接口 一、视频信号类型及接口 我们在《音视频系统工程基础》课程中已经对音视频系统中各类常见信号接口的知识进行了学习，接下来，我们对各类信号，尤其是视频信号进行比较分析。在实际的工程技术中，随着视频清晰度的不断提高，从早期的RF信号开始，经历了AV、S-video、YCbCr\YPbPr、VGA、DVI、HDMI等各种信号类型。 1. RF：电视机上的TV接口又称RF射频输入接口，这是最早在电视机上出现的接口，用于接收从天线接收到的电视信号，目前在有线电视领域也是一个常用的接口。RF信号是视频信号(CVBS)和音频信号(Audio)混合编码生成的一种高频调制信号(RF)，采用同轴电缆传输，由于音视频信号之间相互干扰较大，它的视频清晰度是视频信号中最低的，但采用75Ω阻抗的线材减少了阻抗不匹配和信号反射对于图像的影响，适合于长距离传输。 2. Video：这类接口通常与音频接口（Audio）一起称为AV接口，又称RCA接口（俗称莲花头），AV信号是对RF信号的改进，也是最常见的音视频连接方式。一般来说，传输AV信号用三根信号线，传输Video信号的线头接口用黄色表示，音频信号分为左右声道分别用红色和白色表示。AV信号的改进之处在于将视频信号和音频信号分离传输，在成像方面很大程度避免了视频与音频相互干扰对画质的影响，但由于Video信号依旧是将亮度信号和色度信号进行混合传输，因此，也称Composite复合视频端口，需要在终端显示设备上需要进行对亮度和色度的分离，色度、亮度的相互干扰以及分离过程造成的信号损失使得画面并不是特别出色，水平清晰度在300电视线左右。目前，AV接口广泛用于电视与DVD连接，也是每台电视必备的接口之一。 3. S-video：称为S端子，是Super-Video(超级视频信号)或Separate-Video(分离视频信号)的简称。S-video接口分别用两条75欧的同轴电缆传输模拟视频信号，一条电缆传送亮度信号，另一条电缆传送色度信号。S-video与Video不同的是将亮度和色度信号分开传输，减少了影像在“分离”、“合成”转换过程中的信号损失，降低了设备内信号干扰而产生的图像失真，能够有效的提高画质的清晰程度。S端子支持设备最大显示分辨率为1024*768，常见的S-video接口有三种：4针、7针和9针。目前，电视机、影碟机、投影机等设备配接的都是4针插头，而实际上是一种五芯接口，由两路亮度信号（亮度信号和亮度信号接地）、两路色度信号（色度信号和色度信号接地）和一路公共屏蔽地线共五条芯线组成，使用时要注意插入的方向和位置，以免弄弯针头。 4. YCbCr\YPbPr：YCbCr\YPbPr指分量信号（Component）也称色差信号，实质上是将S-video的色度信号再分解为色差Cr、Cb，这样就避免了两路色差混合编码和分离的过程。一般利用三根信号线将视频信号分离成亮度（Y）信号和两路色差信号（去掉亮度信号后的色彩差异信号Cb、Cr）进行传输，在三条线的接头处分别用绿、蓝、红色进行区别，这三条线如果相互之间插错了，可能会显示不出画面或是显示出奇怪的色彩，其所还原的信号质量比Video和S-video好。色差分为逐行和隔行显示， YCbCr表示的是隔行，YPbPr表示则是逐行，如果电视只有YCbCr分量端子的话，则说明电视不能支持逐行分量，用YPbPr分量端子的话则支持逐行和隔行两种分量。目前档次较高的电视一般拥有2组或3组分量接口，而稍差一些的电视可能只有一组隔行，色差分量信号在DVD、PS2、XBOX、NGC等视频设备上都可以使用。 5. RGBHV信号：将视频信号分解为“R、G、B、H、V”五种信号，利用三基色原理对图像进行编码，即红、绿、蓝三种视频信号外加行（黑色）、场（黄色）同步信号，分别使用五根BNC线进行传输。除此之外，RGsB、RsGsBs、RGBs均是常见传输模式。 RGsB：同步信号附加在绿色通道，使用三根同轴电缆进行传输；
实验2 基2时域抽选的FFT 程序设计与调试 一、实验目的 掌握信号处理，尤其是数字信号处理的基本原理和方法。要求能通过实验熟练掌握基2时域抽选的快速傅立叶变换算法（FFT ）的基本原理，了解二维及多维快速傅立叶变换算法。 二、实验原理 1．复数类型 对于FFT 算法涉及的复数运算，使用自定义的COMPLEX 来定义复数类型，其使用方法与常规类型（如int,float,double ）相似。 typedef struct { float real, imag; } COMPLEX; 2．FFT 基本原理 FFT 改进了DFT 的算法，减少了运算量，主要是利用了旋转因子W 的两个性质： （a ）W 的周期性：W = W （b) W 的对称性：W =-W FFT 把N 点DFT 运算分解为两组N/2点的DFT 运算，然后求和： )()()(21k X W k X k X k N += 1,,1,0 ),()()2 (2 21-=-=+ N k N k k X W k X N k X 其中， ∑∑∑∑-=-=-=-=+== = = 1 1 2 21 1 112 2 2 2 2 2 2 2 )12()()()2()()(N N N N N N N N r rk r rk r rk r rk W r x W r x k X W r x W r x k X 在计算X 1(k)与X 2(k)时，仍利用上述公式，把它们看成是新的X(k)。如此递归下去，便是FFT 算法。 3．蝶形运算 从基2时域抽选FFT 运算流图可知： ① 蝶形两节点的距离为2m-1，其中，m 表示第m 列，且m =1,… ,L 。 例如N=8=23， 第一级(列)距离为21-1=1， 第二级(列)距离为22-1=2， 第三级(列)距离为23-1=4。 ② 考虑蝶形运算两节点的距离为2m-1，蝶形运算可表为： X m (k)=X m-1(k)+X m-1(k+2m-1) W N r X m (k+2m-1)= X m-1(k)-X m-1(k+2m-1) W N r 由于N 为已知，所以将r 的值确定即可确定W N r 。为此，令k=(n 2n 1n 0)2 ,再将k 左移(L-m)位，右边位置补零，就可得到(r)2 的值，即(r)2 =(k)22L-m 。 例如 N=8=23
典型输入信号 控制系统的动态性能可以通过其在输入信号作用下的响应过程来评价，其响应过程不 仅与其本身的特性有关，也与外加输入信号的形式有关。通常情况下，系统所受到的 外加 输入情号中，有些是确定性的，有些是具有随机性而事先无法确定的。在分析和设计 控制 系统时，为了便于对控制系统的性能进行比较，通常选定几种具有典型意义的试验信 号作 为外加的输入信号，这些信号称为典型输入信号。所选定的典型输入信号应满足：数 学表 达式尽可能简单，尽可能反映系统在实际工作中所受到的实际输入，容易在现场或实 验室 获得，同时该信号能够使系统工作在最不利情况。常用的典型输人情号包括以下五种。 1．阶跃输入 阶跃输入定义为 这里，只为阶跃输入的幅值，只＝l时的阶跃输人称为单位阶跃输入。阶压输入的波形如图 3．1(a)所示。 工程实际中，电源电压的突然波动、负载的突然改变等都可视为阶跃输人形式的外作 用。一般将系统在阶跃输入信号作用下的响应特性作为评价系统动态性能的主要依据。 2．斜坡输入 斜坡输入也称为速度输入，其定义为 3．1(b)所示。 防空系统中，当雷达跟踪的目标以恒定速率飞行时
用之下。 3．加速度输入 加速度输入也称为抛物线输入，其定义为 式中，R为加速度输入的加速度值．只＝1时的加速度输入称为单位加速度输入。加速度输 入的波形如图3．1(c)所示。 防空系统中，当雷达跟踪的目标作机动飞行时，可avx视为该系统工作于加速度输人作用 之下。 4．单位脉冲输入
单位脉冲输入通常用8(Z)表示，其定义为 单位脉冲输入如图3．1(d)所示。 脉冲输入在现实中是不存在的，只有数学上的定义，但它却是一个重要而有效的数学 工具。在控制理论研究中．单位脉冲输人也具有重要的作用。例如，一个任意形式的外作 用可以分解为不同时刻一系列脉冲输入之和，这样，通过研究系统在脉冲输入作用下的响 应特性，便可以了解其在任意形式作用下的响应特性。 5．正强输入 正弦输入的定义为 式中，A为正弦输入的幅值，。为正弦输入的角频率。 工程实际中，许多随动系统就是在此输入作用下工作的．例如舰船的摇摆系统等。实际分析和设计AVX钽电容菜一确定控制系统时，应根据系统的实际工作状况选定一种合适的典 型输入信号。例如，当外作用大多为阶跃形式时，可选择阶跃输入作为典型输入情号；当 外作用为周期性变化时，可选择正弦输人作为典型输入信早。 本彦主要讨论系统在前四种输入情号作用下的响应。系统在正弦输入情号作用下的响 应将在第5章讨论。 3．1．2 动态过程和稳态过程