数字信号处理第7章数字信号处理的硬件实现

第一章 数字信号处理概述

简答题：

1． 在A/D变换之前和D/A变换之后都要让信号通过一个低通滤波器，它们分别起什么作用？

答：在A/D变化之前让信号通过一个低通滤波器，是为了限制信号的最高频率，使其满足当采样频率一定时，采样频率应大于等于信号最高频率2倍的条件。此滤波器亦称位“抗折叠”滤波器。

在D/A变换之后都要让信号通过一个低通滤波器，是为了滤除高频延拓谱，以便把抽样保持的阶梯形输出波平滑化，故友称之为“平滑”滤波器。

判断说明题：

2．模拟信号也可以与数字信号一样在计算机上进行数字信号处理，自己要增加一道采样的工序就可以了。 （ ）

答：错。需要增加采样和量化两道工序。

3．一个模拟信号处理系统总可以转换成功能相同的数字系统，然后基于数字信号处理

理论，对信号进行等效的数字处理。（ ）

答：受采样频率、有限字长效应的约束，与模拟信号处理系统完全等效的数字系统未必一定能找到。因此数字信号处理系统的分析方法是先对抽样信号及系统进行分析，再考虑幅度量化及实现过程中有限字长所造成的影响。故离散时间信号和系统理论是数字信号处理的理论基础。

第二章 离散时间信号与系统分析基础

一、连续时间信号取样与取样定理

计算题：

1．过滤限带的模拟数据时，常采用数字滤波器，如图所示，图中T表示采样周期（假设T足够小，足以防止混迭效应），把从)()(tytx到的整个系统等效为一个模拟滤波器。

（a） 如果kHzTradnh101,8)(截止于，求整个系统的截止频率。

（b） 对于kHzT201，重复（a）的计算。

采样（T）nhnxtxnyD/A理想低通Tcty

解 （a）因为当0)(8jeHrad时，在数 — 模变换中

)(1)(1)(TjXTjXTeYaaj

所以)(nh得截止频率8c对应于模拟信号的角频率c为

应用技术　

Ｉ■　Ｃｈｉｎａ　ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎ０１ｏｇｙ　Ｒｅｖｉｅｗ　

数字信号处理系统硬件实现方法研究　

康亚梅张为飞　（陕西凌云电器集团有限公司　７２１００５）　

［摘要］数字信号处理是信息科学中近几十年来发展最为迅速的学科之一。相对于模拟信号处理而言，数字信号处理有很大的优势，表现在精度高、灵活性　大，可靠性好　易于大规模集成等方面。目前，数字信号处理技术在民用，军事，科研等方面都得到了极其广泛的应用。根据多年的研究，笔者分析了数字信号处理系　统的优势，进而提出了数字信号处理系统硬件的实现方法，望能提供一些帮助。　［关键词］数字信号处理，优势；实现方法　中图分类号：ＴＢ５５９　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９—９１４Ｘ（２０１５）４４—０１５４—０１　

数字信号处理是一门涉及许多学科而又广泛运用于许多领域的新兴学科，　

它是利用计算机或专用处理设备，以数值计算的方ｊ袁对信号进行采集、变换、综　

合、估值与识别等加工处理，借以达到提取信息和便于应用的目的。数字信号处　

理一经问世，便吸引了很多学科的研究者，并把它应用于自己的研究领域。可以　说，数字信号处理是应用最快、成效最为显著的新学科之一。在数字通信、雷达、　

遥感遥测、声纳、语音合成、图象处理、测量与控制、生物医学工程、振动工程等　

众多领域都获得了极其广泛的应用，它有效地推动了众多工程技术领域的技术　

改造和发展。而且随着科学技术的发展，其研究范围和应用领域还在不断地发　

展和扩大。　

一．数字信号处理系统的优势分析　

数字信号处理之所以发展得这样快，应用得这么广，是与它的突出优点分　

不开的。归纳起来，它有以下四个方面的优点：　

１）精度高。模拟系统的精度主要取决于元器件的精度，一般模拟器件的精　

度达到ｌ０＿－３已很不容易。而数字系统的精度主要取决于字长，ｌ６位的字长可达　

ｌＯ一４以上。　

２）灵活性大。模拟信号装置一旦参数选定就不易改变，但是数字系统则不　

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石 河 子 大 学 教 案

课程名称 数字信号处理

任课班级 电信04（1-2）

任课教师 查志华

信息科学与技术学院 系 电信 教研室

二OO六——二OO七学年第 二 学期

姓 名 查志华 职 称 讲师 总学时 44+10

使用教材 《数字信号处理导论》 胡广书（清华大学出版社）

课

程

教

学

目

的 通过对本课程的学习， 使学生系统的掌握数字信号处理的概貌，熟

练掌握数字信号分析与处理系统的基本原理与方法，以及离散时间信号

与系统的理论与分析方法、离散时间信号与系统的频域方法及其特点、

数字滤波器设计与实现、数字信号处理软硬件实现平台。此外，应用

MATLAB，通过程序设计直观掌握数字信号处理的基本体系框架，提高

学生应用现代计算工具分析问题、解决问题的能力。

学

时

分

配 章 次 章 名 学 时

绪论 2

第一章 离散时间信号 4

第二章 离散时间系统 4

第三章 离散时间信号的傅立叶变换 6

第四章 快速傅立叶变换（FFT） 6

第五章 离散时间系统的相位、结构与逆系统 6

第六章 无限冲激响应字滤波器设计 6

第七章 有冲激响应字滤波器设计 6

第八章 数字信号处理的硬件实现 2

总复习 2

年 月 日

教 学

目 的 1、了解信号的基础知识

2、了解数字信号处理的相关知识

教

学

内

容 绪 论

0.1 关于信号

0.2 关于数字信号

0.3 关于数字信号处理

教学重点、难点及教学方法 教学重点：1、数字信号处理模拟信号的过程

2、数字信号处理的主要任务、应用及实现

教学难点：1、数字信号处理模拟信号的过程

教学方法：1、框图演示

2、结合实际生活情况讲解，激发兴趣

作业、思考题（讨论题）、阅读材料 课堂练习：

作业题：

题

后

记

注：课后记包括学生课堂纪律、教学内容完成情况及教学体会等。 第 页

教 案

（第23次课 2学时）

一、授课题目

第六章 无限脉冲响应数字滤波器的设计

§6.4 用双线性变换法设计IIR数字低通滤波器

§6.5 数字高通滤波器的设计

二、教学目的和要求

掌握用双线性变换法设计IIR数字低通滤波器；

掌握利用低通滤波器设计数字高通滤波器的方法。

三、教学重点和难点

用双线性变换法设计IIR数字低通滤波器；

利用低通滤波器设计数字高通滤波器。

四、教学过程（包含教学内容、教学方法、辅助手段、板书、学时分配等）

复习：

本章主要介绍无限脉冲响应数字滤波器的设计。无限脉冲响应数字滤波器的特点是单位脉冲响应是无限长的，这主要是由于它的系统函数中含有反馈，即差分方程中含y(n-i)项。对于无限脉冲响应数字滤波器我们主要是利用技术已经非常成熟的模拟滤波器的设计进行的，由于我们这本书主要是讨论具有单调下降的幅频特性的滤波器的设计，所以我们介绍了具有单调下降特性的巴特沃斯模拟滤波器的设计。掌握了它之后，利用模拟滤波器进行设计，只要找出频率以及系统函数之间的关系，就可以设计出需要的数字滤波器。由于它是借助模拟滤波器进行的，所以他保留了一些典型模拟滤波器优良的幅度特性，但涉及种植考虑复读特性，没考虑相位特性，所设计的滤波器一般是某种确定的非线性相位特性。

我们一般用到的是脉冲响应不变法和双线性变换法来设计无限脉冲响应数字滤波器。上节课中我们介绍了双线性变换法设计数字滤波器。

设计时我们只需要先利用频率之间的关系将我们要设计的数字滤波器的技术指标转换为对应的模拟滤波器的技术指标，之后利用我们之前讲的模拟滤波器的设计，求出模拟滤波器的系统函数，然后利用系统函数之间的关系得到数字滤波器的系统函数。

脉冲响应不变法进行设计时，模拟滤波器的系统函数Ha（s）与数字滤波器的系统函数H(z)之间的关系是

若NiiissAsH1a)(，则对应的数字滤波器的系统函数为

NiTsizAzHi11e1)(，即Ha(s)的极点si映射到z平面的极点为Tsie，系数Ai不变。