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一篇让你看懂数字信号模拟信号

GReq_mcu168 来源:嵌入式悦翔园 作者:少年阿斌 2021-09-24 10:57 次阅读

数电模电电子信息类专业的专业基础课。但是由于比较难,所以很多人学的并不是很好,今天阿斌就来带大家先简单的了解一下数电模电,后面会出一个系列关于数字信号的处理和DSP技术,大家敬请期待,点赞关注不迷路,下面正式开始!

一、信号是什么?

信号是信息传递的载体,是信息的物理表现形式。信号可以表现为多种形式,如电信号、磁信号、声信号、光信号、热信号等。

信号在数学上可表示为一个或多个自变量的函数,或表示成一个或几个独立变量的函数。

数字信号:时间上离散的信号,通过电压脉冲的变化来表示要传输的数据。计算机处理的信号是数字信号。

模拟信号:指用连续变化的物理量表示的信息,其信号的幅度,或频率,或相位随时间作连续变化,或在一段连续的时间间隔内,其代表信息的特征量可以在任意瞬间呈现为任意数值的信号。

二、信号的分类

信号可以从不同角度进行分类,下面列举几个不同的分类方式。

1、按照自变量个数分:可以分为一维信号、二维信号、多维信号。信号的自变量可以是时间、频率、空间位置、或者其他物理量。如声音信号就可以看作以微信号;图像信号可以看做二维信号;

2、按照信号取值是否确定分:周期信号:若信号满足f(t) = f(t+mT),m = 。。。-3,-2,-1,0,1,2,3.。。或者f(k) = f(k+mN),m = 。。。-3,-2,-1,0,1,2,3.。。则信号为周期信号,否则为费周期信号。

3、按照信号取值是否确定不变分:确定信号:信号在任意时刻的取值都是精确确不变的;不确定信号:信号在任意时刻的取值都是不能确定的而是随机变化的;

4、按照信号的能量有限分:能量信号、功率信号。

5、按照自变量和幅度连续或离散分:模拟信号、离散时间信号、数字信号。

三、模拟信号

在连续时间范围内有定义且幅值也连续的信号称为连续时间信号,连续时间信号也称为模拟信号。 如果用数学函数表示信号,则模拟信号是自变量和因变量都可以连续取值的信号。 如果用函数x(t)来表示一维模拟信号,其中t表示自变量,则模拟信号x(t)的可以在自变量内取到任意值,且函数x(t)也可以在值域范围内连续取值;

模拟信号存在于生活中的各个角落,如温度的变化,声音信号等。 但是大家有没有想过模拟信号为什么叫模拟信号呢?为什么不叫连续信号或者其他的名字呢?其实我也不知道[手动狗头] 开个玩笑,关于他为什么叫模拟信号目前比较能接受的一个说法就是:

把被测参量的物理变化用电信号来模拟,然后变换为标准的输出形式,发生给执行测控的电路去做进一步的处理。 将模拟信号的幅度离散,即幅度取离散的值,而时间取连续的值,由此得到的信号称为量化信号,量化信号的图像如下图所示:

四、数字信号

首先数字信号和模拟信号最大的一个区别就是数字信号不是连续的,即数字信号是离散的; 自然界中的数字信号的例子实在是太少了,因为很多的事物或者信号都是连续的,不连续的自然信号少之又少,尽管如此,数字信号在我们的生活中还是存在的,比如数字有线电视信号,手机信号,宽带信号等都是数字信号。 只有0和1的信号是不是数字信号?

数字信号是不是只有0和1?如果这个问题放在最开始,估计会有很多人回答错误,但是上面我们已经介绍过数字信号和模拟信号了,相信小伙伴们已经不会再回答错误了! 首先数字信号是只有0和1吗?答案很明显不是,如下图这个数字信号,就不只是有0和1,数字信号的关键在于他的离散性,而不是在他的取值范围上。

数字信号是指用一组特殊的状态来描述信号,典型的就是当前用最为常见的二进制数字来表示的信号,之所以采用二进制数字表示信号,其根本原因是电路只能表示两种状态,即电路的通与断。 在实际的数字信号传输中,通常是将一定范围的信息变化归类为状态0或状态1, 这种状态的设置大大提高了数字信号的抗噪声能力。不仅如此,在保密性、抗干扰、传输质量等方面,数字信号都比模拟信号要好,且更加节约信号传输通道资源。

数字信号抗干扰能力强、通信的保密性好算法复杂

模拟信号分辨率高保密性差、抗干扰能力弱

优点缺点

数字信号一般以“1.0”的方式进行传播的,比如规定0.8V~1.3V之间的电平为高电平,虽然高电平被干扰信号叠加,但是仍然在这个门限以内,一样会被识别为1,而不会被识别为0。在经过放大之后,干扰信号就会被剔除,信号会重新生成标准信号。

五、数字信号的处理

实际生产生活中的各种物理量,如摄相机摄下的图像、录音机录下的声音、车间控制室所记录的压力、流速、转速、湿度等等都是模拟信号。 数字信号是在模拟信号的基础上经过采样、量化和编码而形成的。换句话说,就是把输入的模拟信号按一定的时间间隔得到各个时刻的样本值。

再把经采样测得的各个时刻的值用二进码制来表示,编码则是把时间化生成的二进制数排列在一起形成顺序脉冲序列。 实际中遇到的信号大多为模拟信号,模拟信号可以经过加法器、乘法器和逻辑元件的数字硬件或专用微处理器进行处理。

说明: (1)模拟低通滤波器是模拟系统,通过对输人的模拟信号进行处理,输出模拟信号; (2)取样是对连续时间信号的时间离散化; (3)保持是将取出的时间离散信号维持一段时间不变; (4) A/D变换器是将离散信号的幅度变为数字信号; (5) D/A变换器是将数字信号变为时间连续的阶梯信号的系统,阶梯信号再通过低通模拟滤波器就可以得到复制平滑的模拟信号了;

六、数字信号处理的实现方法

数字信号处理总体上可以分为通过软件、通过硬件、软件硬件结合的方式实现,具体方法如下:

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图五:数字信号处理过程

1、通过软件实现 在计算机上使用通用软件实现对数字信号的处理。列入使用MATLAB软件进行数字信号处理。这种方法慢,一般用于处理算法模拟。

2、专用加速处理方式 借助软件开发工具和开发语言设计出处理软件。这种系统专用性较强,开发成本大。

3、软硬结合处理 采用数字信号处理器结合嵌入式软件进行数字信号处理。列入采用TMS320C55XX进行数字语音信号处理,这种方法使用广泛。也可以使用单片机进行处理,但是只能处理不太复杂的数字信号。

4、硬件方法 采用数字集成电路实现数字信号的处理,列入数字集成电路实现语音编解码,用FPGA实现数字调制,此方法专用性较强。

七、数字信号处理的应用

在各种高新技术发展的今天,数字信号处理在生活中得到了广泛应用。基于数值数据通讯的互联网应用非常广泛,在互联网中传输的是数字信号,信号在传输和转化过程中经过压缩、编码等数字处理,也可以以数字方式储存。 数字信号处理在数字语音、汽车多媒体、MP3/MP4/MP5、数字扫面仪、数字电视机顶盒、医院监视系统、生物指纹系统等领域都有大量应用。

数码相机、数字电视、数字计算机都是数字信号的处理系统。数码相机将外界的模拟图像变换成数字图像,根据一定的数字压缩算法处理,获得占用存储空间较小的数字文档。 数字电视则是将模拟视频转换为数字视频后进行数字压缩编码,再经过数字广播发送出去,接收方获得数字电视信号后再进行逆变换。

计算机中的文档、表格、图片、歌曲、视频等多媒体都是经过数字处理的结果。这些文档、表格等媒体是在专用的处理软件或编码方法下进行,可以存储、传输、编辑、转化等并可以通过输出设备进行输出。 另外,数字语音中的语音分析、合成、识别、增强、编码,数字图像中图像的增强、恢复、去噪、压缩,都需要用到数字信号处理。

编辑:jq

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原文标题:数字信号模拟信号还是搞不懂?看完这篇你就明白了

文章出处:【微信号:mcu168,微信公众号:硬件攻城狮】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

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