信号与信息技术

7.4信号与信息（6个小题，6分）1.信号与信息的定义及区别（1分）2.信号的分类及判别（1分）3模拟信号描述、处理及变换（2分）4.数字信号的处理(2分）7.4信号与信息7.4.1信号及信号的分类7.4.2信息7.4.3模拟信号的描述及增强7.4.4模拟信号滤波7.4.5模拟信号变换7.4.6数字信号的逻辑编码与逻辑演算7.4.7数字信号的数值编码与数值运算7.4.8信号的采样及采样定理7.4.1信号及信号的分类7.4.1.1信号7.4.1.2信号的分类7.4.1.1信号的描述1．信号信号代表着消息，消息中又含有信息，信号可以看作是信息的载体。信号是信息的表现形式。7.4.1.2信号的分类1．确定性信号和不确定性信号（随机信号）2．模拟信号和数字限信号模拟信号：由非电信号转换而来的电信号。模拟信号实际上是指连续时间信号数字信号：以二进制数字符号“0”和“1”为代码对信息进行编码的信号3．连续时间信号和离散时间信号按信号是否是时间的连续函数划分，将信号分为连续时间信号和离散时间信号。4．周期信号和非周期信号按信号是否具有重复性，可以将信号划分为周期信号和非周期信号。5.采样信号与采样保持信号采样信号是一种离散信号，采样保持信号兼有离散和连续双重性质。1．确定性信号和不确定性信号（随机信号）图1-1所示的各个信号中（a）、（b）和（c）为确定性信号，可以写出确定的函数表达式，而（d）和（e）为随机信号，无法写出确定的函数表达式。01t)(1tf0t)(2tf20t)(3tf21（a）（b）（c）0t)(4tf0t)(5tf（d）（e）图1-1几种常见信号2．连续时间信号和离散时间信号t)(tv22202220单位：伏单位：秒00.010.020.030.04图1-2模拟信号时间和数值都连续的信号称为连续时间信号（模拟信号）01t)(tf2-2-11234-2图1-3数值不连续的离散信号时间离散或数值离散或时间、数值都离散的信号称为离散信号3．周期信号和非周期信号t)(tf01234-2-1-31-1图1-4连续周期信号n)(nf012345671-31-121121......21-28-4图1-5离散周期信号本部分小结（1）信号是信息的载体，是信息的表现形式，是通信传输的客观对象，一般表现为随时间变化的某种物理量。（2）信号具有时间特性和频率特性（3）信号的分类包括：确定性信号和随机信号；模拟信号和数字信号；连续时间信号和离散时间信号；周期信号和非周期信号；采样信号和采样保持信号。模拟信号(连续时间信号)数字信号(代码信号:0,1)7.4.2信息1.信息信息是事物状态和特征的反映和描述形式.2.模拟信号与信息在时间域中，模拟信号是信息的表现形式；在频率域中，信息被装载与模拟信号的频谱结构中。3.数字信号与信息（1）数字信号可以用来对“数”进行编码，实现数值信息的表示、运算、传送和处理；（2）数字信号可以用来对文字和其它符号进行编码，实现符号信息的表达、传送和处理；（3）数字信号可以用来表示逻辑关系，实现逻辑演算、逻辑控制等。7.4.3模拟信号的描述及增强模拟信号的时间域描述如:交流电流或电压信号（周期信号）tIisinmIm2TitO模拟信号是连续的时间信号,可分为周期信号和非周期信号.非周期信号也可通过数学变换变成周期性信号.总之,模拟信号既是时间信号又是频率信号。模拟信号是由一系列谐波信号叠加而成，周期信号的频谱是离散的，非周期信号的频谱是连续的。阶跃信号（非周期信号）模拟信号的频率域描述（模拟信号是频率的函数）模拟信号增强：将微弱的信号放大到足以被识别和利用。7.4.4模拟信号滤波滤波：从模拟信号中滤去部分谐波信号。滤波器能选出有用的信号，而抑制无用的信号，使一定频率范围内的信号能顺利通过，衰减很小，而在此频率范围以外的信号不易通过，衰减很大。按频率范围的不同，滤波器可分为低通、高通、带通三种类型。当0时，|T(j)|衰减很快显然，电路能使低于0的信号顺利通过，衰减很小，而使高于0的信号不易通过，衰减很大，称为低通滤波器。幅频特性f021uA0|Auf0||T(j)|O1.低通滤波高通滤波器电路能使频率大于0的信号通过，而小于0的信号被阻止，称为高通滤波器。2.高通滤波幅频特性f021uA0|Auf0||T(j)|O3.带通滤波从模拟信号中滤除一定频率区间内的谐波信号，称为带通滤波。7.4.5模拟信号变换及识别1.模拟信号变换为模拟信号(1)强电:如变压器的电压变换及电流变换(2)弱电:模拟电子技术中的放大（电压放大、功率放大）及集成运算放大器（比例、加法、减法、积分、微分等）的信号运算2.模拟信号变换为数字信号采用AD转换器(单片集成块)实现即输入模拟信号就可以直接得到数字信号的输出.3.模拟信号识别（主要利用滤波器滤除夹杂信号）从夹杂着许多其他信号的信号中把所需要的信号提出来。7.4.6数字信号的逻辑编码与逻辑演算逻辑编码采用”0”和”1”。分别称为逻辑“0”和逻辑“1”。这里“0”和“1”并不表示数量的大小，而是表示两种相互对立的逻辑状态。逻辑编码所表示的是逻辑关系，而不是数量关系。111,101110,0001.常量与变量的关系0律00A1律AA1同一律AAA反律(还原律)AA互补律1AAAA011AAAA0AA逻辑演算法则2.逻辑代数的基本运算法则普通代数不适用！结合律)()(CBACBA)()(CBACBA分配律CABACBA)()()()(CABACBA交换率ABBAABBA,吸收律(1)A+AB=A(2)A(A+B)=AABBAA)(BABAA)(（3）（4）反演律BABABABA例1：化简3.应用逻辑代数运算法则化简（1）并项法CABCBACBAABCY)()(BBCABBACCAACA例2：化简CBACBAABCY（2）加项法ABCCBACBAABCACBC十六进制数二进制数十进制数Q3Q2Q1Q00H1H2H3H4H5H6H7H8H000000010010001101000101011001111000012345678十六进制数二进制数十进制数Q3Q2Q1Q09HAHBHCHDHEHFH1001101010111100110111101111910111213141516000007.4.7数字信号的数值编码与数值运算1.数字信号的数值编码(8421码):2.二进制与十进制(BCD码),二进制与十六进制之间的转换n位二进制数能表达的最大十进制数:12n十进制转换为二进制:采用除以2余数法2101011022二进制转换为十进制（BCD)，二进制的权3.数字信号的数值运算(1).二进制数的数值运算法则:1011,101,110,000(2)二进制加法:(3)二进制减法:可将减法运算转化为被减数代码和减数补码之间的加法运算。在二进制数运算中采用补码的形式表示负数，一个二进制数的补码等于这个数的反码加1。反码：它是一个二进制数按位取逻辑“反”后所组成的代码。如数1010的反码是0101为了区分正数和负数，把二进制的最高位即MSB位作为符号位，并以MSB=0表示正数，以MSB=1表示负数。一组4bit代码所能表示的正数（原码）和负数（补码）见表中P116gfedcba4.用数码管显示由七段发光二极管构成例：共阴极接法abcdefg00100101101101低电平时发光高电平时发光共阳极接法abcgdef+dgfecbagfedcba共阴极接法abcdefgSuC+–ui+–uo+–++–模拟开关模拟输入信号7.4.8.信号的采样及采样定理1.采样保持电路：采样存储电容采样脉冲电压跟随器2.工作原理1.采样保持电路：采样阶段：uG为高电平，S闭合(场效应管导通)，ui对存储电容C充电，uo=uC=ui。保持阶段：uG为0，S断开(场效应管截止)，输出保持该阶段开始瞬间的值不变。采样脉冲uitouGto采样定理：只要采样频率保持在被采样信号带宽的2倍以上，就可以保证采样处理不会丢失原来的信息。SuC+–ui+–uo+–++–