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1、7.4 信号与信息（信号与信息（6个小题，个小题，6分）分）1. 信号与信息的定义及区别（信号与信息的定义及区别（1分）分） 2. 信号的分类及判别（信号的分类及判别（1分）分）3 模拟信号描述、处理及变换（模拟信号描述、处理及变换（2分）分）4. 数字信号的处理数字信号的处理(2分）分）7.4 信号与信息信号与信息n7.4.1 信号及信号的分类信号及信号的分类n7.4.2 信息信息n7.4.3 模拟信号的描述及模拟信号的描述及增强增强n7.4.4 模拟信号模拟信号滤波滤波n7.4.5 模拟信号变换模拟信号变换7.4.6数字信号的逻辑编码与逻辑演算数字信号的逻辑编码与逻辑演算7.4.7数字信号
2、的数值编码与数值运算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信号的采样及采样定理7.4.1 信号及信号的分类信号及信号的分类7.4.1.1 信号信号n 7.4.1.2 信号的分类信号的分类7.4.1.1 信号的描述信号的描述n1信号信号信号代表着消息，消息中又含有信息，信号可信号代表着消息，消息中又含有信息，信号可以看作是信息的载体。以看作是信息的载体。信号是信息的表现形式。信号是信息的表现形式。7.4.1.2 信号的分类信号的分类n1确定性信号和不确定性信号（确定性信号和不确定性信号（随机信号）随机信号）n2模拟信号和数字限信号模拟信号和数字限信号模拟信号：由非电信号转换
3、而来的电信号。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：以二进制数字符号数字信号：以二进制数字符号“0”和和“1”为为代代 码对信息进行编码的信号码对信息进行编码的信号 n3连续时间信号和离散时间信号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。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。期信号和非周期信号。5
4、.5.采样信号与采样保持信号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。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）确定性信号和不确定性信号（随机信号）n图图1-1所示的各个信号中（所示的各个信号中（a）、（）、（b）和（和（c）为确定性信号，可以写出确定的函数表达式，为确定性信号，可以写出确定的函数表达式，而（而（d）和（和（e）为随机信号，无法写出确定为随机信号，无法写出确定的函数表达式。的函数表达式。01t)(1tf0t)(2tf20t)(3tf21 （a） （b） （c）0t)(4tf0t)(5
5、tf（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 3周期信号和非周期信号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本部分小结n（1）
6、信号是信息的载体，是信息的表现形式，是通）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信传输的客观对象，一般表现为随时间变化的某种物理量。理量。n（2）信号具有时间特性和频率特性）信号具有时间特性和频率特性n（3 3）信号的分类包括：确定性信号和随机信）信号的分类包括：确定性信号和随机信号号；模；模拟信号和数字信号；连续时间信号和离散时间信号；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。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信息信息1.
7、信息信息信息是事物状态和特征的反映和描述形式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。在频率域中，信息被装载与模拟信号的频谱结构中。3.数字信号与信息数字信号与信息（1）数字信号可以用来对）数字信号可以用来对“数数”进行编码，实现数值信息进行编码，实现数值信息的表示、运算、传送和处理；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）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；符号信息的
8、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）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。辑控制等。 tIi sinmI Im m 2 Tit O模拟信号是连续的时间信号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非周期信号也可通过数学变换变成周期性信号.总之总之,模拟信号既是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，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。周期信号的频谱是离散的，非周期
9、信号的频谱是连续的。阶跃信号（非周期信号）（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。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 当当 0时，时，| T(j )| 衰减很快衰减很快 显然，电路能使低于显然，电路能使低于 0的的信号顺利通过，衰减很小，信号顺利通过，衰减很小，而使高于而使高于 0的信号不易通过，的信号不易通过，衰减很大，称为衰减很大，称为低通滤波器。低通滤波器。 幅频特性幅频特性f021uA 0| Auf0 | T(j ) | O1.低通滤波 高通滤波器电路能使频率大于高通滤波器电路能使频率大于 0 的信号通过的信号通
10、过 ，而小，而小于于 0 的信号被阻止，称为的信号被阻止，称为高通滤波器高通滤波器。 幅频特性幅频特性f021uA 0| Auf0 | T(j ) | O3. 带通滤波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。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模拟信号变换及识别n1. 模拟信号变换为模拟信号模拟信号变换为模拟信号 (1)强电强电:如变压器的电压变换及电流变换如变压器的电压变换及电流变换 (2)弱电弱电:模拟电子技术中的放大（电压放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、加大、功率放大）及集成运算放
11、大器（比例、加法、减法、积分、微分等）的信号运算法、减法、积分、微分等）的信号运算2.模拟信号变换为数字信号模拟信号变换为数字信号 采用采用AD转换器转换器(单片集成块单片集成块)实现即输入模实现即输入模 拟信号就可以直接得到数字信号的输出拟信号就可以直接得到数字信号的输出. 3. 模拟信号识别（模拟信号识别（主要利用滤波器滤除夹杂信号）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。从夹杂着许多其他信号的信号中把所需要的信号提出来。111 , 101110 , 00000 AAA 1AAAAA 1 AAAA 011 AAAA0 AA)()(CBACBA )()(
12、CBACBACABACBA)()()()(CABACBA交换率ABBAABBA,ABBAA)(BABAA)(（3）（4）BABABABA例1：化简化简CABCBACBAABCY)()(BBCABBACCAAC A例2：化简化简CBACBAABCYABCCBACBAABCACBC 十六进制数二进制数十进制数Q3 Q2 Q1 Q00H1H2H3H4H5H6H7H8H 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 00 12345678十六进制数二进制数十进制数Q3 Q2 Q1 Q0 9H AH BH CH
13、 DH EH FH 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 19 101112131415 16 0 0 0 0 0 7.4.7数字信号的数值编码与数值运算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):2.二进制与十进制二进制与十进制(BCD码码),二进制与十六进二进制与十六进制之间的转换制之间的转换 nn位二进制数能表达的最位二进制数能表达的最大十进制数大十进制数: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数字信号的数
14、值运算n(1).二进制数的数值运算法则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. 用用 由七段发光二极管构成由七段发光二极管构
15、成例：例： 共阴极接法共阴极接法a b c d e f g 0 0 1 0 0 1 01 1 0 1 1 0 1低低电电平平时时发发光光高高电电平平时时发发光光共阳极接法共阳极接法abcgdefdgfecbagfedcba共阴极接法共阴极接法abcdefg SuC+ui+uo+ 模拟开关模拟开关模拟输入信号模拟输入信号 1. 采样保持电路：采样保持电路：采样存储采样存储电容电容采样脉冲采样脉冲电压跟随器电压跟随器采样保持电路：采样保持电路： 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 。 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。uitouGto采样定理：只要采样频率保持在被采样信号带宽的采样定理：只要采样频率保持在被采样信号带宽的2倍以上，倍以上， 就可以保证采样处理不会丢失原来的信息。就可以保证采样处理不会丢失原来的信息。 SuC+ui+uo+
