第5章 数字信号的输入与输出
数字信号处理-原理实现及应用(高西全-第3版)第5章 信号的相关函数及应用
rxy (m) ryx (m)
性质2 rxy (m) rx (0)ry (0) ExEy
性质3
lim
m
rxy (m)
0
因为一般能量信号都是有限非零时宽的，所以，当 m 时，二者的非零区不重叠， 所以，该性质成立。
信息与通信工程系—数字信号处理
2.自相关函数性质
性质1
若 x(n) 是实信号，则 rx (m)是实偶函数，即
[h(m) h(m)][x(m) x(m)]
rh (m) rx (m)
ry (0) rh (m) rx (m) m0
= rh (n)rx (n m) = rh (n)rx (n)
n
m0 n
系统稳定，则h(n)为能量信号
rh (m) 存在；
如果 rx (m) 存在，则 ry (m) 存在。
观测信号 y(n) x(n) w(n)；y(n) 的自相关函 ry (m)
(a) 2
w(n)
0
-2 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 n
(b) 2
y(n)
0
-2
10
20
30
40
50 n
60
70
80
90 100
噪声自相关
(c)
函数导致
1
ry(m)
0
-1
-50 -40 -30 -20 -10
h(m) [x(m) x(m)]
h(m) rx (m)
所以，ryx (m)可以看成线性时不变系统对输入序列的响应输出。
rx (m)
LTI系统 h(n)
ryx (m)
信息与通信工程系—数字信号处理
系统输出信号的自相关函数:
第5章习题解答
第五章可编程序控制器及其工作原理5-1 可编程序控制器具有哪些特点？答：可编程序控制器特点：1）抗干扰能力强，可靠性高；2）控制系统结构简单、通用性强、应用灵活；3）编程方便，易于使用；4）功能完善，扩展能力强；5）PLC控制系统设计、安装、调试方便；6) 维修方便，维修工作量小；7) 体积小、重量轻，易于实现机电一体化。
5-2 整体式PLC、组合式PLC由哪几部分组成？各有何特点？答：整体式结构的PLC是将中央处理单元（CPU）、存储器、输入单元、输出单元、电源、通信端口、I∕O扩展端口等组装在一个箱体内构成主机。
另外还有独立的I/O扩展单元等通过扩展电缆与主机上的扩展端口相连，以构成PLC不同配置与主机配合使用。
整体式结构的PLC结构紧凑、体积小、成本低、安装方便。
小型机常采用这种结构。
组合式结构的PLC是将CPU、输入单元、输出单元、电源单元、智能I∕O单元、通信单元等分别做成相应的电路板或模块，各模块可以插在带有总线的底板上。
装有CPU的模块称为CPU模块，其他称为扩展模块。
组合式的特点是配置灵活，输入接点、输出接点的数量可以自由选择，各种功能模块可以依需要灵活配置。
5-3 PLC控制与继电器控制比较，有何相同之处？有何不同之处？答：PLC控制与继电器控制的比较见下表：5-4 PLC的硬件指的是哪些部件？它们的作用是什么？答：PLC的基本结构由中央处理器（CPU），存储器，输入、输出接口，电源，扩展接口，通信接口，编程工具，智能I/O接口，智能单元等组成。
1）中央处理器（CPU）中央处理器（CPU）其主要作用有①接收并存储从编程器输入的用户程序和数据。
②诊断PLC内部电路的工作故障和编程中的语法错误。
③用扫描的方式通过I∕O部件接收现场的状态或数据，并存入输入映像存储器或数据存储器中。
④PLC进入运行状态后，从存储器逐条读取用户指令，解释并按指令规定的任务进行数据传送、逻辑或算术运算等；根据运算结果，更新有关标志位的状态和输出映像存储器的内容，再经输出部件实现输出控制、制表打印或数据通信等功能。
数字信号处理 第五章
+ a2 z-1
数字信号处理—第五章
6
举例：二阶数字滤波器
y ( n ) a 1 y ( n 1) a 2 y ( n 2 ) b 0 x ( n )
x(n) b0 +
-1 a1 z
y(n)
+ a2 z-1
数字信号处理—第五章
7
举例：二阶数字滤波器
y ( n ) a 1 y ( n 1) a 2 y ( n 2 ) b 0 x ( n )
z z
2 2
H (z)
1 1k z 1 1k z
1 1
x(n)
H 1(z)
y (n )
H 2(z)
H k (z)
数字信号处理—第五章
22
数字信号处理—第五章
23
IIR数字滤波器的级联型结构优点
1) 每个二阶或一阶子系统单独控制零、极点。 2）级联顺序可交换，零、极点对搭配任意，因此级联 结构不唯一。有限字长对各结构的影响是不一样的， 可通过计算机仿真确定子系统的组合及排序。 3）级联各节之间要有电平的放大和缩小，以使变量值 不会太大或太小。太大可能导致运算溢出；太小可 能导致信噪比太小。 4）级联系统也属于最少延时单元实现，需要最少的存 储器，但乘法次数明显比直接型要多。 4）级联结构中后面的网络输出不会再流到前面，运算 误差积累比直接型小。
数字信号处理—第五章
4
基本单元(数字滤波器结构）有两种表 示方法
数字信号处理—第五章
5
举例：二阶数字滤波器
y ( n ) a 1 y ( n 1) a 2 y ( n 2 ) b 0 x ( n )
x(n) b0 +
通信原理第5章
(2)
三、实际抽样 ------自然抽样
自然抽样的特点
平顶抽样：
5.2 脉冲编码调制（PCM）
脉冲编码调制(PCM)简称脉码调制，它是一种用一组二进 制数字代码来代替连续信号的抽样值，从而实现通信的方式。 由于这种通信方式抗干扰能力强，它在光纤通信、数字微波通 信、卫星通信中均获得了极为广泛的应用。 PCM是一种最典型的语音信号数字化的波形编码方式。首 先，在发送端进行波形编码(主要包括抽样、量化和编码三个过 程)，把模拟信号变换为二进制码组。编码后的PCM码组的数 字传输方式可以是直接的基带传输，也可以是对微波、光波等 载波调制后的调制传输。在接收端，二进制码组经译码后还原 为量化后的样值脉冲序列，然后经低通滤波器滤除高频分量， 便可得到重建信号 x(t ) 。
1 Ts= 是最大允许抽样间隔，它被称为奈奎斯特间隔，相对 2 fH 应的最低抽样速率fs=2fH称为奈奎斯特速率。
混叠现象
信号的重建
该式是重建信号的时域表达式， 称为内插公式。 它说 明以奈奎斯特速率抽样的带限信号x(t)可以由其样值利用内
插公式重建。这等效为将抽样后信号通过一个冲激响应为
际标准中取μ=255。另外，需要指出的是μ律压缩特性曲线 是以原点奇对称的， 图中只画出了正向部分。
2、A律压扩特性
Ax 1 ln A ,0 x 1 / A z 1 ln( Ax) ,1 / A x 1 1 ln A
• • •
x——压缩器归一化输入电压 z——压缩器归一化输出电压 μ ——压缩器参数
量化的物理过程
q7
x q x q x (t)
q
信号的实际值
6
量化误差
6
信号的量化值
第五章数字电路基本知识
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电工电子技术 （3）二进制与十六进制之间的相互转换：
①二进制数转换为十六进制数：将二进制数由小数点开始， 整数部分向左，小数部分向右，每4位分成一组，不够4位补 零，则每组二进制数便是一位八进制数。
（0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 0 . 0 1 1 0）2 ＝ (1E4.6)16
这也正是数字电路得到广泛应用的原因 。
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电工电子技术
数字电路的分类：
数字电路的种类很多，常用的一般按下列几种方法来分 类： ① 按电路组成结构来分：可分为分立组件电路和集成电路。 ② 按集成电路的集成度来分：可分为小规模集成电路 (SSI)、中规模集成电路(MSI)、大规模集成电路(LSI)和超 大规模集成电路(VLSI)。 ③ 按构成电路的器件来分类：可分为双极型电路和单极型 电路。 ④ 按电路中元器件有无记忆功能（逻辑功能）：可分为组 合逻辑电路和时序逻辑电路。
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电工电子技术
在两个稳定状态之间作阶跃式变化的信号称为数字信号 ，数字信号在时间上和数值上都是离散的。例如生产线中 的产品，只能在一些离散的瞬间完成，而且产品的个数也 只能逐个增减，它们的转换信号就是数字信号。
u
逻辑1
逻辑1
逻辑1
Vm
逻辑0
逻辑0
逻辑0
t
0
tw
T
占空比：q（%）= tw/T*100%
(364.5)10=( 101101100.1 )2=(16C.8 )16 =( 554.4 )8 (74)10=( 1001010 )2=( 4A )16 =( 112 )8
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电工电子技术 (5)二进制代码
《数字通信原理(第三版)》教材课后习题答案
《数字通信原理》习题解答第1章 概述1-1 模拟信号和数字信号的特点分别是什么?答：模拟信号的特点是幅度连续；数字信号的特点幅度离散。
1-2 数字通信系统的构成模型中信源编码和信源解码的作用是什么?画出话音信号的基带传输系统模型。
答：信源编码的作用把模拟信号变换成数字信号，即完成模/数变换的任务。
信源解码的作用把数字信号还原为模拟信号，即完成数/模变换的任务。
话音信号的基带传输系统模型为1-3 数字通信的特点有哪些? 答：数字通信的特点是：（1）抗干扰性强，无噪声积累； （2）便于加密处理；（3）采用时分复用实现多路通信； （4）设备便于集成化、微型化； （5）占用信道频带较宽。
1-4 为什么说数字通信的抗干扰性强，无噪声积累?答：对于数字通信，由于数字信号的幅值为有限的离散值(通常取二个幅值)，在传输过程中受到噪声干扰，当信噪比还没有恶化到一定程度时，即在适当的距离，采用再生的方法，再生成已消除噪声干扰的原发送信号，所以说数字通信的抗干扰性强，无噪声积累。
1-5 设数字信号码元时间长度为1s μ，如采用四电平传输，求信息传输速率及符号速率。
答：符号速率为 Bd N 66101011===-码元时间信息传输速率为s Mbit s bit M N R /2/1024log 10log 6262=⨯=⋅==1-6 接上例，若传输过程中2秒误1个比特，求误码率。
答：76105.210221)()(-⨯=⨯⨯==N n P e 传输总码元发生误码个数1-7 假设数字通信系统的频带宽度为kHz 1024，可传输s kbit /2048的比特率，试问其频带利用率为多少Hz s bit //? 答：频带利用率为Hz s bit Hz s bit //2101024102048)//33=⨯⨯==（频带宽度信息传输速率η1-8数字通信技术的发展趋势是什么？答：数字通信技术目前正向着以下几个方向发展：小型化、智能化，数字处理技术的开发应用，用户数字化和高速大容量等。
第五章数字信号的基带传输
第五章 数字信号的基带传输基带传输系统频带传输系统（调制传输系统）数字基带信号：没有经过调制的原始数字信号。
（如各种二进制码PCM 码，M ∆码等）数字调制信号：数字基带信号对载波进行调制形成的带通信号。
5.1、基带信号的码型一、数字基带信号的码型设计原则：1． 对传输频带低端受限的信道，线路传输的码型的频谱中应该不含有直流分量；2．信号的抗噪声能力强；3．便于从信号中提取位定时信息；4．尽量减少基带信号频谱中的高频分量，节省传输频带、减小串扰； 5．编译码设备应尽量简单。
二、数字基带信号的常用码型。
1、单极性不归零码NRZ （Non Return Zero ）脉冲宽度τ等于码元宽度T特点：（1）有直流，零频附近的低频分量一般信道难传输。
（2）收端判决门限与信号功率有关，不方便。
（3）要求传输线一端接地。
（4）不能用滤波法直接提取位定时信号。
2、双极性非归零码（BNRZ ）T =τ，有正负电平特点：不能用滤波直接提取位定时信号。
⎩⎨⎧数字通信系统3、单极性归零码（RZ）τ<T特点：（1）可用滤波法提取位同步信号（2）NRZ的缺点都存在4、双极性归零码（BRZ）特点：（1）整流后可用滤波提取位同步信号（2）NRZ的缺点都不存在5、差分码电平跳变表1，电平不变表0 称传号差分码电平跳变表0，电平不变表1 称空号差分码特点：反映相邻代码的码元变化。
6、传号交替反转码（AMI）τ）归零码表0用零电平表示，1交替地用+1和-1半占空（T5.0=示。
优点：（1）“0”、“1”不等概时也无直流（2）零频附近低频分量小（3）整流后即为RZ码。
缺点：连0码多时，AMI整流后的RZ码连零也多，不利于提取高质量的位同步信号（位同频道抖动大）应用：μ律一、二、三次群接口码型：AMI加随机化。
7、三阶高密度双极性码()3HDBHDB3码编码步骤如下。
①取代变换：将信码中4个连0码用取代节000V或B00V代替，当两个相邻的V码中间有奇数个1码时用000V代替4个连0码，有偶数个1码时用B00V代替4个连0码。
第5章 数字信号的基带传输系统
HDB3码： －1000 －V ＋1000 ＋V －1 ＋1 －B00 －V ＋1 —1
虽然HDB3码的编码规则比较复杂，但译码比较简单。从上述 原理看出，每一个破坏符号V总是与前一非“0”符号同极性（包括
B符号在内），故从收到的符号序列中可以容易地找到破坏点V，
从而断定V符号及其前面的3个符号必是连“0”符号，然后恢复4个
一、单极性不归0二进制脉冲序列的功率谱密度数字 基带信号单个波形的频谱：
（设“1”、“0”码等概率出现，码元宽度）。
19
天津电子信息职业技术学院
20
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二、单极性归零二进制码序列的功率谱密度：
g1(t)
g2 (t )
A
Ts 2 Ts
2Ts 3Ts t
(a) 单极性归0二进制序列
6
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占空比指的是脉冲宽度τ与码元宽度Tb之比τ/Tb。单极性RZ码 的占空比为50％。
4．双极性归零（RZ）码 双极性归零码的构成原理与单极性归零码相同，如图5-1d）。 每一个码元被分成两个相等的间隔，“1”码是在前一个间隔为正 电平而后一个间隔回到零电平，而“0”码则是在前一个间隔内为 负电平而后一个间隔回到零电平。
1
1…
AMI码： ＋100 —1 ＋1000 －1 ＋1 －1 …
天津大学现代通信原理课后习题答案(5-9章)
解；
（1）∵“0”和“1”分别由g（t）和-g（t）组成 而其对应的频谱分别为G（f）和-G（f）故其双边功率谱为
其功率为
（2）因为矩形脉冲的频谱为
∵τ=TS故ωTs/2=Kπ时为零点
即f=Kfs时均为零点，故该序列不存在离散分量fs。
（3）∵τ=TS/2 故 ωTs/4=Kπ时为零点
即f=2Kfs时为零点，而fS的奇数倍时存在离散分量Fs。
(2) 若保持误码率Pe不变，改用非相干解调需要接收信号幅度A是多少?
解:
B=2RB=2×104HZ
Pe=2.055×10-5
(1)在相干解调时 ASK
(2)在非相干解调时
6-7 传码率为200波特的八进制ASK系统的带宽和信息速率。如果采用二进制ASK系统，其带宽和信息速率又为多少？
解:
(1) N=8时 B=2RB=2×200=400HZ
第六章 数字信号的频带传输
6-1 设数字信息码流为10110111001，画出以下情况的2ASK、2FSK和2PSK的 波形。
(1) 码元宽度与载波周期相同。
(2) 码元宽度是载波周期的两倍。
解:
（1）
（2）
6-2 已知数字信号{an}=1011010，分别以下列两种情况画出2PSK，2DPSK及相对码{bn}的波形(假定起始参考码元为1)。
(2)求匹配传递函数与冲激响应及t0；
(3)该信道噪声谱为n0=10-10W/Hz，信号幅度A=1V，持续时间T=1s，求输出最大信噪比；
(4)求输出信号表达式并画出其波形。
（1）解：
（2）解：
（3）
（4）
6-14若某二进制先验等概率FSK信号的最佳接收机，其输入信号能量与噪声功率密度之比为14分贝，试算其误码率。
数字逻辑(欧阳星明)第五章
4．描述电路的逻辑功能。 由状态图可知，该电路是一个2 位二进制数可逆计数器。 当输入x=0 时，可逆计数器进行加1计数，其计数序列为 00 01 10 11
当输入x=1时，可逆计数器进行减1计数，其计数序列为 00 01 10 11 在时序逻辑电路分析中，除了状态图和状态表之外，通常 还用到时间图。时间图能较形象、生动地体现时序电路的工作 过程，并可和实验观察的波形相比较，是描述时序电路工作特 性的一种常用方式。
7
第五章 同步时序逻辑电路
（2）现态与次态 同步时序电路中的现态与次态是针对某个时钟脉冲而言的。 现态----指时钟脉冲作用之前电路所处的状态。 次态----指时钟脉冲作用之后电路到达的状态。 注意：前一个脉冲的次态即后一个脉冲的现态！如 1 2 cp 次态=现态 次态=现态 （3）对时钟的要求 脉冲的宽度：必须保证触发器可靠翻转； 脉冲的频率：必须保证前一个脉冲引起的电路响应完全结 束后，后一个脉冲才能到来。 2. 异步时序逻辑电路 异步时序逻辑电路的存储电路可由触发器或延时元件组成， 电路中没有统一的时钟信号同步，电路输入信号的变化将直接导 致电路状态的变化。 8 3
19
第五章 同步时序逻辑电路
5.2.2分析举例 例1 用表格法分析下图所示同步时序逻辑电路。 解：该电路由两个J-K触 发器和一个异或门组成，电 路的输入为x，电路的状态 (即触发器状态)用y2 、y1 表示。 电路的输出即状态变量，因 此 ， 该 电 路 属 于 Moore 型 电 路的特例。
1.写出输出函数和激励函数表达式 该电路的输出即为状态，各触发器的激励函数表达式为 J1=K1=1 ；J2=K2=x⊕y1
24
第五章 同步时序逻辑电路
根据状态响应序列，可 作出时间图如下图所示。由 于前一个时钟脉冲的次态即 为后一个时钟脉冲的现态， 所以，时间图中可以将现态 和次态共用一个波形表示。
第五章 数字电路基础试题及答案
第五章 数字电路基础一、填空题：1.（7-4易）______AB AB +=。
2.（7-4易）_____A AB +=。
3.（7-4中）______A AB +=。
4.（7-4难）___________AB AC BC ++=。
5.（7-2易）逻辑代数有 、 和逻辑非三种基本运算。
6.（7-4易）1____A ⊕=。
7.（7-4易）A ⊙1=__________。
8.（7-2易）如果输入与输出的关系是"有0出1，全1出0"，这是 逻辑运算。
"全0出0，有1出1"，这是 逻辑运算。
9.（7-2中）异或门的逻辑功能是 、 。
10.（7-1易） 晶体二极管具有____________特性，利用这一特性可作开关电路。
11.（7-1易）晶体二极管从导通到截止需要一段时间，称之为_______________。
12.（7-1易） 晶体三极管通过对其基极电位控制，可使其处于________状态或_______状态。
13.（7-1易） 晶体三极管的U BE _____ U th (填>,<,或=)时，其处于截止状态。
（U th 为三极管发射结导通电压）。
14.（7-1中） 在实验和实际中，可在三极管的基极电阻上并联一个______________来加速管子开启和关闭速度。
15.（7-3易） n 个变量有________个最小项。
16.（7-2易） 三态输出与非门的输出端有三种状态：______，______，______。
17.（7-3中） （127）10＝( )2=( )8=( )1618.（7-3中） （254.25）10＝（ ）2＝（ ）8＝ （ ）1619.（7-3难）（2.718）10＝（ ）2（小数点后保留4位）＝ （ ）8＝（ ）1620.（7-4难）AB A C BC ++=_______________。
21.（7-1易）逻辑变量的取值有种，即。
数字通信原理 第5章
30
（5）使用者通路F1
保留给使用者（网络提供者）专用，主要 为特定维护而提供临时的数据/语声通路连接。 （6）比特间插奇偶校验8位码（BIP-8)B1 用作再生段误码性能监测。 （7）比特间插奇偶校验24位码(BIP-N×24)字 节B2B2B2
31
(8)自动保护倒换通路(APS)字节K1和 K2(b1~b5) 两个字节用作自动保护倒换（APS)信令。 (9)复用段远端失效指示（MS-RDI）字节K2 （b6~b8）。 MS-RDI用于向发信端回送一个指示信号， 表示收信端检测到来话故障或正接收复用段告 警指示信号（ MS-AIS）。 （10）同步状态字节S1(b5~b8)
（2）虚容器(VC) 用来支持SDH的通道层连接的信息结构，它由容 器输出的信息净负荷加上通道开销(POH)组成，即：
VC-n=C-n+VC-n POH
VC的包逢速率是与 SDH网络同步的，因此不同的 VC是互同步的。
37
而VC内部却允许装载来自不同容器的异步净负荷。
分为高阶虚容器和低阶虚容器。 （3）支路单元和支路单元组 支路单元是提供低阶通道层和高阶通道层之间适 配的信息结构。
TU-n=VC-n+TU-n PTR
（4）管理单元和管理单元组
管理单元提供高阶通道层和复用段层之间适配的 信息结构。
AU-n=VC-n+AU-n PTR
38
（3）复用过程
映射是一种在SDH边界处使各支路信号适配进虚容器 的过程。
定位是一种将帧偏移信息收进支路单元或管理单元的过 程。 复用是以字节交错间插方式把TU组织进高阶VC或把AU 组织进STM-N的过程。
④自动保护倒换字节K4（b1~b4)：功能与 高阶通道G1(b5~b7)类似。 ⑤增强型远端缺陷指示K4(b5~b7)： ⑥备用比特K4(b8)：安排将来使用。
第五章 信号处理初步
四、截断、泄漏和窗函数
截断：将无限长的信号乘以有限宽的窗函数。 “窗”的含义是通过窗口只能看到原始信号的一 部分，原始信号在时窗以外的部分均视为零。 实例说明：
如下图所示，x(t)为一余弦信号，其频谱是X(f)，它是 位于±f0处的δ函数。矩形窗函数w(t)的频谱是W(f) ，它 是一个sinc(f)函数。当用一个w(t)去截断x(t)时，得到截 断后的信号为x(t)*w(t)，根据傅立叶变换关系，其频谱为 X(f)*W(f)。
频域采样
DFT在频域的一个周期fs=1/Ts中输出N个数据点，故输出 的频率序列的频率间隔 Δ f=fs/N=1/(TSN)=1/T。计算机 的实际输出是X(f)p，
时域周期延拓：
频域采样过程在时域相当于将信号与一周期脉冲信号 d(t)做卷积，其结果是将时域信号平移至各脉冲坐标位置 重新构图，从而相对于在时域中将窗内的信号波形在窗外 进行周期延拓。 频域采样后对应的时域信号为： x(t)p=[s(t) x(t)ω(t)]*d(t)
式中 FSR: 满量程电压值； n: A/D转换器的位数。 例如: 12 位的 A/D 转换器，电压范围是0~10V，则 q=10/212=0.00244V.
量化误差：量化电平与信号实际电平之间的差值称 为量化误差 (n ) 。
q (n )的最大值为 。 2
量化误差是绝对误差，所以信号越接近满量程 电压值FSR，相对误差越小。在进行数字信号处 理时，应使模拟信号幅值的大小与满量程匹配。 若信号很小时，应使用程控放大器。 提高量化精度的途径:增大A/D的字长位数n
第五章 信号处理初步
• 信号处理:对测试所得信号经过必要的加工变换
以获得所需信息的过程
• 信号分析 : 研究信号的类别.构成和特征值 • 信号处理的目的:
第五章 数字信号的频带传输
4、数字信号的载波调制的分类
（1）幅度键控（ASK） （Amplitude-Shift Keying） 用正弦波的幅度来传递信号。 （2）频移键控（FSK） （ Frequency-Shift Keying ）
用正弦波的频率来传递信号。 （3）相移键控（PSK） （ Phase-Shift Keying ） 用正弦波的相位来传递信号。 也可分为： (1)线性调制（如ASK） (2)非线性调制（如FSK，PSK）
1
0
1
1
0
y(t )
1
0
1
1
0
cos （ ct ）
cos ct
载波
z(t ) x(t )
cp
输出
正常工作波形图
反向工作波形图
29
结论：在2PSK中存在“倒π”现象或“反相工作”现 象 ，所谓“倒π”现象是指当本地载波相位不确定 性造成解调后的数字信号可能极性完全相反，形成 “1”和“0”的倒置的现象。
开关电路 K
s2 FSK (t )
载波
~f2
s(t)
17
三、解调方法
2FSK信号常用的解调方法有包络检波 法和相干检测法、过零点检测法等。 1、包络检波法
输入 带通滤 波器(f1) 包络 检波器 抽样 判决器 带通滤 波器(f2) 包络 检波器 输出
18
1
0
0
1
1
0
s2 FSK (t )
f1
带通滤波器f1
低通 滤波器
抽样 判决器
数据输出
非相干（差分）解调器框图
37
a
b
c
d
e
0
1
1
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第五章中断系统1
第五章 中断系统5. 1 输入/输出数据的传输控制方式一、输入/输出的一般概念1．引言输入/输出是微机系统与外部设备进行信息交换的过程。
输入/输出设备称为外部设备，与存储器相比，外部设备有其本身的特点，存储器较为标准，而外部设备则比较复杂，性能的离散性比较大，不同的外部设备，其结构方式不同，有机械式、电动式、电子式等；输入/输出的信号类型也不相同，有数字信号，也有模拟信号；有电信号，也有非电信号；输入/输出信息的速率也相差很大。
因此，CPU与外部设备之间的信息交换技术比较复杂。
CPU与外设之间的信息交换，是通过它们之间接口电路中的I/O端口来进行的，由于同一个外部设备与CPU之间所要传送的信息类型不同，方向不同，作用也不一样（例如数据信息、状态信息、控制信息、输入/输出等），所以接口电路中可以设置多个端口来分别处理这些不同的信息。
2．输入/输出端口的寻址方式微机系统采用总线结构形式，即通过一组总线来连接组成系统的各个功能部件（包括CPU、内存、I/O端口），CPU、内存、I/O端口之间的信息交换都是通过总线来进行的，如何区分不同的内存单元和I/O 端口，是输入/输出寻址方式所要讨论解决的问题。
根据微机系统的不同，输入/输出的寻址方式通常有两种形式：(1)．存储器对应的输入、输出寻址方式这种方式又称为存储器统一编址寻址方式或存储器映象寻址方式。
方法：把外设的一个端口与存储器的一个单元作同等对待，每一个I/O 端口都有一个确定的端口地址，CPU与I/O端口之间的信息交换，与存储单元的读写过程一样，内存单元与I/O端口的不同，只在于它们具有不同的的地址。
优点：①CPU对I/O端口的读/写操作可以使用全部存储器的读/写操作指令，也可以用对存储器的不同寻址方式来对I/O端口中的信息，直接进行算术、逻辑运算及循环、移位等操作。
②内存与外设地址的分配，可以用统一的分布图。
③不需要专门的输入、输出操作指令。
缺点：1 内存与I/O端口统一编址时，在地址总线根数一定的情况下，使系统中实际可以直2 接寻址的内存单元数减少。
第5章 输入与输出
尽管Java允许用System.out向控制台写数据，但建议 仅用在调试程序时或在例题中，对于实际的程序，Java 推荐的向控制台写数据的方法是用 PrintWriter 流 PrintWriter 是基于字符的类。用基于字符类向控制台 写数据使程序更为国际化。PrintWriter 定义了多个构 造函数，我们所用到的一个如下： PrintWriter(OutputStream outputStream, boolean flushOnNewline) 这里，outputStream 是 OutputStream 类的对象， flushOnNewline 控制 Java 是否在 println()方法被调 用时刷新输出流。如果 flushOnNewline 为 true，刷 新自动发生，若为 false，则不发生
字符流为字符的输入和输出处理提供了方便。它们 采用了统一的编码标准，在某些场合，字符流比字 节流更有效 字符流类由两个类层次结构定义。顶层有两个抽象 类：Reader 和 Writer。这些抽象类处理统一编码 的字符流。Java 中这些类含有多个具体的子类 抽象类 Reader 和 Writer 定义了几个实现其他流 类的关键方法。其中两个最重要的是 read()和 write()，它们分别进行字符数据的读和写。这些方 法被派生流类重载
File file1 = new File("/"); File file2 = new File("/","a.bat"); File file3 = new File(f1ile1,"a.bat"); 创建了三个文件：file1，file2，和 file3。第一个 File 对象是由仅有一个目录路径参数的构造方法生 成的。第二个对象有两个参数——路径和文件名。 第三个 File 对象的参数包括指向 file1文件的路径 及文件名。File2和 file3指向相同的文件
数字信号处理第5章
第5章 数字滤波器的基本结构5.1 学习要求1 掌握IIR 数字滤波器的基本网络结构，包括直接型、级联型和并联型；2 掌握FIR 数字滤波器的基本网络结构，包括直接型、级联型和频率抽样型；3 了解数字信号处理中的量化效应和数字信号处理的实现。
5.2 学习要点5.2.1 数字滤波器的结构特点与表示方法一个数字滤波器可以用系数函数表示为：01()()()1Mkk k N kk k b zY z H z X z a z -=-===-∑∑ (5-1) 直接由此式可得出表示输入输出关系的常系数线性差分方程为：1()()()N Mk k k k y n a y n k b x n k ===-+-∑∑ (5-2)由式(5-2)看出，实现一个数字滤波器需要几种基本的运算单元—加法器、单位延时和常数乘法器。
这些基本的单元可以有两种表示法：方框图法和信号流图法，如图5-1所示。
用方框图表示较明显直观，用流图表示则更加简单方便。
z ⊕aa单位延时乘常数相加方框图表示法信号流图表示法图5-1 基本运算过程的表示5.2.2 无限长单位脉冲响应(IIR)滤波器的基本结构无限长单位脉冲响应(IIR)滤波器有以下几个特点：(1) 系统的单位脉冲响应()h n 是无限长的；(2) 系统函数()H z 在有限z 平面(0z <<∞)上有极点存在； (3) 结构上存在着输出到输入的反馈，也就是结构上是递归型。
同一种系统函数()H z 的基本网络结构有直接I 型、直接Ⅱ型、级联型和并联型四种。
1直接I 型直接型按式(5-2)差分方程式将输入采样值（序列）)(n x 延迟并乘以系数k b ，将输出采样（序列）)(n y 延迟并乘以系数k a ，再把它们加起来，这种结构称为直接I 型，结构流图如图5-2所示。
由图可看出，总的网络)(z H 由Mkk k b z-=∑和11Nkk k a z-=-∑两部分网络级联组成，第一个网络实现零点，第二个网络实现极点，从图中又可看出，直接I 型结构需要N M +级延时单元。
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第五章数字信号的输入与输出
智能仪器的信息输入、输出，可以分为数字量与模拟量。
数字量的输入输出相对较简单，对于模拟量的输入，一般信号都比较微弱，需要放大，A/D转换等。
一、常见的数字信号
数字量输入信号：开关、按钮，数字式传感器，方波信号，正弦波信号等。
数字量输出：LED显示、指示灯、液压阀、继电器控制、步进电机控制等。
二、数字量信号的输入
特点：
1、信号的放大与变换，对于许多数字信号，是信号很弱的周期性信号，如正弦信号，三角波信号。
而输入单片机或微机中的信号一般有一定的电压幅值要求。
如光栅输出的信号就很小的正弦波。
常用
的方法，先放大，然后处理。
当电压较高时，也不能
直接输入，需要进行分压。
如图所示：
2、隔离，对于一些输入信号，由于波动等，很容易对系统产生影响，需要采取隔离输入，常见的是光电隔离。
下图为光耦合器的结构与特性
图4-16光耦合器结构与特性
a)耦合器结构b)输入特性c)输出特性
3、缓冲驱动，为了提高信号的驱动能力，改善信号性能，经常在输入单片机或微机前加一级缓冲，常用的是74HC244等。
4、安全保护，当输入电压变大到一定量时，会对系统
造成破坏，因此，对于输入信号变化较大的情况，需要考虑安全保护。
常用稳压二极管等。
5、开关信号输入单片机中的常见方法：
按键信号
TLP-521-4是4路光耦，光耦前要接限流电阻，不同的光耦由于允许电流不同，限流电阻也不同。
进入单片机前，一般加驱动器74LS244。
三、数字信号的输出
1、输出信号的几个问题
1）功率匹配问题，单片机或微机的输出信号功率较小，要驱动不同的负载，要求的功率不同，
电压不同，所以在在输出驱
动时，首先关心输出的电压
与功率。
如驱动发光二极管，正
向电压为2－2.5V，最大电
流为2－20mA，对于
AT89C51，I/O口的最大灌电
流10mA，因此可以直接驱动
发光二极管。
8mA，则：R＝（5－2.2）/0.008=350(Ω)
因此R一般选取200Ω－500Ω。
如果发光二极管的功率较大，可以采用右图所示方法，提高驱动功率。
对于LED数码管显示，由于公
共极电流较大，可以采用该电路驱
动。
如果驱动电磁换向阀，以直流
24V为例，驱动电流需要1.5A左右，
显然要进行功率放大。
2）隔离，为了减少输出对系
统的影响，特别是驱动电感元件，
需要采取隔离的方法，一般采取光电隔离。
3）输出锁存，如果用一个端口要驱动多个执行元件，输出以后，信
2、常见的功率放大方法
1）驱动器或三极管放大
小功率信号驱动时，经常用驱动器，如244，7406、7407反向器，因为TTL门电路的驱动能力不同类型能达到20mA－50mA。
2）功率管、达林顿管驱动
功率较大时，一般采用功率管（场效应管）或达林顿管驱动。
3）固态继电器驱动
固态继电器(SSR)是一种无触点通断功率型电子开关。
固态继电器分直流（DC-SSR）与交流(AC-SSR)。
固态继电器驱动能力较大，驱动功率一般为十几毫瓦到几十毫瓦，动作快；触头允许电压一般为220V，允许电流为5A；但关
4）电磁继电器
电磁继电器是由线圈驱动的，驱动功率较大，通过触点的电流较大，动作慢。
电磁继电器的接口电路继电器动作时，对电源有一定的干扰，为
了提高单片机系统的可
靠性，在单片机和继电
器、接触器之间都用光
耦合器隔离。
3、例子
例1：用继电器的外部驱动电路
采用单片机直接通过光耦驱动；由三极管驱动电磁继电器线圈；由于线圈断电时有自感电动势，采用续流二极管进行保护。
器。