数字信号处理发展过程

数字信号处理技术的发展过程

1.电阻、电容、电感

电阻表现为：理想电阻电压电流特性不随所加频率的改变而变化

电容特性：电容两极间电压不能突变，阻抗随着所加信号频率的增加而减小，常用做滤波，储能。

电感特性：电感两端电流不能突变，阻抗随频率增加而增加，通常用做高频滤波

AC

AC

AC

()

di

u t L

dt

=

()

du

i t C

dt

=

i

U

R

=

u

t

t

t

i

i

i

2.RLC串联振荡电路分析

AC

R

L

C

c du dt

i C

=R c du dt RC u Ri ==2

2L c d u di dt

dt

LC

u L

==

根据KVL 电压定理：2

2c L C

c R C

d u dt

du LC RC

dt

u U u u u

=++=++

3. 二极管

随着半导体技术的发展，人们发明了二极管，二极管具有单向导通的特性；即外加正向电压时导通，外加反向电压时截止，但是当反向电压超过一定值时，二极管会被反向击穿，此电压成为反向击穿电压U BR

二极管伏安特性：

二极管应用举例2： 或门

4. 晶体管

随着技术的发展，出现了晶体管，晶体管的主要功能是：工作在放大区，能够实现对小信号的放大作用。

基本放大电路工作原理：电流控制型，设置合适的静态工作点，当给基极施加微小的电压信号i u ，基极产生微电流变化B i ，由晶体管的放大作用产生c B i i β=，输出电压CE c C B C V Vcc i R Vcc i R β=-=-

后来出现的场效应管，原理和晶体管类似，为电压控制型，功耗更低。

5.晶体管开关特性

晶体管有三种工作状态：

1、放大区此种状态下集体管处在线性工作状态，能够对信号进行不失真的放大

2、饱和区

3、截至区

当工作在饱和和截止区时，三极管要么导通要么截止，从而三极管具有了开关特性。人们利用三极管的这种性质产生了0和1两种数字电平。

6.门电路

利用三极管饱和截止特性，形成了最基本的门电路-非门

三极管构成的TTL电路组合，能形成各种基本的门电路，例如：与门、非门、与非门、或非门、与或非等等。

7.组合逻辑电路

组合逻辑电路的特点：在任何时刻的输出只取决于当时的输入信号，而与电路原来所处的状态无关。实现组合电路的基础是逻辑代数和基本的门电路。

组合逻辑电路的设计方法：

能通过组合逻辑电路实现的器件有：

加法器数值比较器显示译码器

数据选择器三八译码器

8、触发器

触发器可以记忆1位二值信号，它有两个稳定的状态：0状态和1状态；在不同的输入情况下，它可以被置成0状态或1状态；当输入信号消失后，所置成的状态能够保持不变。

触发器是构成时序逻辑电路的基本逻辑部件。根据逻辑功能的不同，触发器可以分为RS触发器、D触发器、JK触发器、T和T´触发器

基本R-S触发器：

1）触发器的次态不仅与输入信号状态有关，而且与触发器的现态有关。

（2）电路具有两个稳定状态，无外来触发信号作用时，电路将保持原状态不变。（3）在外加触发信号有效时，电路可以触发翻转，实现置0或置1。

同步R-S触发器：

在基本R-S触发器基础上，引入了时钟电平CP控制。在CP＝1期间接收输入信号，CP＝0时状态保持不变，与基本RS触发器相比，对触发器状态的转变增加了时间控制.

同步D触发器（D锁存器）

主从JK触发器

9.时序逻辑电路

时序电路的特点是：在任何时刻的输出不仅和输入有关，而且还决定于电路原来的状态。为了记忆电路的状态，时序电路必须包含有存储电路。存储电路通常以触发器为基本单元电路构成。

同步时序电路中，各个触发器的时钟脉冲相同，即电路中有一个统一的时钟脉冲，每来一个时钟脉冲，电路的状态只改变一次。

异步时序电路中，各个触发器的时钟脉冲不同，即电路中没有统一的时钟脉冲来控制电路状态的变化，电路状态改变时，电路中要更新状态的触发器的翻转有先有后，是异步进行的。

典型的时序逻辑电路有：

计数器：

寄存器:

10.微处理器 MCU

数字电路的发展出现了ROM存储器，RAM寄存器，晶振为芯片提供了高速的时钟CLK信号。从而为单片机的出现创造了条件，单片机由：运算单元ALU、ROM、RAM、I/O口、三总线、寄存器等构成。

51单片机功能框图：

单片机工程过程：

单片机在CPU的控制下，将指令一条条地取出来，并加以翻译和执行。

就以两个数相加这一简单的运算来说。

第一步：把第一个数从它的存贮单元（Location）中取出来，送至运算器。

第二步：把第二个数从它所在的存贮单元中取出来，送至运算器；

第三步：相加；

第四步：把相加完的结果，送至存贮器中指定的单元。

(1) 冯·诺伊曼（Von Neuman）结构

51单片机采用的是冯诺依曼结构。该结构采用单存储空间，即程序指令和数据共用一个存储空间，使用单一的地址和数据总线，取指令和取操作数都是通过一条总线分时进行。

当进行高速运算时，不但不能同时进行取指令和取操作数，而且还会造成数据传输通道的瓶颈现象，其工作速度较慢。

11.DSP数字信号处理器

普通的单片机无法处理高速，大容量的数字信号，例如数字音频、数字图像、视频等信息。数字信号处理器（DSP）是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器，主要用于实时快速实现各种数字信号处理的算法。

硬件方面主要是向多处理器的并行处理结构、便于外部数据交换的串行总线传输、大容量片上RAM和ROM、程序加密、增加I/O驱动能力、外围电路内装化、低功耗等方面发展。

（2）采用哈佛结构

该结构采用双存储空间，程序存储器和数据存储器分开，有各自独立的程序总线和数据总线，可独立编址和独立访问，可对程序和数据进行独立传输，使取指令操作、指令执行操作、数据吞吐并行完成，大大地提高了数据处理能力和指令的执行速度，非常适合于实时的数字信号处理。微处理器的哈佛结构如图所示。