信號與信息技術(shù)課件

7.4信號與信息（6個(gè)小題，6分）1.信號與信息的定義及區(qū)別（1分）

2.信號的分類及判別（1分）3模擬信號描述、處理及變換（2分）4.數(shù)字信號的處理(2分）7.4信號與信息（6個(gè)小題，6分）1.17.4信號與信息7.4.1信號及信號的分類7.4.2信息7.4.3模擬信號的描述及增強(qiáng)7.4.4模擬信號濾波7.4.5模擬信號變換7.4.6數(shù)字信號的邏輯編碼與邏輯演算7.4.7數(shù)字信號的數(shù)值編碼與數(shù)值運(yùn)算7.4.8信號的采樣及采樣定理7.4信號與信息7.4.1信號及信號的分類7.4.327.4.1信號及信號的分類7.4.1.1

信號7.4.1.2

信號的分類7.4.1信號及信號的分類7.4.1.1信號37.4.1.1信號的描述1．信號信號代表著消息，消息中又含有信息，信號可以看作是信息的載體。信號是信息的表現(xiàn)形式。7.4.1.1信號的描述1．信號47.4.1.2信號的分類1．確定性信號和不確定性信號（隨機(jī)信號）2．模擬信號和數(shù)字限信號模擬信號：由非電信號轉(zhuǎn)換而來的電信號。模擬信號實(shí)際上是指連續(xù)時(shí)間信號數(shù)字信號：以二進(jìn)制數(shù)字符號“0”和“1”為代碼對信息進(jìn)行編碼的信號7.4.1.2信號的分類1．確定性信號和不確定性信號（隨53．連續(xù)時(shí)間信號和離散時(shí)間信號按信號是否是時(shí)間的連續(xù)函數(shù)劃分，將信號分為連續(xù)時(shí)間信號和離散時(shí)間信號。

4．周期信號和非周期信號按信號是否具有重復(fù)性，可以將信號劃分為周期信號和非周期信號。5.采樣信號與采樣保持信號采樣信號是一種離散信號，采樣保持信號兼有離散和連續(xù)雙重性質(zhì)。3．連續(xù)時(shí)間信號和離散時(shí)間信號61．確定性信號和不確定性信號（隨機(jī)信號）圖1-1所示的各個(gè)信號中（a）、（b）和（c）為確定性信號，可以寫出確定的函數(shù)表達(dá)式，而（d）和（e）為隨機(jī)信號，無法寫出確定的函數(shù)表達(dá)式。

（a）

（b）

（c）1．確定性信號和不確定性信號（隨機(jī)信號）圖1-1所示的各個(gè)信7（d）

（e）

圖1-1

幾種常見信號

（d）（e）圖1-1幾種常見信號82．連續(xù)時(shí)間信號和離散時(shí)間信號

圖1-2

模擬信號

時(shí)間和數(shù)值都連續(xù)的信號稱為連續(xù)時(shí)間信號（模擬信號）2．連續(xù)時(shí)間信號和離散時(shí)間信號圖1-2模擬信號時(shí)間和9

圖1-3

數(shù)值不連續(xù)的離散信號

時(shí)間離散或數(shù)值離散或時(shí)間、數(shù)值都離散的信號稱為離散信號圖1-3數(shù)值不連續(xù)的離散信號時(shí)間離散或數(shù)值離散或時(shí)間103．周期信號和非周期信號

圖1-4

連續(xù)周期信號

3．周期信號和非周期信號圖1-4連續(xù)周期信號11

圖1-5

離散周期信號圖1-5離散周期信號12本部分小結(jié)（1）信號是信息的載體，是信息的表現(xiàn)形式，是通信傳輸?shù)目陀^對象，一般表現(xiàn)為隨時(shí)間變化的某種物理量。（2）信號具有時(shí)間特性和頻率特性（3）信號的分類包括：確定性信號和隨機(jī)信號；模擬信號和數(shù)字信號；連續(xù)時(shí)間信號和離散時(shí)間信號；周期信號和非周期信號；采樣信號和采樣保持信號。模擬信號(連續(xù)時(shí)間信號)數(shù)字信號(代碼信號:0,1)本部分小結(jié)（1）信號是信息的載體，是信息的表現(xiàn)形式，是通信傳137.4.2信息1.信息信息是事物狀態(tài)和特征的反映和描述形式.2.模擬信號與信息在時(shí)間域中，模擬信號是信息的表現(xiàn)形式；在頻率域中，信息被裝載與模擬信號的頻譜結(jié)構(gòu)中。3.數(shù)字信號與信息（1）數(shù)字信號可以用來對“數(shù)”進(jìn)行編碼，實(shí)現(xiàn)數(shù)值信息的表示、運(yùn)算、傳送和處理；（2）數(shù)字信號可以用來對文字和其它符號進(jìn)行編碼，實(shí)現(xiàn)符號信息的表達(dá)、傳送和處理；（3）數(shù)字信號可以用來表示邏輯關(guān)系，實(shí)現(xiàn)邏輯演算、邏輯控制等。7.4.2信息1.信息147.4.3模擬信號的描述及增強(qiáng)模擬信號的時(shí)間域描述如:交流電流或電壓信號（周期信號）

Im2TiO模擬信號是連續(xù)的時(shí)間信號,可分為周期信號和非周期信號.非周期信號也可通過數(shù)學(xué)變換變成周期性信號.總之,模擬信號既是時(shí)間信號又是頻率信號。模擬信號是由一系列諧波信號疊加而成，周期信號的頻譜是離散的，非周期信號的頻譜是連續(xù)的。階躍信號（非周期信號）模擬信號的頻率域描述（模擬信號是頻率的函數(shù)）模擬信號增強(qiáng)：將微弱的信號放大到足以被識別和利用。7.4.3模擬信號的描述及增強(qiáng)模擬信號的時(shí)間域描述Im157.4.4模擬信號濾波濾波：從模擬信號中濾去部分諧波信號。濾波器能選出有用的信號，而抑制無用的信號，使一定頻率范圍內(nèi)的信號能順利通過，衰減很小，而在此頻率范圍以外的信號不易通過，衰減很大。

按頻率范圍的不同，濾波器可分為低通、高通、帶通三種類型。7.4.4模擬信號濾波濾波：從模擬信號中濾去16當(dāng)

>0時(shí)，|T(j)|

衰減很快顯然，電路能使低于0的信號順利通過，衰減很小，而使高于0的信號不易通過，衰減很大，稱為低通濾波器。幅頻特性0|Auf0||T(j)|O1.低通濾波當(dāng)>0時(shí)，|T(j)|衰減很快顯17高通濾波器電路能使頻率大于0

的信號通過，而小于0

的信號被阻止，稱為高通濾波器。

2.高通濾波幅頻特性0|Auf0||T(j)|O3.帶通濾波從模擬信號中濾除一定頻率區(qū)間內(nèi)的諧波信號，稱為帶通濾波。高通濾波器電路能使頻率大于0的信號通過，而小于187.4.5模擬信號變換及識別1.模擬信號變換為模擬信號

(1)強(qiáng)電:如變壓器的電壓變換及電流變換

(2)弱電:模擬電子技術(shù)中的放大（電壓放大、功率放大）及集成運(yùn)算放大器（比例、加法、減法、積分、微分等）的信號運(yùn)算2.模擬信號變換為數(shù)字信號采用AD轉(zhuǎn)換器(單片集成塊)實(shí)現(xiàn)即輸入模擬信號就可以直接得到數(shù)字信號的輸出.

3.模擬信號識別（主要利用濾波器濾除夾雜信號）從夾雜著許多其他信號的信號中把所需要的信號提出來。7.4.5模擬信號變換及識別1.模擬信號變換為模擬信號3.197.4.6數(shù)字信號的邏輯編碼與邏輯演算邏輯編碼采用”0”和”1”。分別稱為邏輯“0”和邏輯“1”。這里“0”和“1”并不表示數(shù)量的大小，而是表示兩種相互對立的邏輯狀態(tài)。

邏輯編碼所表示的是邏輯關(guān)系，而不是數(shù)量關(guān)系。7.4.6數(shù)字信號的邏輯編碼與邏輯演算邏輯編碼采用”0”和201.常量與變量的關(guān)系0律1律同一律反律(還原律)互補(bǔ)律

邏輯演算法則1.常量與變量的關(guān)系0律1律同一律反律(還原律)互補(bǔ)律212.邏輯代數(shù)的基本運(yùn)算法則普通代數(shù)不適用！結(jié)合律分配律交換率2.邏輯代數(shù)的基本運(yùn)算法則普通代數(shù)結(jié)合律分配律交換率22吸收律(1)A+AB=A(2)A(A+B)=A（3）（4）反演律吸收律(1)A+AB=A（3）（4）反演律23例1：化簡3.應(yīng)用邏輯代數(shù)運(yùn)算法則化簡（1）并項(xiàng)法例1：化簡3.應(yīng)用邏輯代數(shù)運(yùn)算法則化簡（1）并項(xiàng)法24例2：化簡（2）加項(xiàng)法例2：化簡（2）加項(xiàng)法25十六進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù)Q3Q2Q1Q00H1H2H3H4H5H6H7H8H

000000010010001101000101011001111000012345678十六進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù)Q3Q2Q1Q0

9HAHBHCHDHEHFH

10011010101111001101111011119101112131415

16

0000

07.4.7數(shù)字信號的數(shù)值編碼與數(shù)值運(yùn)算1.數(shù)字信號的數(shù)值編碼(8421碼):十六進(jìn)制二進(jìn)制數(shù)十進(jìn)Q3Q2Q1Q00H262.二進(jìn)制與十進(jìn)制(BCD碼),二進(jìn)制與十六進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換n位二進(jìn)制數(shù)能表達(dá)的最大十進(jìn)制數(shù):十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制:采用除以2余數(shù)法二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制（BCD)，二進(jìn)制的權(quán)2.二進(jìn)制與十進(jìn)制(BCD碼),二進(jìn)制與十六進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換273.數(shù)字信號的數(shù)值運(yùn)算(1).二進(jìn)制數(shù)的數(shù)值運(yùn)算法則:(2)二進(jìn)制加法:(3)二進(jìn)制減法:可將減法運(yùn)算轉(zhuǎn)化為被減數(shù)代碼和減數(shù)補(bǔ)碼之間的加法運(yùn)算。

在二進(jìn)制數(shù)運(yùn)算中采用補(bǔ)碼的形式表示負(fù)數(shù)，

一個(gè)二進(jìn)制數(shù)的補(bǔ)碼等于這個(gè)數(shù)的反碼加1。反碼：它是一個(gè)二進(jìn)制數(shù)按位取邏輯“反”后所組成的代碼。如數(shù)1010的反碼是0101為了區(qū)分正數(shù)和負(fù)數(shù)，把二進(jìn)制的最高位即MSB位作為符號位，并以MSB=0表示正數(shù)，以MSB=1表示負(fù)數(shù)。一組4bit代碼所能表示的正數(shù)（原碼）和負(fù)數(shù)（補(bǔ)碼）見表中P1163.數(shù)字信號的數(shù)值運(yùn)算(1).二進(jìn)制數(shù)的數(shù)值運(yùn)算法則:(228gfedcba4.用數(shù)碼管顯示

由七段發(fā)光二極管構(gòu)成例：共陰極接法a

b

c

d

e

f

g

00100101101101低電平時(shí)發(fā)光高電平時(shí)發(fā)光共陽極接法abcgdef+dgfecbagfedcba共陰極接法abcdefggfedcba4.用數(shù)碼管顯示由七段發(fā)光二極管構(gòu)成例：29

SuC+–ui+–uo+–++–模擬開關(guān)模擬輸入信號7.4.8.信號的采樣及采樣定理

1.采樣保持電路：采樣存儲電容采樣脈沖電壓跟隨器SuC+–ui+–uo+–++–模擬開關(guān)模擬輸入信號7302.工作原理1.采樣保持電路：采樣階段：

uG為高電平，S閉合(場效應(yīng)管導(dǎo)通)，

ui對存儲電容C充電，uo=uC

=ui

。保持階段：

uG為0，

S斷開(場效應(yīng)管截止)，輸出保持該階段開始瞬間的值不變。采樣脈沖uitouGto采樣定理：只要采樣頻率保持在被采樣信號帶寬的2倍以上，就可以保證采樣處理不會丟失原來的信息。

SuC+–ui+–uo+–++–2.工作原理1.采樣保持電路：采樣階段：uG為高電平，S317.4信號與信息（6個(gè)小題，6分）1.信號與信息的定義及區(qū)別（1分）

2.信號的分類及判別（1分）3模擬信號描述、處理及變換（2分）4.數(shù)字信號的處理(2分）7.4信號與信息（6個(gè)小題，6分）1.327.4信號與信息7.4.1信號及信號的分類7.4.2信息7.4.3模擬信號的描述及增強(qiáng)7.4.4模擬信號濾波7.4.5模擬信號變換7.4.6數(shù)字信號的邏輯編碼與邏輯演算7.4.7數(shù)字信號的數(shù)值編碼與數(shù)值運(yùn)算7.4.8信號的采樣及采樣定理7.4信號與信息7.4.1信號及信號的分類7.4.3337.4.1信號及信號的分類7.4.1.1

信號7.4.1.2

信號的分類7.4.1信號及信號的分類7.4.1.1信號347.4.1.1信號的描述1．信號信號代表著消息，消息中又含有信息，信號可以看作是信息的載體。信號是信息的表現(xiàn)形式。7.4.1.1信號的描述1．信號357.4.1.2信號的分類1．確定性信號和不確定性信號（隨機(jī)信號）2．模擬信號和數(shù)字限信號模擬信號：由非電信號轉(zhuǎn)換而來的電信號。模擬信號實(shí)際上是指連續(xù)時(shí)間信號數(shù)字信號：以二進(jìn)制數(shù)字符號“0”和“1”為代碼對信息進(jìn)行編碼的信號7.4.1.2信號的分類1．確定性信號和不確定性信號（隨363．連續(xù)時(shí)間信號和離散時(shí)間信號按信號是否是時(shí)間的連續(xù)函數(shù)劃分，將信號分為連續(xù)時(shí)間信號和離散時(shí)間信號。

4．周期信號和非周期信號按信號是否具有重復(fù)性，可以將信號劃分為周期信號和非周期信號。5.采樣信號與采樣保持信號采樣信號是一種離散信號，采樣保持信號兼有離散和連續(xù)雙重性質(zhì)。3．連續(xù)時(shí)間信號和離散時(shí)間信號371．確定性信號和不確定性信號（隨機(jī)信號）圖1-1所示的各個(gè)信號中（a）、（b）和（c）為確定性信號，可以寫出確定的函數(shù)表達(dá)式，而（d）和（e）為隨機(jī)信號，無法寫出確定的函數(shù)表達(dá)式。

（a）

（b）

（c）1．確定性信號和不確定性信號（隨機(jī)信號）圖1-1所示的各個(gè)信38（d）

（e）

圖1-1

幾種常見信號

（d）（e）圖1-1幾種常見信號392．連續(xù)時(shí)間信號和離散時(shí)間信號

圖1-2

模擬信號

時(shí)間和數(shù)值都連續(xù)的信號稱為連續(xù)時(shí)間信號（模擬信號）2．連續(xù)時(shí)間信號和離散時(shí)間信號圖1-2模擬信號時(shí)間和40

圖1-3

數(shù)值不連續(xù)的離散信號

時(shí)間離散或數(shù)值離散或時(shí)間、數(shù)值都離散的信號稱為離散信號圖1-3數(shù)值不連續(xù)的離散信號時(shí)間離散或數(shù)值離散或時(shí)間413．周期信號和非周期信號

圖1-4

連續(xù)周期信號

3．周期信號和非周期信號圖1-4連續(xù)周期信號42

圖1-5

離散周期信號圖1-5離散周期信號43本部分小結(jié)（1）信號是信息的載體，是信息的表現(xiàn)形式，是通信傳輸?shù)目陀^對象，一般表現(xiàn)為隨時(shí)間變化的某種物理量。（2）信號具有時(shí)間特性和頻率特性（3）信號的分類包括：確定性信號和隨機(jī)信號；模擬信號和數(shù)字信號；連續(xù)時(shí)間信號和離散時(shí)間信號；周期信號和非周期信號；采樣信號和采樣保持信號。模擬信號(連續(xù)時(shí)間信號)數(shù)字信號(代碼信號:0,1)本部分小結(jié)（1）信號是信息的載體，是信息的表現(xiàn)形式，是通信傳447.4.2信息1.信息信息是事物狀態(tài)和特征的反映和描述形式.2.模擬信號與信息在時(shí)間域中，模擬信號是信息的表現(xiàn)形式；在頻率域中，信息被裝載與模擬信號的頻譜結(jié)構(gòu)中。3.數(shù)字信號與信息（1）數(shù)字信號可以用來對“數(shù)”進(jìn)行編碼，實(shí)現(xiàn)數(shù)值信息的表示、運(yùn)算、傳送和處理；（2）數(shù)字信號可以用來對文字和其它符號進(jìn)行編碼，實(shí)現(xiàn)符號信息的表達(dá)、傳送和處理；（3）數(shù)字信號可以用來表示邏輯關(guān)系，實(shí)現(xiàn)邏輯演算、邏輯控制等。7.4.2信息1.信息457.4.3模擬信號的描述及增強(qiáng)模擬信號的時(shí)間域描述如:交流電流或電壓信號（周期信號）

Im2TiO模擬信號是連續(xù)的時(shí)間信號,可分為周期信號和非周期信號.非周期信號也可通過數(shù)學(xué)變換變成周期性信號.總之,模擬信號既是時(shí)間信號又是頻率信號。模擬信號是由一系列諧波信號疊加而成，周期信號的頻譜是離散的，非周期信號的頻譜是連續(xù)的。階躍信號（非周期信號）模擬信號的頻率域描述（模擬信號是頻率的函數(shù)）模擬信號增強(qiáng)：將微弱的信號放大到足以被識別和利用。7.4.3模擬信號的描述及增強(qiáng)模擬信號的時(shí)間域描述Im467.4.4模擬信號濾波濾波：從模擬信號中濾去部分諧波信號。濾波器能選出有用的信號，而抑制無用的信號，使一定頻率范圍內(nèi)的信號能順利通過，衰減很小，而在此頻率范圍以外的信號不易通過，衰減很大。

按頻率范圍的不同，濾波器可分為低通、高通、帶通三種類型。7.4.4模擬信號濾波濾波：從模擬信號中濾去47當(dāng)

>0時(shí)，|T(j)|

衰減很快顯然，電路能使低于0的信號順利通過，衰減很小，而使高于0的信號不易通過，衰減很大，稱為低通濾波器。幅頻特性0|Auf0||T(j)|O1.低通濾波當(dāng)>0時(shí)，|T(j)|衰減很快顯48高通濾波器電路能使頻率大于0

的信號通過，而小于0

的信號被阻止，稱為高通濾波器。

2.高通濾波幅頻特性0|Auf0||T(j)|O3.帶通濾波從模擬信號中濾除一定頻率區(qū)間內(nèi)的諧波信號，稱為帶通濾波。高通濾波器電路能使頻率大于0的信號通過，而小于497.4.5模擬信號變換及識別1.模擬信號變換為模擬信號

(1)強(qiáng)電:如變壓器的電壓變換及電流變換

(2)弱電:模擬電子技術(shù)中的放大（電壓放大、功率放大）及集成運(yùn)算放大器（比例、加法、減法、積分、微分等）的信號運(yùn)算2.模擬信號變換為數(shù)字信號采用AD轉(zhuǎn)換器(單片集成塊)實(shí)現(xiàn)即輸入模擬信號就可以直接得到數(shù)字信號的輸出.

3.模擬信號識別（主要利用濾波器濾除夾雜信號）從夾雜著許多其他信號的信號中把所需要的信號提出來。7.4.5模擬信號變換及識別1.模擬信號變換為模擬信號3.507.4.6數(shù)字信號的邏輯編碼與邏輯演算邏輯編碼采用”0”和”1”。分別稱為邏輯“0”和邏輯“1”。這里“0”和“1”并不表示數(shù)量的大小，而是表示兩種相互對立的邏輯狀態(tài)。

邏輯編碼所表示的是邏輯關(guān)系，而不是數(shù)量關(guān)系。7.4.6數(shù)字信號的邏輯編碼與邏輯演算邏輯編碼采用”0”和511.常量與變量的關(guān)系0律1律同一律反律(還原律)互補(bǔ)律

邏輯演算法則1.常量與變量的關(guān)系0律1律同一律反律(還原律)互補(bǔ)律522.邏輯代數(shù)的基本運(yùn)算法則普通代數(shù)不適用！結(jié)合律分配律交換率2.邏輯代數(shù)的基本運(yùn)算法則普通代數(shù)結(jié)合律分配律交換率53吸收律(1)A+AB=A(2)A(A+B)=A（3）（4）反演律吸收律(1)A+AB=A（3）（4）反演律54例1：化簡3.應(yīng)用邏輯代數(shù)運(yùn)算法則化簡（1）并項(xiàng)法例1：化簡3.應(yīng)用邏輯代數(shù)運(yùn)算法則化簡（1）并項(xiàng)法55例2：化簡（2）加項(xiàng)法例2：化簡（2）加項(xiàng)法56十六進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù)Q3Q2Q1Q00H1H2H3H4H5H6H7H8H

000000010010001101000101011001111000012345678十六進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù)Q3Q2Q1Q0

9HAHBHCHDHEHFH

10011010101111001101111011119101112131415

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0000

07.4.7數(shù)字信號的數(shù)值編碼與數(shù)值運(yùn)算1.數(shù)字信號的數(shù)值編碼(8421碼):十六進(jìn)制二進(jìn)制數(shù)十進(jìn)Q3Q2Q1Q00H572.二進(jìn)制與十進(jìn)制(BCD碼),二進(jìn)制與十六進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換n位二進(jìn)制數(shù)能表達(dá)的最大十進(jìn)制數(shù):十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制:采用除以2余數(shù)法二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制（BCD)，二進(jìn)制的權(quán)2.二進(jìn)制與十進(jìn)制(BCD碼),二進(jìn)制與十六進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換583.數(shù)字信號的數(shù)值運(yùn)算(1