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1、信號(hào)與系統(tǒng)分析電子教案1 1.1.1 典型信號(hào)舉例1.1.2 信號(hào)的描述1.1.3 信號(hào)的分類1.1信號(hào)的概念 信號(hào)與系統(tǒng)分析電子教案2 1.1信號(hào)的概念1、 消 息 （ message） ： 來 自 外 界 的 各 種 報(bào) 道 統(tǒng) 稱 為 消 息2、 信 息 （ information） ： 消 息 中 有 意 義 的 內(nèi) 容 稱 為 信 息3、 信 號(hào) （ signal） ： 信 號(hào) 是 信 息 的 表 現(xiàn) 形 式 ， 信 息 則 是 信 號(hào) 的 具 體 內(nèi) 容 為 了 有 效 的 傳 播 和 利 用 信 息 常 常 需 要 將 信 息 轉(zhuǎn) 換 成 便 于 傳 輸 和 處 理 的 信 號(hào)l

2、光 信 號(hào) ： 古 代 烽 火 臺(tái) 、 十 字 路 口 的 紅 綠 燈l聲 音 信 號(hào) ： 上 下 課 的 鈴 聲 、 電 話 、 廣 播 、 音 樂l文 字 信 號(hào) ： 書 刊 、 雜 志 、 廣 告 、 信 件 l圖 像 信 號(hào) ： 電 視 、 繪 畫 、 照 片 、 錄 像l電 信 號(hào) ： 隨 時(shí) 間 變 化 的 電 壓 、 電 流 、 電 荷 、 磁 通 及 電 磁 波 電 信 號(hào) 最 容 易 產(chǎn) 生 、 傳 輸 、 控 制 和 處 理 本 課 程 只 研 究 電 信 號(hào) 信號(hào)與系統(tǒng)分析電子教案3 醫(yī) 生 通 過 心 電 圖 獲 取 心 臟 病 人 的 信 息 。 心 電 圖 是 與

3、人 的 心 臟 跳 動(dòng)有 關(guān) 的 生 物 電 位 信 號(hào) 。 它 表 示 血 液 從 心 臟 到 動(dòng) 脈 傳 輸 的 一 個(gè) 循 環(huán) 。這 部 分 波 形 由 來 源 于 心 臟 右 心 房 的 竇 房 結(jié) 的 電 沖 激 產(chǎn) 生 。 沖 激 引 起心 房 收 縮 ， 使 得 心 房 中 的 血 液 被 壓 到 對(duì) 應(yīng) 的 心 室 里 。 產(chǎn) 生 信 號(hào) 稱 為P波 。 竇 房 結(jié) 沖 激 激 勵(lì) 延 時(shí) 直 到 血 液 從 心 房 到 心 室 的 傳 送 完 成 ， 得到 心 電 圖 波 形 的 P-R間 隔 。 然 后 沖 激 激 勵(lì) 引 起 心 室 的 收 縮 ， 壓 迫 血液 到 動(dòng)

4、脈 ， 從 而 產(chǎn) 生 了 心 電 圖 波 形 的 QRS部 分 。 在 這 個(gè) 階 段 心 房 松弛 并 充 入 血 液 。 波 形 的 T波 表 示 心 室 的 松 弛 。 整 個(gè) 過 程 周 期 性 地 重復(fù) ， 產(chǎn) 生 心 電 圖 跡 線 。 心 電 圖 波 形 的 每 一部 分 攜 帶 著 不 同 類 型 的信 息 ， 用 于 醫(yī) 生 分 析 患者 的 心 臟 狀 況 。 信號(hào)與系統(tǒng)分析電子教案4 每 一 個(gè) 工 廠 、 企 業(yè) 都 有 它 不 同 的 用 電 特 點(diǎn) 和 規(guī) 律 。 要 做 到 經(jīng)濟(jì) 合 理 地 用 電 ， 就 需 要 掌 握 這 些 特 點(diǎn) 和 規(guī) 律 。 下 圖

5、 是 某 工 廠 的典 型 日 負(fù) 荷 曲 線 ， 代 表 某 一 天 24小 時(shí) 實(shí) 際 使 用 電 力 負(fù) 荷 的 信 號(hào) 。從 這 條 曲 線 可 以 得 到 1天 中 的 最 大 負(fù) 荷 和 時(shí) 間 ， 最 小 負(fù) 荷 和 時(shí) 間 ，以 及 平 均 負(fù) 荷 。 工 廠 的 管 理 人 員 根 據(jù) 這 條 負(fù) 荷 曲 線 和 供 電 條 件可 以 作 出 切 實(shí) 可 行 的 、 合 理 的 用 電 計(jì) 劃 。 1.1.1 典型信號(hào)舉例1.1信號(hào)的概念 信號(hào)與系統(tǒng)分析電子教案5 每 個(gè) 鋼 琴 鍵 彈 奏 的 音 對(duì) 應(yīng) 一 個(gè) 基 波 頻 率 和 許 多 諧 波 頻 率 。 下圖 是 鋼

6、 琴 CEG 位 置 和 對(duì) 應(yīng) 的 和 弦 信 號(hào) 的 頻 譜 。 該 頻 譜 中 有 三 個(gè)尖 峰 ， 信 號(hào) 中 每 個(gè) 音 對(duì) 應(yīng) 一 個(gè) ， 中 音 C的 尖 峰 位 于 262赫 茲 ， 右邊 的 E和 G 對(duì) 應(yīng) 的 尖 峰 位 于 較 高 頻 率 處 ， 分 別 為 330赫 茲 和 392赫茲 。 這 種 情 況 下 ， 用 信 號(hào) 頻 域 的 頻 譜 比 用 信 號(hào) 時(shí) 域 的 波 形 更 能 直觀 、 清 晰 的 體 現(xiàn) 信 號(hào) 的 信 息 。 1.1.1 典型信號(hào)舉例1.1信號(hào)的概念 信號(hào)與系統(tǒng)分析電子教案6 “信號(hào)”與“函數(shù)”兩詞相互通用。 數(shù) 學(xué) 描 述 是 為 了

7、 把不 同 物 理 量 的 共 同 特 征 抽 象 出 來 便 于 分 析 、 運(yùn) 算 和 變 換 。 1.1.2 信號(hào)的描述2、 數(shù) 學(xué) 描 述 ： 信 號(hào) 是 一 個(gè) 或 幾 個(gè) 自 變 量 的 函 數(shù) ， 一 般 都 具 有 各 自 的 物 理 屬 性 ， 其 自 變 量 一 般 為 ： 時(shí) 間 、 空 間 、 頻 率 。 本 書 中 信 號(hào) 的 自 變 量 為 時(shí) 間 和 頻 率 。 如 ： )(tx )(ty )(X )(Y (s)X )(sY1、 物 理 描 述 ： 信 號(hào) 是 信 息 寄 寓 變 化 的 物 理 體 現(xiàn) ， 它 一 般 是 隨 時(shí) 間 或 空 間 變 化 的 物

8、理 量 。 如 ： 電 流 、 壓 力 、 溫 度 、 速 度 等 。 3、 圖 形 描 述 ： 隨 時(shí) 間 變 化 的 波 形 和 隨 頻 率 變 化 的 頻 譜 。 1.1信號(hào)的概念 信號(hào)與系統(tǒng)分析電子教案7 物 理 描 述 ： 簡(jiǎn) 諧 振 蕩 . 正 弦 交 流 電 壓)50Acos()( .ttx 數(shù) 學(xué) 描 述 ：圖 形 描 述 ： 波 形 頻 譜A振 幅 2T周 期 50.初 相 位例 1： 正 弦 信 號(hào)1.1 信號(hào)的概念1.1.2 信號(hào)的描述 信號(hào)與系統(tǒng)分析電子教案8 1、 確 定 性 信 號(hào) 與 隨 機(jī) 信 號(hào)2、 連 續(xù) 時(shí) 間 信 號(hào) 與 離 散 時(shí) 間 信 號(hào)3、 因

9、果 信 號(hào) 與 非 因 果 信 號(hào)4、 周 期 信 號(hào) 與 非 周 期 信 號(hào)5、 能 量 信 號(hào) 與 功 率 信 號(hào) 1.1.3 信號(hào)的分類1.1 信號(hào)的概念 信號(hào)與系統(tǒng)分析電子教案9 （ 根 據(jù) 信 號(hào) 取 值 是 否 確 定 來 分 類 ）確 定 性 信 號(hào) ： 信 號(hào) 可 以 被 表 示 為 一 確 定 的 時(shí) 間 函 數(shù) 。 即 給 定 一 個(gè) 時(shí) 刻 可 以 確 定 一 相 應(yīng) 的 函 數(shù) 值 。ttx sin)( 2( ) 2x t t例 如 ： 研 究 確 定 信 號(hào) 是 研 究 隨 機(jī) 信 號(hào) 的 基 礎(chǔ) 本 課 程 只 研 究 確 定 性 信 號(hào)隨 機(jī) 信 號(hào) ： 信 號(hào)

10、不 能 用 確 定 的 時(shí) 間 函 數(shù) 描 述 。 給 定 一 個(gè) 時(shí) 刻 ， 只 知 道 信 號(hào) 的 某 一 數(shù) 值 的 概 率 。 例 如 ： 雷 電 干 擾 、 海 浪 起 伏 、 電 子 器 件 的 熱 噪 聲 等1.1信號(hào)的概念1.1.3 信號(hào)的分類 信號(hào)與系統(tǒng)分析電子教案10 （ 根 據(jù) 信 號(hào) 自 變 量 取 值 是 否 連 續(xù) 來 分 類 ）連 續(xù) 時(shí) 間 信 號(hào) ： 信 號(hào) 存 在 的 時(shí) 間 范 圍內(nèi) 任 意 時(shí) 刻 都 有 定 義 （ 即都 可 以 給 出 確 定 的 函 數(shù)值 ） ， 用 t 表 示 連 續(xù) 取 值的 時(shí) 間 自 變 量 。離 散 時(shí) 間 信 號(hào) ： 信

11、 號(hào) 在 時(shí) 間 上 取 值 是 離 散 的 ，其 他 時(shí) 間 沒 定 義 。 若 用 等 時(shí) 間 間 隔取 值 ， 用 n 表 示 離 散 取 值 的 時(shí) 間 自變 量 。 n 叫 序 號(hào) ， 只 取 整 數(shù) 。 tof1(t) = sin( t)1 2 to 1 21-1-11 f2(t)值 域 連 續(xù)（ 模 擬 信 號(hào) ） 值 域 不連 續(xù)1.1信號(hào)的概念1.1.3 信號(hào)的分類 信號(hào)與系統(tǒng)分析電子教案11 模 擬 信 號(hào) 的 兩 種 處 理 方 式 模 擬 信 號(hào)處 理 器模 擬信 號(hào) 模 擬信 號(hào) ADC 數(shù) 字 信 號(hào)處 理 器 DAC模 擬信 號(hào) 模 擬信 號(hào)數(shù) 字信 號(hào) 數(shù) 字信

12、 號(hào) 數(shù) 字 系 統(tǒng) 處 理模 擬 系 統(tǒng) 處 理1.1信號(hào)的概念1.1.3 信號(hào)的分類 信號(hào)與系統(tǒng)分析電子教案12 模 擬 信 號(hào) 時(shí) 間 和 函 數(shù) 值 均 連 續(xù)(因 為 計(jì) 算 機(jī) 精 度 有 限 )量化 (因 為 計(jì) 算 機(jī) 存 儲(chǔ) 空 間 有 限 )抽樣 x(t) toxn noxn no把 模 擬 信 號(hào) 變 成 數(shù) 字 信 號(hào) 是 為 了利 用 計(jì) 算 機(jī) 進(jìn) 行 數(shù) 字 信 號(hào) 處 理數(shù) 字 信 號(hào) 時(shí) 間 離 散 ， 函 數(shù) 值 離 散 抽 樣 信 號(hào) 時(shí) 間 離 散 ， 函 數(shù) 值 連 續(xù)1.1信號(hào)的概念1.1.3 信號(hào)的分類 信號(hào)與系統(tǒng)分析電子教案13通 常 將 對(duì) 應(yīng)

13、 某 序 號(hào) k的 序 列 值 稱 為 第 k個(gè) 樣 點(diǎn) 的 “ 樣 值 ” 。 離 散 信 號(hào) 的 表 示 形 式 2、 閉 合 數(shù) 學(xué) 表 達(dá) 式3、 逐 個(gè) 列 出 的 序 列 1、 圖 形 表 示 的 序 列 sT 固 定 ， n 取 整 數(shù) 為 其 他n, n,nnx n0 3(-1)0n 3-21-012-3 ，nx 3 1 2 -3 -1-2 xn -3 -1 2 3 1-2 4 5 n 1.1信號(hào)的概念1.1.3 信號(hào)的分類 信號(hào)與系統(tǒng)分析電子教案14 因 果 信 號(hào) 0 0t 反 因 果 信 號(hào) 0 0t t x ( t ) t x ( t) （ 根 據(jù) 信 號(hào) 在 計(jì) 時(shí)

14、起 點(diǎn) 之 前 取 值 是 否 為 零 來 分 類 ）有 始 信 號(hào)有 終 信 號(hào) 0tt 右 邊 信 號(hào) 0tt 左 邊 信 號(hào) 1.1信號(hào)的概念 信號(hào)與系統(tǒng)分析電子教案15l非 周 期 信 號(hào) ： 信 號(hào) 在 時(shí) 間 上 不 具 有 周 而 復(fù) 始 的 特 性 ， 或 者 說 信 號(hào) 的 周 期 趨 于 無 窮 大 。tt sin3sin 如 ： （ 根 據(jù) 信 號(hào) 在 某 一 區(qū) 間 內(nèi) 是 否 重 復(fù) 出 現(xiàn) 來 分 類 ）為 整 數(shù)kkTtxtx ),()( l周 期 信 號(hào) ： 按 照 一 定 的 時(shí) 間 間 隔 T 周 而 復(fù) 始 且 無 始 無 終 的 信 號(hào) 。 attt e

15、),(),( 如 ： sin(3 ) cos( )t t 1.1信號(hào)的概念1.1.3 信號(hào)的分類 信號(hào)與系統(tǒng)分析電子教案16 任 何 信 號(hào) 通 過 系 統(tǒng) 時(shí) 都 伴 隨 著 一 定 能 量 或 功 率 的 傳 輸 ， 表 明 信 號(hào) 具 有 能 量 或 功 率 特 性 。（ 根 據(jù) 信 號(hào) 的 能 量 或 功 率 是 否 有 限 來 分 類 ）)(tx 1 2)(tx將 信 號(hào) 施 加 于 電 阻 上 ， 它 所 消 耗 的 瞬 時(shí) 功 率 為 ，則 定 義 ： , 0W P 能 量 信 號(hào) ： 信 號(hào) 的 能 量 有 限 ， 即具 有 有 限 幅 值 的 時(shí) 限 信 號(hào) 都 是 能 量

16、信 號(hào) 。具 有 有 限 值 的 周 期 信 號(hào) 都 是 功 率 信 號(hào) 。信 號(hào) 的 能 量 ttxW d)( 2 n nxW 2信 號(hào) 的 功 率 ttxTP T d)(1 20 10 21 Nn nxNP ,P W 功 率 信 號(hào) ： 信 號(hào) 的 功 率 有 限 ， 即 1.1信號(hào)的概念1.1.3 信號(hào)的分類 信號(hào)與系統(tǒng)分析電子教案17 信 號(hào) 的 概 念 小結(jié)信 號(hào) 是 信 息 的 表 現(xiàn) 形 式電 信 號(hào) 最 容 易 產(chǎn) 生 、 傳 輸 、 存 儲(chǔ) 、 處 理我 們 研 究 的 是 將 各 種 信 息 經(jīng) 轉(zhuǎn) 換 而 成 的 電 信 號(hào)物 理 描 述 ： 應(yīng) 注 意 信 號(hào) 的 物

17、理 解 釋 以 幫 助 理 解數(shù) 學(xué) 描 述 ： 本 書 的 對(duì) 象 ： 化 成 數(shù) 學(xué) 語 言 的 信 號(hào) （ 簡(jiǎn) 捷 ）圖 形 描 述 ： 直 觀 、 形 象 ， 與 數(shù) 學(xué) 描 述 相 對(duì) 應(yīng)信 號(hào) 的 描 述1.1 信號(hào)的概念 信號(hào)與系統(tǒng)分析電子教案18信 號(hào) 的 分 類 確 定 性 信 號(hào) 和 離 散 信 號(hào) ： 根 據(jù) 信 號(hào) 取 值 是 否 確 定 。連 續(xù) 信 號(hào) 與 離 散 信 號(hào) ： 根 據(jù) 信 號(hào) 的 自 變 量 取 值 是 否 連 續(xù) 。因 果 信 號(hào) 與 非 因 果 信 號(hào) ： 根 據(jù) 信 號(hào) 在 計(jì) 時(shí) 起 點(diǎn) 之 前 取 值 是 否 為 零 。周 期 信 號(hào) 與 非 周 期 信 號(hào) ： 根 據(jù) 信 號(hào) 在 某 一 區(qū) 間 內(nèi) 是 否 重 復(fù) 出 現(xiàn) 。能 量 信 號(hào) 和 功 率 信 號(hào) ： 根 據(jù) 信 號(hào) 的 能 量 或 功 率 是 否 有 限 。 小結(jié)1.1信號(hào)的概念