数字信号处理与高频电路基础知识与实训QY-MS300E

数字信号处理与高频电路
1、FS FT DFS DTFT DFT 的联系和区别
时域上任意连续的周期信号可以分解为无限多个正弦信号之和，在频域上就表示为离散非周期的信号，即时域连续周期对应频域离散非周期的特点，这就是傅立叶级数展开（FS），它用于分析连续周期信号。
FT是傅立叶变换，它主要用于分析连续非周期信号，由于信号是非周期的，它必包含了各种频率的信号，所以具有时域连续非周期对应频域连续非周期的特点。
FS和FT 都是用于连续信号频谱的分析工具，它们都以傅立叶级数理论问基础推导出的。时域上连续的信号在频域上都有非周期的特点，但对于周期信号和非周期信号又有在频域离散和连续之分。
在自然界中除了存在温度，压力等在时间上连续的信号，还存在一些离散信号，离散信号可经过连续信号采样获得，也有本身就是离散的。例如，某地区的年降水量或平均增长率等信号，这类信号的时间变量为年，不在整数时间点的信号是没有意义的。用于离散信号频谱分析的工具包括DFS，DTFT和DFT。
DTFT是离散时间傅立叶变换 ，它用于离散非周期序列分析，根据连续傅立叶变换要求连续信号在时间上必须可积这一充分必要条件，那么对于离散时间傅立叶变换，用于它之上的离散序列也必须满足在时间轴上级数求和收敛的条件；由于信号是非周期序列，它必包含了各种频率的信号，所以DTFT对离散非周期信号变换后的频谱为连续的，即有时域离散非周期对应频域连续周期的特点。
当离散的信号为周期序列时，严格的讲，傅立叶变换是不存在的，因为它不满足信号序列绝对级数和收敛（绝对可和）这一傅立叶变换的充要条件，但是采用DFS（离散傅立叶级数）这一分析工具仍然可以对其进行傅立叶分析。
根据DTFT，对于有限长序列作Z变换或序列傅立叶变换都是可行的，或者说，有限长序列的频域和复频域分析在理论上都已经解决；但对于数字系统，无论是Z变换还是序列傅立叶变换的适用方面都存在一些问题，重要是因为频率变量的连续性性质（DTFT变换出连续频谱），不便于数字运算和储存。
参考DFS，可以采用类似DFS的分析方法对解决以上问题。可以把有限长非周期序列假设为一无限长周期序列的一个主直周期，即对有限长非周期序列进行周期延拓，延拓后的序列完全可以采用DFS进行处理，即采用复指数基频序列和此有限长时间序列取相关，得出每个主值在各频率上的频谱分量以表示出这个“主值周期”的频谱信息。
由于DFT借用了DFS，这样就假设了序列的周期无限性，但在处理时又对区间作出限定（主值区间），以符合有限长的特点，这就使DFT带有了周期性。另外，DFT只是对一周期内的有限个离散频率的表示，所以它在频率上是离散的，就相当于DTFT变换成连续频谱后再对其采样，此时采样频率等于序列延拓后的周期N，即主值序列的个数。
2.同步检波
同步检波是用一个与载波同频同相的本振信号与已调信号相乘来实现信号解调的过程。同步检波就指是在收听中波、短波时，将邻近相互打架的两个或多个电台，通过同步检波滤出一个较强的电台，并清晰的收听到这个电台。同步检波针对中短波而言，不适用于调频，在使用二次变频的情况下，可以不打开同步检波开关，但在打开同步检波开关时，一定使用了二次变频。
3.包络检波
从调幅波包络中提取调制信号的过程：先对调幅波进行整流，得到波包络变化的脉动电流，再以低通滤波器滤除去高频分量，便得到调制信号。
包络检波电路有很多种，无源的有二极管检波，有源的有三极管、运放等；还有单向检波、桥式检波、同步检波等等。最简单的，也是用得最多的就是二极管和三极管
4.串行通信与同步通信异同,特点,比较。
串行通信的数据是逐位传送的，发送方发送的每一位都具有固定的时间间隔，这就要求接收方也要按照发送方同样的时间间隔来接收每一位，可以大大节省传输线，但是速度慢。并行通信是多位数据同时传送，传送速度快，但需要较多的传输线，通信成本高，只适用于近距离的传送。
5．锁相环（PLL）及工作原理
锁相环主要由压控振荡器，鉴相器，低通滤波器，以及参考频率振荡器组成。压控振主要实现电压与频率的变换，鉴相器主要实现把压控振的频率与参考频率振荡器的频率进行比较。低通滤波器主要是滤除信号中的高频分量，参考频率振荡器提供参考频率。锁相环是一种反馈电路，其作用是使得电路上的时钟和某一外部时钟的相位同步。PLL通过比较外部信号的相位和由压控晶振（VCXO）的相位来实现同步的，在比较的过程中，锁相环电路会不断根据外部信号的相位来调整本地晶振的时钟相位，直到两个信号的相位同步
锁相环的工作原理：
1、压控振荡器的输出经过采集并分频；
2、和基准信号同时输入鉴相器；
3、鉴相器通过比较上述两个信号的频率差，然后输出一个直流脉冲电压；
4、控制VCO，使它的频率改变；
5、这样经过一个很短的时间，VCO 的输出就会稳定于某一期望值。
6．同步异步传输的差异
同步通信是指在约定的通信速率下，发送端和接收端的时钟信号频率和相信始终保持一致（同步），这就保证了通信双方在发送和接收数据时具有完全一致的定时关系。异步通信是指通信中两个字符之间的时间间隔是不固定的，而在一个字符内各位的时间间隔是固定的。
7：数字滤波器的分类和结构特点。
按滤波器的冲激响应分类，数字滤波器可分为有限冲激响应滤波器(称为FIR滤波器)和无限冲激响应滤波器(称为IIR滤波器)。按照实现方法来分类，数字滤波器可分为三类：递归型数字滤波器、非递归型数字滤波器和快速傅立叶变换型(FFT)。
8：IIR，FIR滤波器的异同。
IIR数字滤波器与FIR滤波器相比，前者保留了模拟滤波器的优点，幅频特性较好，但存在相位失真。后者相频特性较好，可实现线性相位，但在相同指标要求下要比前者的阶数高的多。IIR数字滤波器的设计方法主要有双线性Z变换法和冲激响应不变法；FIR数字滤波器的设计方法主要有窗函数法、频率抽样法和切比雪夫逼近法等。
9：FPGA和ASIC
FPGA是可编程ASIC。ASIC:专用集成电路，它是面向专门用途的电路，专门为一个用户设计和制造的。根据一个用户的特定要求，能以低研制成本，短、交货周期供货的全定制，半定制集成电路。与 门阵列等其它ASIC(Application Specific IC)相比，它们又具有设计开发周期短、设计制造成本低、开发工具先进、标准产品无需测试、质量稳定以及可实时在线检验等优点。
10：卷积的条件
假设两个信号，求它们的卷积时，如果利用微分与积分性质进行卷积，那么微分的信号必须满足lim=0的条件，即要求微分的信号必须是有始信号(或时限信号)。由以上讨论可知，直接利用卷积的微分与积分性质计算卷积时，必须首先对两个相卷积的信号进行考查，如果微分的信号不是有始信号，将会得出错误的结果；如果微分的信号是有始信号，可放心地利用卷积的微分与积分性质，直接进行卷积计算。
QY-MS300E适用于高等院校及要求较高的中专、技校、职业学校，可完成电工学、电工原理、电路分析、模拟电子技术、数字电路，电气控制设备等课程实验。适用于高频电路实验，系统含有相配套的电源、信号源、电路实验区、电路开发区，为适合基础教学的需要，增添了数字电路、模拟电子技术实验线路。实现了专业基础课（模拟、数字电路）、专业课(高频电路)实验与开发二合一，做到一机多用。
实验项目：
(一)模拟电子实验：
1．二极管的正、反相特性
2．晶体三极管的输入、输出特性
3．晶体管共射极单管放大器
4．两级阻容耦合放大电路
5．负反馈对放大器性能的影响
6．场效应管放大器
7．差动放大电路
8．运算放大器指标测试
9．集成运算放大器的基本应用 (多种模拟运算电路)
10．集成运算放大器非线性应用（多种波形发生器）
11．变压器耦合推挽功率放大器
12．0TL功率放大器
13．集成功率放大器
14．单相桥式整流电路
15．串联型晶体管直流稳压电源(设计性实验)
16．集成直流稳压电源
17．单结晶体管特性
18．单结晶体管触发电路
19．晶闸管简单测试
20．晶闸管可控整流电路
利用上述20项实验元器件还可完成下面实验项目
1．电压负反馈偏置电路
2．分压式电流负反馈偏置电路
3．用二极管稳定工作点
4．共基极放大电路
5．共集电极放大电路
6．共源极基本放大电路
7．场效应管共漏极电路
8．场效应管共栅极电路
9．单管阻容放大电路
10．变压器耦合放大电路
11．甲类功率放大电路
12．串联电流负反馈电路
13．串联电压负反馈电路
14．并联电压负反馈电路
15．并联电流负反馈电路
16．共基共射极放大电路
17．自举射极输出电路
18．NPN一PNP直接耦合放大电路
19．用负反馈消除自激振荡
20．晶体管开关作用
21．变压器反馈式振荡电路
22．电容三点式振荡电路
23．电感三点式振荡电路
24．差动放大电路的基本形式
25．长尾式差动放大电路
26．双电源长尾式差动放大电路
27．运放用作交流比例放大
28．反相输入保护措施
29．同相输入保护措施
30．电源极性错接的保护
31．RC高通电路
32．利用三极管来保护器件
33．差动输入运算电路
34．快速积分电路
35．模拟一阶微分方程电路
36．模拟二阶微分方程电路
37．基本对数运算电路
38．实用微分电路
39．反对数放大基本电路
40．简单的过零比较电路
41．利用二级管作为上限检测幅度选择电路
42．下限幅度选择电路
43．RC无源网络的低通滤波电路
44．同相输入一阶低通滤波电路
45．反相输入一阶低通滤波电路
46．简单的二阶RC滤波电路
47．典型二阶RC有源低通滤波电路
48．典型二阶高通有源滤波电路
49．基本带通滤波电路
50．典型带通滤波电路
51．矩型波振荡电路
52．宽度可调的矩形波发生器
53．幅频可调的锯齿波发生器
54．单相半波整流电路
55．单相全波整流电路
56．电容滤波电路
57．电容滤波带电阻负载
58．RC滤波电路
59．基本LC滤波电路
60．二倍压整流电路
61．三倍压整流电路
62．基本稳压电路
63．基本调整管稳压电路
64．具有放大环节的稳压电路
65．单相半波可控硅整流
66．电子调压电路
67．电子催眠器一一趣味性实验一
68．电子门铃电路一一趣味性实验二
69．电子报警电路一一趣味性实验三
(二)数字电子实验：
1．TTL集成逻辑门的参数测试
2．CM0S逻辑门的参数测试
3．TTL集成电极开路门与三态输出门的应用
4．与、非、或、与非门电路实验
5．半加器电路实验
6．全加器电路实验
7．RS触发器实验
8．D触发器实验
9．JK触发器实验
10．T触发器实验
11．JK型触发器转换成D触发器
12．D型触发器转换成JK触发器
13．计数器实验
14．MSI移位寄存器及其应用
15．译码器及其变换方式
16．MSI数据选择器及逻辑设计
17．微分型单稳态电路
18．环形多谐振荡器
19．利用门电路构成编码器分配器、选择器
20．组合电路的设计之一一一编码转换
21．组合电路的设计之二一一显示电路
22．同步时序电路的设计
23．计算机时序电路的设计
24．集成定时器测试及应用
25．CM0S集成A/D、D/A转换电路实验
26．二极管非门、或非门电路
27．三极管非门、与非门、或非门电路
28．异步十进制减法计数器
29．异步十进制加法计数器
30．综合能力培训实验一一电子秒表
（三）高频电路实验内容：
1．调谐放大电路
2．通频带扩展电路
3．LC振荡器电路
4．石英晶体振荡器电路
5．谐振功率放大电路
6．丙类高频功率放大电路
7．幅度调制电路
8．幅度解调电路
9．分立元件组成的频率调制与解调电路
10．集成电路组成的频率调制器
11．集成电路组成的压控振荡器及锁相环电路
12．波形变换电路