信号处理原理与应用PDF电子书下载

第1章 信号分析的基本概念 1

1．1 引言 1

1．2 信号的概念及分类 2

1．2．1 信号的概念 2

1．2．2 信号的描述与分类 2

1．3 典型信号与奇异信号 5

1．3．1 正弦、余弦信号（sine＆cosine signals） 5

1．3．2 指数信号（exponential signal） 6

1．3．3 复指数信号（complex-exponential signal） 6

1．3．4 抽样信号（sampling signal） 6

1．3．5 奇异信号（singularity signal） 7

1．4 信号的分解 13

1．4．1 直流分量与交流分量（direct ＆ alternating components） 13

1．4．2 偶分量与奇分量（even＆odd components） 13

1．4．3 实部分量与虚部分量（real＆ imaginary components） 14

1．4．4 脉冲分量（pulse component） 15

1．4．5 正交函数分量（orthogonal function component） 15

1．5 信号的基本运算 19

1．5．1 信号的叠加与相乘（additivity and multiplication of signal） 19

1．5．2 信号的反褶（reversal of signal） 19

1．5．3 信号的时间平移（time-shifting of signal） 20

1．5．4 信号的时间展缩（尺度变换）（scaling of signal） 20

1．5．5 卷积运算（convolution computation） 21

1．5．6 信号相关分析与运算 26

习题 32

第2章 傅里叶变换 35

2．1 周期信号的频谱分析——傅里叶级数 35

2．1．1 三角形式的傅里叶级数 35

2．1．2 复指数形式的傅里叶级数 37

2．1．3 函数的对称性与傅里叶系数的关系 39

2．2 周期矩形脉冲信号的频谱 41

2．2．1 展开成三角形式的傅里叶级数 41

2．2．2 展开成复指数形式的傅里叶级数 42

2．2．3 频谱的特点 43

2．2．4 傅里叶有限项级数 44

2．2．5 周期信号的功率分配 46

2．3 非周期信号的频谱分析——傅里叶变换 46

2．3．1 傅里叶变换的定义 46

2．3．2 典型非周期信号的傅里叶变换 51

2．4 傅里叶变换的基本性质 56

2．4．1 线性（linear property） 56

2．4．2 奇偶虚实性 56

2．4．3 对偶（对称）性 59

2．4．4 尺度变换特性 61

2．4．5 时域平移性 63

2．4．6 频域平移（频移）性 64

2．4．7 微分性 65

2．4．8 积分性（integral property） 67

2．5 卷积定理 69

2．5．1 时域卷积定理 69

2．5．2 频域卷积定理 70

2．6 周期信号的傅里叶变换 71

2．6．1 正、余弦信号的傅里叶变换 71

2．6．2 一般周期信号的傅里叶变换 72

2．7 抽样信号的傅里叶变换 75

2．7．1 抽样信号的频谱 76

2．7．2 抽样定理 79

习题 81

第3章 序列及其Z变换 85

3．1 离散时间信号——序列 85

3．1．1 序列的定义 85

3．1．2 常用序列介绍 86

3．1．3 序列的运算 89

3．2 序列的Z变换 91

3．2．1 Z变换的定义 91

3．2．2 Z变换的收敛域 92

3．2．3 Z变换的收敛域与零、极点关系 96

3．2．4 常用单边序列的Z变换 97

3．3 Z变换的性质和定理 100

3．3．1 线性性质 100

3．3．2 位移性质 101

3．3．3 z域微分性（序列线性加权） 102

3．3．4 z域尺度变换（序列指数加权） 103

3．3．5 时域卷积定理 104

3．3．6 z域卷积定理（序列相乘） 105

3．3．7 帕塞瓦尔定理 106

3．4 Z反变换 107

3．4．1 部分分式展开法（partial fraction expansion method） 109

3．4．2 长除法（幂级数法）（power series expansion method） 111

3．4．3 围线积分法（留数法）（contour integral method） 112

3．5 Z变换与拉普拉斯变换 113

3．5．1 z平面与s平面的映射关系 113

3．5．2 Z变换与拉普拉斯变换关系 114

习题 115

第4章 离散时间系统 117

4．1 线性时（移）不变离散系统及其数学模型 117

4．1．1 离散时间系统及分类 117

4．1．2 差分方程数学表示法 118

4．2 离散系统时域分析 119

4．2．1 差分方程的递推解法 119

4．2．2 离散卷积法 120

4．3 离散系统z域分析 124

4．3．1 利用Z变换解差分方程 124

4．3．2 离散系统的系统函数 127

4．4 离散系统的因果性、稳定性 129

4．4．1 因果系统与稳定系统 129

4．4．2 系统函数与系统的因果性、稳定性 130

4．5 离散系统的频率响应 131

4．5．1 序列的傅里叶变换 131

4．5．2 频率响应特性 132

4．5．3 频率特性的几何表示法 134

习题 137

第5章 离散傅里叶变换 140

5．1 离散傅里叶级数（DFS） 140

5．2 离散傅里叶变换（DFT）的基本概念 143

5．2．1 主值序列 144

5．2．2 离散傅里叶变换（DFT）定义 145

5．3 离散傅里叶变换的性质 146

5．3．1 线性性质 146

5．3．2 位移性质 147

5．3．3 频移性质 148

5．3．4 时域圆周卷积（圆卷积） 148

5．3．5 频域圆卷积 152

5．3．6 奇偶虚实性 152

5．3．7 相关特性 154

5．4 离散傅里叶变换与Z变换的关系 155

5．4．1 X（z）的抽样 155

5．4．2 X（z）的恢复 155

5．4．3 以X（k）表示的频率响应特性 156

5．5 快速傅里叶变换（FFT） 157

5．5．1 减少DFT运算次数的途径 157

5．5．2 W矩阵因子化 158

5．5．3 基2时间抽取FFT算法基本原理 160

5．6 FFT的应用 168

5．6．1 快速卷积（fast convolution） 168

5．6．2 快速相关（功率谱计算） 170

习题 171

第6章 滤波器原理与设计 175

6．1 模拟滤波器原理 175

6．1．1 模拟滤波器概述 175

6．1．2 信号不失真传输条件 177

6．1．3 滤波器的理想特性与实际特性 179

6．2 模拟滤波器设计 181

6．2．1 幅度平方函数 181

6．2．2 由幅度平方函数求系统函数 183

6．3 巴特沃思滤波器 184

6．3．1 巴特沃思滤波器的幅频特性 184

6．3．2 巴特沃思滤波器系统函数与极点分布关系 185

6．4 切比雪夫滤波器 189

6．4．1 切比雪夫多项式 189

6．4．2 切比雪夫滤波器的幅频特性 190

6．4．3 切比雪夫滤波器系统函数与极点分布 191

6．5 模拟滤波器的频率变换 195

6．6 数字滤波器概述 198

6．6．1 数字滤波器基本工作原理 198

6．6．2 数字滤波器分类 200

6．6．3 数字滤波器特点及功能 202

6．7 IIR数字滤波器设计 203

6．7．1 冲激响应不变法 204

6．7．2 双线性变换法 208

6．7．3 IIR数字滤波器结构 213

6．8 FIR数字滤波器设计 218

6．8．1 FIR数字滤波器特点 218

6．8．2 FIR滤波器设计的窗函数法 224

6．8．3 FIR数字滤波器结构 230

6．9 有限字长效应的影响 231

6．9．1 A／D转换的量化误差 232

6．9．2 滤波系数量化的影响 233

6．9．3 数字运算过程中有限字长效应的影响 237

6．10 数字滤波器的实现 239

6．10．1 软件实现与硬件实现 240

6．10．2 数字滤波器类型的选择 245

习题 246

第7章 数字信号处理器（DSP）原理 251

7．1 概述 251

7．2 TMS320F240 DSP总体结构 254

7．2．1 基本结构和主要特征 254

7．2．2 DSP的总线结构 256

7．2．3 中央处理单元 258

7．2．4 存储器 261

7．2．5 程序控制 266

7．3 片内外设 266

7．3．1 事件管理模块 266

7．3．2 数模转换模块 267

7．3．3 SCI串行通信模块 267

7．3．4 SPI串行外设接口模块 268

7．3．5 数字I／O端口 268

7．3．6 中断系统 268

7．4 指令系统 272

7．4．1 寻址方式 272

7．4．2 DSP指令集 275

第8章 数字信号处理技术的应用 290

8．1 DSP在电气工程中的应用 290

8．1．1 DSP在电机控制方面的应用 290

8．1．2 DSP在继电保护方面的应用 293

8．1．3 DSP在变电站自动化方面的应用 296

8．1．4 DSP在电气工程其他方面的应用 297

8．2 DSP应用实例 301

8．2．1 DSP在有源电力滤波器中的应用 301

8．2．2 信号调理、采样保持及模数转换 305

8．2．3 数字滤波器的设计 309

8．2．4 滤波前后的电流波形比较 311

8．2．5 三相高功率因数变流器［25～27］ 312

第9章 MATLAB在信号处理中的应用 317

9．1 MATLAB使用初步及信号描述与变换 317

9．1．1 实验目的 317

9．1．2 实验原理 318

9．1．3 仿真实验参考程序 320

9．1．4 实验要求 322

9．1．5 实验准备 322

9．1．6 实验步骤 322

9．1．7 实验报告要求 322

9．2 连续时间信号卷积运算的MATLAB实现 322

9．2．1 实验目的 322

9．2．2 实验原理 323

9．2．3 实验参考程序 323

9．2．4 实验要求 325

9．2．5 实验准备 325

9．2．6 实验步骤 325

9．2．7 实验报告要求 326

9．3 离散系统的频率响应和输出响应 326

9．3．1 实验目的 326

9．3．2 实验原理 326

9．3．3 实验参考程序 326

9．3．4 实验要求 328

9．3．5 实验准备 328

9．3．6 实验步骤 328

9．3．7 实验报告要求 328

9．4 用FFT实现信号谱分析 328

9．4．1 实验目的 328

9．4．2 实验原理 328

9．4．3 实验举例 330

9．4．4 实验参考程序 330

9．4．5 实验准备 330

9．4．6 实验步骤 330

9．4．7 实验报告要求 331

9．4．8 思考题 331

9．5 循环卷积与线性卷积的实现 331

9．5．1 实验目的 331

9．5．2 实验原理 331

9．5．3 实验参考程序 332

9．5．4 实验要求 334

9．5．5 实验准备 334

9．5．6 实验步骤 334

9．5．7 实验报告要求 334

9．6 IIR数字巴特沃思滤波器的设计 334

9．6．1 实验目的 334

9．6．2 实验原理 334

9．6．3 实验例题与实验参考程序 335

9．6．4 实验前准备及要求 337

9．6．5 实验步骤 337

9．6．6 实验报告要求 337

9．6．7 思考题 338

9．6．8 上机练习例题 338

上机练习题 340

附录 343

A 卷积表 343

B 常用周期信号的傅里叶级数表 344

C 常用信号的傅里叶变换表 347

D 几何级数的求值公式表 354

E 序列的Z变换表 357

F TMS320F240芯片管脚 359

G TMS320F240芯片内部模块 360

习题答案 361

参考文献 369