数字信号分析理论与实践笔记.docx

https://www.bilibili.com/video/BV18E411f7ZQ华中科技大学（数字信号处理）的笔记，该课程将matlab代码与课程理论结合，推荐观看。介绍了时域，频域分析，相关性分析，滤波器设置，时频域分析等基础知识，适合初入信号分析的基础学习。 《数字信号分析理论与实践》笔记 数字信号分析是一门涉及信号处理的学科，它将数学理论与实际应用相结合，特别是在计算机科学、电子工程和通信技术等领域有着广泛的应用。本笔记主要围绕MATLAB软件和Arduino硬件平台，讲解了数字信号处理的基础知识，包括信号的时域、频域分析，以及采样定理、滤波器设计等内容。 1. A/D转换与D/A转换： - A/D转换器（模拟到数字转换器）是将模拟信号转变为数字信号的关键组件，常见的类型有积分型、逐次逼近型和并行比较型。转换器的位数决定了精度，例如8位、10位和12位，位数越高，精度越高，但阶梯效应也越小。 - D/A转换器（数字到模拟转换器）则相反，将数字信号转换为模拟信号。同样，转换器的位数决定了输出的精度和动态范围。 2. 采样定理： - 采样定理是信号处理的核心，规定为了不失真地重构原始信号，采样频率（Fs）必须至少是信号最高频率成分的两倍（Nyquist-Shannon采样定理）。在工程实践中，通常选择更高的采样频率（如5Fmax）以确保信号质量，并避免频率混叠现象，即高频成分错误地表现为低频成分。 3. MATLAB基础句法： - MATLAB是一种强大的数值计算环境，其变量类型由赋值自动确定，默认为双精度。 - 矩阵是MATLAB的基本数据结构，可以直接进行数学运算，如用函数linespace、zeros、ones和rand创建特定类型的矩阵。 4. Arduino及其应用： - Arduino是一种开源的微控制器平台，常用于低成本的I/O卡项目。以Arduino Due为例，它具有多个IO口、模拟输入口和硬件串口，且支持各种传感器，适合构建简单的测控系统。 5. 信号函数与标准信号： - 信号采样包括正弦波、方波、三角波和锯齿波等。MATLAB提供了相应的函数如`sin`、`square`、`sawtooth`来生成这些信号。 - 噪声信号如白噪声（`randn`）和均匀噪声（`rand`）在模拟真实世界信号时非常有用。 - 幅值调制涉及到基音和泛音的概念，基音决定音高，泛音则丰富了声音的质感。 6. 信号的时域与频域分析： - 通过对信号进行傅里叶变换，可以将其从时域转换到频域，揭示信号的频率成分和能量分布，这对于滤波器设计和信号识别至关重要。 7. 滤波器设置与设计： - 滤波器是用来去除或增强特定频率成分的工具。根据应用需求，可以设计低通、高通、带通和带阻滤波器，MATLAB提供了一系列滤波器设计函数来实现这些功能。 8. 时频域分析： - 时频域分析结合了信号的时间变化信息和频率信息，如短时傅里叶变换和小波变换，对于分析非稳态信号特别有用。 通过学习这些基础知识，初学者可以逐步掌握数字信号处理的核心概念，利用MATLAB和Arduino进行实践操作，从而更好地理解和应用到实际项目中。