ADS1298模拟前端的便携式生理信号采集系统
ADS1298模拟前端的便携式生理信号采集系统
时间：2012-02-21 16:49:00 来源：电子设计工程作者：魏厚杰，官金安，方浩摘要：介绍了一种便携式多功能生理信号采集装置，用户通过简单设置及选择相应电极，可分别进行脑电和心电数据的实时采集，并能对数据进行显示和存储。它具有精度高、体积小、功耗低等特点。该系统下位机主要由ST公司的STM32单片机STM32F103和TI公司的ADS1298模拟前端IC构成，省去了大量的外围电路。下位机通过USB2．0协议与上位机进行数据传输。上位机USB驱动由NI-VISA实现，软件用LabVIEW开发。
关键词：生理电信号；24位ADC；USB；LabVIEW
引言
生理电信号在医疗诊断和科学研究方面有着重要的意义。目前，生理电信号采集装置通常针对某种特定的信号设计，如脑电图机、心电图机等。通常精度高的仪器，由于各个通道均需要独立的模拟放大、滤波等模块，故其体积往往较大，限制了仪器的应用环境。而脑电的幅频特性“0．001～0．1 mV、0．5～40 Hz”与心电的幅频特性“1～5 mV、0．05～100 Hz”具有相似性。本文运用24位ADC技术，直接采集生理电信号，进行数字滤波和放大，设计一种能通过简单配置，能分别采集脑电和心电的生理信号采集系统。该系统具有可复用、便携、功耗低等特点，为生理信号的采集提供一种新方案。
1 总体设计
考虑到整个系统的精度、体积、成本以及电子技术的发展趋势，提出以下设计方案。为减小系统体积，提升精度，系统利用24位A／D转换芯片和低数值基准电压源，得到高分辨率的数字信号(μV／bit级)，传送至单片机。单片机根据具体的应用(脑电或心电)配置A ／D芯片，并进行数据的采集、存储。由于数据量较大，系统上／下位机之间采用USB协议进行数据传输。为防止人体触电、减少信号干扰，USB数据链路采用ADuM4160芯片进行隔离。上位机采用LabVIEW软件实现USB驱动、数据处理和界面的设计。图1为系统的原理框图。
2 硬件设计
2．1 预处理电路
图2为预处理部分电路。该部分由二阶无源低通滤波和限幅电路组成，起到消除高频干扰和过压保护的作用。其中，低通截止频率为30 kHz，可通过电压幅值范围为±700mV。
2．2 基准电平
虽然ADS1298中集成了精度为0．2％的2．4V和4．0 V的基准电平，但为了减小前端放大器的放大倍数，本设计中的ADC部分采用REF3112提供的1．25 V(0．2％)作为基准电平。该电平通过OPA211组成的电压跟随器进一步稳定，输入至ADS1298的VREF。
2．3 模拟前端ADS1298
本系统的模拟前端采用TI公司的ADS1298芯片。其内部原理框图如图3所示。
ADS1298主要特性为：
①8通道24位ADC转换芯片，其采样频率可工作在250sps～32ksps。
②各通道含可编程放大器，其放大倍数在1～12倍可调；CMRR>100 dB时，输入阻抗约为10MΩ。
③内置右腿驱动放大器和威尔逊中心电端。
根据心电模式或脑电模式的具体应用，通过单片机配置多路选择器(MUX)内部各个输入端(INPUTS、RLD)的通断，可编程放大器(A1～A8)的放大倍数和AD转换器(ADC1～ADC8)的采样频率。当芯片完成一次转换，Data Ready引脚变为低电平，通知MCU通过SPI总线读取数据。
2．4 MCU控制部分
选用STM32F103芯片作为系统的MCU。该芯片具有高性能(72 MHz工作频率、具有单周期乘法指令和硬件除法指令)，低功耗(0．19 mW／ MHz)和丰富外设(SPI及USB等)等特点。对于模拟前端ADS1298，MCU作为主机，采用SPI协议进行通信。系统上电时，设置ADS1298的相应寄存器；在检测到ADS1298的Data Ready信号后，读取ADC的转换结果。对于上位机，MCU作为从机，采用USB协议和上位机进行通信。MCU在连接上位机时，完成USB枚举等初始化动作；当接收到ADS1298的数据后，打包成USB数据包，传送给上位机。
2．5 USB隔离
为保护人体安全，本设计中采用ADuM4160芯片进行上下位机隔离，下位机采用电池供电。ADuM4160芯片是ADI公司推出的专用USB隔离芯片，具有透明、易于配置、兼容USB2．0协议、可隔离5 000 V电压等优点。图4为USB隔离部分框图。芯片左侧VBUS1、DD+、DD-和GND1分别连接上位机的5 V、USB正端、USB负端和地线；芯片右侧VBUS2、DD+、DD-和PIN分别连接MCU的电源、USB正端(PA12口)、USB负端(PA11口)、I ／O口(PA10口)，其中PIN为使能端。
2．6 电源部分
本系统需要3路电源供电：数字部分供电电压3．3 V、模拟正端供电电压3 V、模拟负端供电电压-3 V。其中，3．3 V由AMS1117-3．3芯片从电池电压转换得到，3V由TPS73230芯片从电池芯片转换得到，-3V由TPS60403芯片从3V电压转换得到。
3 上位机程序设计
3．1 USB驱动部分
采用LabVIEW的NI-VISA子程序控件来实现USB驱动。VISA(Virtual Instrument Software Architecture)是一个用来与各种仪器总线进行通信的高级应用编程接口(API)。运用该API，可使用NI-VISA方便地实现USB的读写功能。
基于NI-VISA的USB驱动配置过程如下：
①使用驱动程序开发向导(Driver Development Wizard，DDW)创建INF文档。安装
NI-VISA软件(3．0或后续版本)，打开DDW，选择USB，在相应栏里面填入USB设备的VID、
PIE)、制造商名称和型号名称，最后点击“完成”按钮即可生成*．INF驱动文件。
②安装INF文档，并安装使用INF文档的USB设备。将*．INF文件复制到系统盘的Windows 文件夹下，在右键菜单中点击安装即可。当PC机检测到本系统的下位机接入后，会根据INF 配置文件加载NI-VISA作为底层驱动。
3．2 软件编程部分
在LabVIEW开发环境中，使用“VISA打开”模块打开USB设备，在“VISA启用事件”模块中使能USB中断，在“VISA等待事件”模块中设置超时时间。设置完成后，可在“VISA 获取USB中断数据”模块中得到USB数据。实现USB通信的LabVIEW代码如图5所示。
LabVIEW开发环境中，集成了多种信号处理模块、数据显示模块和数据保存函数，可方便地对USB中得到的数据进行处理。本设计心电应用中，带通频率设置为0．5～50 Hz、50～100Hz；脑电应用中，带通频率设置为0．5～40Hz。经过滤波的数据一方面在“Waveformcharts”中显示，另一方面应用“Open／Create／Replace File”函数和“Write To Spreadsheet File”函数保存至硬盘，供后续分析。
4 测试结果
在室内常温环境下，被测人体的身体自然放松，大脑清醒；系统下位机由电池供电，分别进行心电和脑电采集，采样频率为1 kHz，心电测试图和脑电测试图如图6、图7所示。
心电测试中，侦测电极位于锁骨中线和第五肋间的交点，参考地位于右边腋中线；脑电测试中，侦测电极位于10～20电极放置法的FP1点位，参考地位于右耳根部。
结语
生理电信号大多具有信号内阻高、幅度低的特点，往往淹没在环境噪声当中。本文基于24位ADC技术的采集系统，能够对模拟信号进行高分辨率采样，对转化后的数字信号进行数字滤波、放大处理。一方面，简化了硬件电路；另一方面，由于数字滤波器的参数可通过软件方式方便的调节，故可实现仪器复用，采集多种生理电信号。
对样机的测试表明，系统能够正常工作，适用于脑电、心电的采集。
数字信号处理试题
一、 单 项选择题 1. 序列x(n)=Re(e jn π/12 )+I m (e jn π/18 ),周期为( )。 A. 18π B. 72 C. 18π D. 36 2. 设C 为Z 变换X(z)收敛域内的一条包围原点的闭曲线，F(z)=X(z)z n-1 ,用留数法求X(z)的反变换时( )。 A. 只能用F(z)在C 内的全部极点 B. 只能用F(z)在C 外的全部极点 C. 必须用收敛域内的全部极点 D. 用F(z)在C 内的全部极点或C 外的全部极点 3. 有限长序列h(n)(0≤n ≤N-1)关于τ= 2 1 -N 偶对称的条件是( )。 A. h(n)=h(N-n) B. h(n)=h(N-n-1) C. h(n)=h(-n) D. h(n)=h(N+n-1) 4. 对于x(n)= n )21(u(n)的Z 变换，( )。 A. 零点为z=21，极点为z=0 B. 零点为z=0，极点为z=21 C. 零点为z=21，极点为z=1 D. 零点为z=2 1 ，极点为z=2 5、)()(101n R n x =，)()(72n R n x =，用DFT 计算二者的线性卷积，为使计算量尽可能的少，应使DFT 的长度N 满足 。 A.16>N B.16=N C.16
四通道数据采集系统
四通道数据采集系统 姓名：□□□ 学号：113110000918 摘要：数据采集技术是信息科学的一个重要分支，它研究信息数据的采集、存储、处理及控制等工作，一个数据采集系统通常是由数据采集、信号调理、数据转换以及存储等4个主要部分组成。本文主要研究了一种基于AD7934-6的数据采集系统的整体实现，具体包括信号调理电路设计、ADC外围电路设计及ADC驱动设计。设计了信号调理电路，高性能的信号调理电路是实现良好测量精度的重要条件，合理且简单的数据采集前端处理既是对硬件电路的简化，提高硬件系统可靠性，也简化处理器软设计、减小软件处理时间。给出了ADC驱动时序，处理器对ADC的合理驱动使ADC在合理的时序工作，确保ADC转换的可靠性。 关键字：数据采集、调理电路、ADC驱动 1本文完成的工作 在查阅了相关数据采集系统文献的基础上，本文设计了信号调理电路、ADC 外围电路以及CPU对ADC的驱动逻辑。基本完整地设计了一种基于AD7934-6的数据采集系统的硬件电路原理图及软件驱动。 2 硬件原理图设计 2.1 信号调理电路 数据采集前端信号调理电路就是在数模转换前对信号调理的过程。送入数据采集系统的模拟信号经过传感器转换成电信号，电信号必须经过合理的信号调理电路才能达到较好的测量精度，而合理的数据采集前端处理结构能简化电路，降低实现难度，保证系统的可靠运行。信号调理电路就是从信号输入到ADC转换之间的模拟电路，包括输入电路、前置放大器、电源电路等。 本数据采集系统需对压力传感器输出的标准4~20mA电流进行采样。系统中电流采样是通过采样电阻将小电流信号转换成电压信号并且经过调理电路后进行采样。由于电流信号是通过AD7934-6模数转换器来完成，当参考电平设置为2.5V时，ADC采样口只能输入0~2.5V电压，所以调理电路输出应该不大于2.5V。本系统所设计的调理电路由单个运算放大器构成。本系统的采样电阻选择100Ω电阻，运算放大器选择的是LM358，其内部包含两个独立的、高增益、内部频率补偿的运算放大器。调理电压输出经过低通无源滤波输出，考虑到传感器输出频率<1kHz，滤波频率选择略大于1kHz。电流采样调理电路设计如图2.1所示。
《数字信号处理》课程研究性学习报告解读
《数字信号处理》课程研究性学习报告 指导教师薛健 时间2014.6
【目的】 (1) 掌握IIR 和FIR 数字滤波器的设计和应用； (2) 掌握多速率信号处理中的基本概念和方法 ； (3) 学会用Matlab 计算小波分解和重建。 (4)了解小波压缩和去噪的基本原理和方法。 【研讨题目】 一、 (1)播放音频信号 yourn.wav ，确定信号的抽样频率，计算信号的频谱，确定噪声信号的频率范围； (2)设计IIR 数字滤波器，滤除音频信号中的噪声。通过实验研究s P ,ΩΩ，s P ,A A 的选择对滤波效果及滤波器阶数的影响，给出滤波器指标选择的基本原则，确定你认为最合适的滤波器指标。 （3）设计FIR 数字滤波器，滤除音频信号中的噪声。与（2）中的IIR 数字滤波器，从滤波效果、幅度响应、相位响应、滤波器阶数等方面进行比较。 【设计步骤】 【仿真结果】
【结果分析】 由频谱知噪声频率大于3800Hz。FIR和IIR都可以实现滤波，但从听觉上讲，人对于听觉不如对图像（视觉）明感，没必要要求线性相位，因此，综合来看选IIR滤波器好一点，因为在同等要求下，IIR滤波器阶数可以做的很低而FIR滤波器阶数太高，自身线性相位的良好特性在此处用处不大。【自主学习内容】 MATLAB滤波器设计 【阅读文献】 老师课件，教材 【发现问题】(专题研讨或相关知识点学习中发现的问题)： 过渡带的宽度会影响滤波器阶数N 【问题探究】 通过实验，但过渡带越宽时，N越小，滤波器阶数越低，过渡带越窄反之。这与理论相符合。 【仿真程序】 信号初步处理部分： [x1,Fs,bits] = wavread('yourn.wav'); sound(x1,Fs); y1=fft(x1,1024); f=Fs*(0:511)/1024; figure(1) plot(x1) title('原始语音信号时域图谱'); xlabel('time n'); ylabel('magnitude n'); figure(2) freqz(x1) title('频率响应图') figure(3) subplot(2,1,1); plot(abs(y1(1:512))) title('原始语音信号FFT频谱') subplot(2,1,2); plot(f,abs(y1(1:512))); title(‘原始语音信号频谱') xlabel('Hz'); ylabel('magnitude'); IIR： fp=2500;fs=3500; wp = 2*pi*fp/FS; ws = 2*pi*fs/FS; Rp=1; Rs=15;
数字信号处理期末试卷!
数字信号处理模拟试题一 一、单项选择题(本大题共10小题，每小题2分，共20分) 在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1.在对连续信号均匀采样时，要从离散采样值不失真恢复原信号，则采样角频率Ωs与信号最高截止频率Ωc应满足关系（A ） A.Ωs>2Ωc B.Ωs>Ωc C.Ωs<Ωc D.Ωs<2Ωc 2.下列系统（其中y(n)为输出序列，x(n)为输入序列）中哪个属于线性系统？（D） A.y(n)=y(n-1)x(n) B.y(n)=x(n)/x(n+1) C.y(n)=x(n)+1 D.y(n)=x(n)-x(n-1) 3.已知某序列Z变换的收敛域为5>|z|>3，则该序列为（D ） A.有限长序列 B.右边序列 C.左边序列 D.双边序列 4.实偶序列傅里叶变换是（A ） A.实偶序列 B.实奇序列 C.虚偶序列 D.虚奇序列 5.已知x(n)=δ(n)，其N点的DFT［x(n)］=X(k)，则X(N-1)=（B） A.N-1 B.1 C.0 D.-N+1 6.设两有限长序列的长度分别是M与N，欲通过计算两者的圆周卷积来得到两者的线性卷积，则圆周卷积的点数至少应取（B ） A.M+N B.M+N-1 C.M+N+1 D.2(M+N) 7.下面说法中正确的是（C） A.连续非周期信号的频谱为周期连续函数 B.连续周期信号的频谱为周期连续函数 C.离散非周期信号的频谱为周期连续函数 D.离散周期信号的频谱为周期连续函数 8.下列各种滤波器的结构中哪种不是IIR滤波器的基本结构？（C ） A.直接型 B.级联型 C.频率抽样型 D.并联型 9.下列关于FIR滤波器的说法中正确的是（C） A.FIR滤波器容易设计成线性相位特性
基于labview的语音信号采集系统
电气与自动化工程学院《LabVIEW编程实训》评分表课程名称：LabVIEW编程实训 题目：基于labview的语音信号采集系统设计 班级：1601131自动化学号：160113113姓名：刘德旺 指导老师： 年月日
常熟理工学院电气与自动化工程学院《LabVIEW编程实训》技术报告题目：基于LabVIEW的语音信号采集系统设计 姓名：刘德旺 学号：160113113 班级：自动化131 指导教师：陈飞 起止日期：2016年6月20日－7月8日
LabVIEW编程实训答辩记录 自动化专业 1601131班级答辩人刘德旺 题目基于LabVIEW的语音信号采集系统设计 说明：主要记录答辩时所提的问题及答辩人对所提问题的回答
目录 1．任务书 (1) 2．基于LABVIEW的数据采集系统概述 (3) 2.1虚拟仪器概念与传统仪器概念主要区别 (3) 2.1.1LabVIEW虚拟仪器简介 (3) 2.1.2LabVIEW虚拟仪器特点 (3) 2.2 LabVIEW图形化程序的组成与特点 (4) 2.2.1前面版 (4) 2.2.2程序框图 (4) 2.2.3图标和连接器 (5) 3．语音信号采集总体设计方案与硬件配置 (6) 3.1语音信号采集系统的功能分析 (6) 3.2语音信号采集系统的总体构成 (6) 3.3语音信号采集系统的硬件配置 (6) 4．语音信号采集系统的软件设计与功能实现 (11) 4.1语音信号采集系统的软件前面板设计 (11) 4.1.1语音信号采样信息界面 (11) 4.1.2语音采集控制按钮界面 (11) 4.1.3时域波形和频域波形显示界面 (11) 4.2语音信号采集系统的软件程序框图设计 (12) 5．语音信号采集系统的运行与分析 (18) 6．收获与体会 (21) 参考文献 (23)
数字信号处理课程实验报告4
数字信号处理课程实验报告 实验名称FIR数字滤 班级姓名 波器设计 教师姓名实验地点实验日期 一、实验内容 1、设计一个最小阶次的低通FIR数字滤波器，性能指标为：通带0Hz~1500Hz，阻带截 止频率2000Hz，通带波动不大于1%，阻带波动不大于1%，采样频率为8000Hz； 2、用一个仿真信号来验证滤波器的正确性（注意：要满足幅度要求和线性相位特性）。 二、实验目的 1、利用学习到的数字信号处理知识解决实际问题； 2、了解线性相位滤波器的特殊结构； 3、熟悉FIR数字滤波器的设计方法。 三、涉及实验的相关情况介绍（包含使用软件或实验设备等情况） 计算机一台(安装MATLAB6.5版本或以上版本) 四、实验记录（以下1~5项必须完成，第6项为选择性试做） 1.原理基础 令希望设计的滤波器的传输函数是H（ejw，hd（n）是与其对应的单位脉冲响应。一般情况下，由Hd（ejw）求出hd（n），然后由Z变换求出滤波器的系统函数。但是通常Hd（ejw）在边界频率处有不连续点，这使得hd（n）是无限长的非因果序列，所以实际是不能实现的。为了构造一个长度为N的线性相位滤波器，可以将hd（n）截取一段来近似，并且根据线性相位的特点，需要保证截取后的序列关于（N-1）/2对称。设截取的一段为h(n)，则 Wr（n）称为矩形窗函数。 当hd（n的对称中心点取值为（N-1)/2时，就可以保证所设计的滤波器具有线性相位。 2 实验流程
1.信号的谱分析 2.信号的采样 3.信号的恢复 3源程序代码 clc; clear all; close all; fs=700;%采样频率 f=[30 40];%截止频率 a=[1 0]; dev=[0.01 0.1]; % dev纹波 [n,fo,ao,w]=remezord(f,a,dev,fs);%n滤波器阶数fo过渡带起止频率ao频带内幅度————firpmord b=remez(n,fo,ao,w);%firpm b=b.*blackman(length(b))'; b=b; a=1; figure(1) % [H,W]=freqz(b,1,1024,Fs); % plot(W,20*log10(abs(H))); freqz(b,1,1024,fs);grid title('滤波器') grid %%%%%%%%%%%%%%%% fc=28; fcl1=50; fcl2=100; fcl3=150; N=1024; n=1:N; % x=2*cos(2*pi*fc/fs*n)+j*2*sin(2*pi*fc/fs*n)+cos(2*pi*fcl/fs*n)+j*sin(2*pi*fcl/fs*n)+1*r and(1,N); xc=2*cos(2*pi*fc/fs*n); x=2*cos(2*pi*fc/fs*n)+2*cos(2*pi*fcl1/fs*n)+2*cos(2*pi*fcl2/fs*n)+0.1*rand(1,N); % x=2*cos(2*pi*fc/fs*n); xfft=abs(fft(x,N));
基于单片机的多路信号采集
信号采集输入电路的设计 与实现 电信1302班 刘志威 0121309340310
摘要 本设计主要完成了基于AT89S51单片机控制的数据采集系统的硬件电路设计以及相应的软件设计。 本系统的硬件设计主要包括：多路转换开关及前置放大电路的设计，采样保持电路的设计，模数转换电路的设计，PC机通信的技术，键盘和显示的设计，系统电源的设计。多路转换开关及前置放大电路的设计中重点介绍了多路开关的选择、AD521放大倍数的计算以及多路开关CD4051和放大器AD521硬件连接电路。采样保持电路的设计中重点介绍了采样保持电路的原理和主要参数以及采样保持器的选择和连接电路。模数转换电路的设计中重点介绍了系统A/D通道的选择和A/D转换器的各项误差分析以及A/D转换器AD574的介绍、输入方式和连接电路。单片机与pc机通信主要是利用MAX232单芯片RC-232标准的接口通信电路。键盘和显示的设计采用八个独立键盘并通过串行通信的方式传输到12864中并显示。电源部分的设计通过采用6V*2的变压器对220V的输入交流电进行降压，经二极管全波整流，通过三端稳压器的稳压，输出5V直流电压。利用555时基电路输出 15V的双电源电压。 关键词：数据采集；AT89S51单片机；CD4051；MAX232
第一章系统硬件设计 本系统的硬件设计主要包括：多路转换开关及前置放大电路的设计，采样保持电路的设计，模数转换电路的设计，PC通信，电源的设计。 1.多路开关的选择 多路转换开关在模拟输入通道中的作用是实现多选一操作，即利用多路转换开关将多路输入中的一路接至后续电路。切换过程可在CPU或数字电路的控制下完成。常用的模拟开关大都采用CMOS工艺，如8选1开关CD4051、双4选1开关CD4052、三3选1开关CD4053等。本设计是实现8路数据采集，所以只选择1片8选1的模拟开关。 模拟多路开关中，不可避免导通电阻R ON 的存在。R ON 使信号电压产生跌落， 跌落量与流过开关的电流成正比。设计中希望R ON 越小越好，但是R ON 越小的器件 价格越高。所以根据器件的价格和系统的容忍度，选择R ON 的值。 多路开关的主要参数是精度和速度。多路开关的精度以传输误差的大小来间接表示。多路开关的速度以信号通过多路开关的通过率来间接表示。 传输误差是衡量多路开关的一个指标，多路开关的传输误差包括两个方面。 （1）多路开关导通电阻加上信号源阻抗与负载阻抗构成了分压器。当要求精度为0.01%时，负载阻抗就应至少是开关导通电阻与信号源阻抗之和的104倍。在数据采集系统中，多路开关的负载一般是采样/保持器。因为典型的多路开关的导通电阻为200欧姆～200千欧姆，所以，如果信号源阻抗在几百欧姆以下，则作为负载的采样/保持器，其输入阻抗应在108欧姆以上。 （2）多路开关的漏电流在信号源阻抗上产生偏移电压，而漏电流与工作温度关系很大。因此，应该根据最高工作温度时的漏电流来计算偏移误差。 通过率是衡量多路开关的另一个指标，是多路开关从一个通道切换并使下一个通道建立到规定精度所能达到的最高切换率。它一方面取决于多路开关建立时间，并与规定的建立精度有关，另一方面为了避免两个通道同时接通，多路开关被设计为“先断后通”，这增加了断开到接通的延时，影响了通过率的提高。在确定多路开关的通过率时，要跟据系统的采样速率来考虑。 根据上面的分析，本设计选用的是采用CMOS工艺的8选1开关CD4051。 CD4051的模拟信号范围为±7.5V，导通电阻R ON 为125欧姆，关断漏电流为0.1μA，
数字信号处理试题及答案
数字信号处理试题及答案 一、填空题：（每空1分，共18分） 1、 数字频率ω是模拟频率Ω对采样频率s f 的归一化，其值是 连续 （连续还是离散？）。 2、 双边序列z 变换的收敛域形状为 圆环或空集 。 3、 某序列的 DFT 表达式为∑-==1 0)()(N n kn M W n x k X ，由此可以看出，该序列时域的长度为 N ，变换后数字频域上相邻两个频率样点之间的间隔是 M π 2 。 4、 线性时不变系统离散时间因果系统的系统函数为2 52) 1(8)(2 2++--=z z z z z H ，则系统的极点为 2,2 1 21-=-=z z ；系统的稳定性为 不稳定 。系统单位冲激响应)(n h 的初值 4)0(=h ；终值)(∞h 不存在 。 5、 如果序列)(n x 是一长度为64点的有限长序列)630(≤≤n ，序列)(n h 是一长度为128点 的有限长序列)1270(≤≤n ，记)()()(n h n x n y *=（线性卷积），则)(n y 为 64+128-1＝191点 点的序列，如果采用基FFT 2算法以快速卷积的方式实现线性卷积，则FFT 的点数至少为 256 点。 6、 用冲激响应不变法将一模拟滤波器映射为数字滤波器时，模拟频率Ω与数字频率ω之间的 映射变换关系为T ω = Ω。用双线性变换法将一模拟滤波器映射为数字滤波器时，模拟频率Ω 与数字频率ω之间的映射变换关系为)2 tan(2ω T =Ω或)2arctan(2T Ω=ω。 7、当线性相位 FIR 数字滤波器满足偶对称条件时，其单位冲激响应)(n h 满足的条件为 )1()(n N h n h --= ，此时对应系统的频率响应)()()(ω?ω ωj j e H e H =，则其对应的相位函数 为ωω?2 1 )(-- =N 。 8、请写出三种常用低通原型模拟滤波器 巴特沃什滤波器 、 切比雪夫滤波器 、 椭圆滤波器 。 二、判断题（每题2分，共10分） 1、 模拟信号也可以与数字信号一样在计算机上进行数字信号处理，只要加一道采样的工序就可 以了。 （╳） 2、 已知某离散时间系统为)35()]([)(+==n x n x T n y ，则该系统为线性时不变系统。(╳)
信号采集与回放系统
信号采集与回放系统 技术报告 电信082班084775240 周霞 （合作者：电信082班084775228 吴迪） 指导教师：倪海燕 2010-5-27
摘要：本设计通过A/D转换和D/A转换实现输入信号与输出信号的变化。通过实验箱上的模式3的ADC输入正弦波信号，设计按键选择，有3种模式分别是直接回放，单次回放，循环回放和定点回放。 关键字：信号回放模式选择 一、实验要求 1. 实现输入，存储，回放信号 2. 回放模式选择（直接回放，单次波形回放，循环回放，分段存储定点回放等） 二、总原理图 三、系统总体方案设计 根据实验要求，TLC5510A 是采样率最高为20MHz的8位并行高速ADC ，FPGA的PIO48输出信号控制ADC1的输出使能信号OE（低电平有效）；PIO15为转换时钟信号CLK；AD转换结果送至PIO16~PIO23，并且同时显示在数码管1和数码管2上。ADC的模拟信号输入端在实验箱的左侧，允许输入0~5V的信号。 转换关系：DATA=255×Ain/5
数据从采集到转换结束需要两个半时钟周期 四、软件电路的设计 4.1控制器的设计 用VHDL语言编写控制器的程序，要有读写使能和模式选择。用choose[2]的四个状态分别表示直接回放，单次回放，循环回放和定点回放。 程序如下： library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; entity control is port ( clk:in std_logic; --时钟 writ:in std_logic; --读写使能 en:in std_logic; --使能 choose:in std_logic_vector(1 downto 0); --模式选择 ch:in std_logic_vector(1 downto 0); --阶段选择 enout:out std_logic; --读写使能输出 adr:out std_logic_vector(9 downto 0) ); --地址 end entity control; architecture behave of control is signal count1:std_logic_vector(9 downto 0); signal count11:std_logic_vector(9 downto 0); signal count2:std_logic_vector(9 downto 0); signal count22:std_logic_vector(9 downto 0); begin process(writ,en,ch,choose) begin if(en='1')then count1<="0000000000";count11<="0000000000"; count2<="0000000000";count22<="0000000000"; elsif (clk'event and clk='1')then if(choose="01")then ---- 单次回放
数字信号处理期末试题及答案汇总
数字信号处理期末试题及答案汇总
数字信号处理卷一 一、填空题（每空1分, 共10分） 1．序列()sin(3/5)x n n π=的周期为 。 2．线性时不变系统的性质有 律、 律、 律。 3．对4 ()()x n R n =的Z 变换为 ，其收敛域为 。 4．抽样序列的Z 变换与离散傅里叶变换DFT 的关系为 。 5．序列x(n)=(1，-2，0，3；n=0，1，2，3), 圆周左移2位得到的序列为 。 6．设LTI 系统输入为x(n) ，系统单位序列响应为h(n)，则系统零状态输出y(n)= 。 7．因果序列x(n)，在Z →∞时，X(Z)= 。 二、单项选择题（每题2分, 共20分） 1．δ(n)的Z 变换是 （ ）A.1 B.δ(ω) C.2πδ(ω) D.2π 2．序列x 1（n ）的长度为4，序列x 2（n ）的长度为3，则它们线性卷积的长度是 （ ） A. 3 B. 4 C. 6 D. 7 3．LTI 系统，输入x （n ）时，输出y （n ）；输入 为3x （n-2），输出为 （ ） A. y （n-2） B.3y （n-2） C.3y （n ） D.y （n ） 4．下面描述中最适合离散傅立叶变换DFT 的是 （ ） A.时域为离散序列，频域为连续信号 B.时域为离散周期序列，频域也为离散周期序列
C.时域为离散无限长序列，频域为连续周期信号 D.时域为离散有限长序列，频域也为离散有限长序列 5．若一模拟信号为带限，且对其抽样满足奈奎斯特条件，理想条件下将抽样信号通过即可完全不失真恢复原信号（）A.理想低通滤波器 B.理想高通滤波器 C.理想带通滤波器 D.理想带阻滤波器 6．下列哪一个系统是因果系统（）A.y(n)=x (n+2) B. y(n)= cos(n+1)x (n) C. y(n)=x (2n) D.y(n)=x (- n) 7．一个线性时不变离散系统稳定的充要条件是其系统函数的收敛域包括（）A. 实轴 B.原点C.单位圆 D.虚轴 8．已知序列Z变换的收敛域为｜z｜>2，则该序列为（）A.有限长序列 B.无限长序列C.反因果序列 D.因果序列 9．若序列的长度为M，要能够由频域抽样信号X(k)恢复原序列，而不发生时域混叠现象，则频域抽样点数N需满足的条件是( ) A.N≥M B.N≤M C.N≤2M D.N≥2M 10．设因果稳定的LTI系统的单位抽样响应h(n)，在n<0时，h(n)= ( )
多路模拟信号采集电路毕业论文
多路模拟信号采集电路毕业论文 1 绪论 1.1 课题来源及研究的目的和意义 近年来，数据采集与处理的新技术、新方法，直接或间接地引发其革新和变化，实时监控(远程监控)与仿真技术(包括传感器、数据采集、微机芯片数据、可编程控制器PLC、现场总线处理、流程控制、曲线与动画显示、自动故障诊断与报表输出等)把数据采集与处理技术提高到一个崭新的水平。 “数据采集”是指将温度、压力、流量、位移等模拟量采集转换成数字量后，再由计算机进行存储、处理、显示或打印的过程。相应的系统称为数据采集系统。 从严格意义上说，数据采集系统应该是用计算机控制的多路数据自动检测或巡回检测，并且能够对数据实行存储、处理、分析计算，以及从检测的数据中提取可用的信息，供显示、记录、打印或描绘的系统。总之，不论在哪个应用领域中，数据的采集与处理越及时，工作效率就越高，取得的经济效益就越大。 数据采集系统的任务，具体地说，就是传感器从被测对象获取有用信息，并将其输出信号转换为计算机能识别的数字信号，然后送入计算机进行相应的处理，得出所需的数据。同时，将计算得到的数据进行显示、储存或打印，以便实现对某些物理量的监视，其中一部分数据还将被生产过程中的计算机控制系统用来进行某些物理量的控制。 数据采集系统性能的好坏，主要取决于它的精度和速度。在保证精度的条件下，应有尽可能高的采样速度，以满足实时采集、实时处理和实时控制的要求[1]。 现场可编程门阵列(FPGA，Field Programmable Gate Array)的出现是超大规
模集成电路(VLSI)技术和计算机辅助设计(CAD)技术发展的结果，是当代电子设计领域中最具活力和发展前途的一项技术，它的硬件描述语言的可修改性、高集成性、高速低功耗、开发周期短、硬件与软件并行性决定了它的崛起是必然的趋势。现场可编程门阵列FPGA器件是Xilinx公司1985年首家推出的，它是一种新型的高密度PLD，采用CMOS-SRAM工艺制作，其部由许多独立的可编程逻辑模块(CLB)组成，逻辑块之间可以灵活的相互连接。CLB的功能很强，不仅能够实现逻辑函数，还可配置成RAM等复杂的形式。配置数据存放在片的SRAM或者熔丝图上，基于SRAM的FPGA器件工作前需要从芯片外部加载配置数据。配置数据可以存储在片外的EPROM 或者计算机上，设计人员可以控制加载过程，在现场修改器件的逻辑功能，即所谓现场可编程[2][3]。 1.2 数据采集系统研究现状 随着数字化进程的加快，工业生产和科学研究等各个领域对数据采集提出了更高的要求。数据采集作为信息处理系统的最前端，从广义上讲，主要包括以下几个方面：数据的采集、数据的存储、数据的初步处理等，并且一般需要通过PC接口总线将数据送入计算机，根据不同的需要进行相应的算法处理。简言之，数据采集系统的主要任务就是把输入的模拟信号转换成数字信号，并对其进行处理，为进一步操作做准备。 数据采集技术已经在雷达系统、通信设备、水声探测、遥感探测、语音处理、智能仪器设备、工业自动化系统以及生物医学工程等众多领域得到广泛的应用，并取得了巨大的经济效益和提高了工作效率。随着工业化和现代化水平的不断发展，以数据采集系统为核心的设备迅速在国外得到了广泛的应用，且对数据采集的要求日益提高。
2017数字信号处理模拟题a答案
1. 两个有限长序列x1(n)，0≤n ≤33和x2(n)，0≤n ≤36，做线性卷积后结果的长度是 70 ， 若对这两个序列做64点循环卷积，则圆周卷积结果中n= 6 至 64 为线性卷积结果。 2. 一线性时不变系统，输入为 x （n ）时，输出为y （n ） ；则输入为2x （n ）时，输出为 ； 输入为x （n-3）时，输出为 3. 若正弦序列x(n)=sin(30n π/120)是周期的，则周期是N= 8 4. 如果一台计算机的速度为平均每次复乘5μS ，每次复加0.5μS ，用它来计算512 点的DFT[x(n)]，问直接计算需要多少时间，用FFT 运算需要多少时间。 1、 直接计算 复乘所需时间 62621510510512 1.31072T N s --=??=??= 复加所需时间()6610.51010.5105125110.130816T N N s --=???-=???= 所以12 1.441536T T T s =+= 2、用FFT 计算 复乘所需时间 66122512510log 510log 5120.0115222 N T N s --=?? =??= 复加所需时间662220.510log 0.510512log 5120.002304T N N s --=??=??= 所以120.013824T T T s =+=
6.设系统差分方程 y(n)=ay(n-1)+x(n) 其中x(n)为输入，y(n)为输出。当边界条件选为y(-1)=0时，是判断系统是否线性的、移不变的
7.用级联型结构实现以下系统函数，试问一共能构成几种级联型网络，并画出其中一种的信号流图。 ()() ()() 22 41 1.41()0.50.90.8Z Z Z H z Z Z Z +-+= -++
生物信号采集系统的使用讲义回顾.doc
计算机生物信号采集处理系统的认识及使用 计算机是一种现代化、高科技的自动信息分析、处理设备。随着电子计算机技术在生物、医学领域的广泛应用，使原先不易进行的某些生物信息的检测，变得简易可行。利用计算机采集、处理生物信息，让计算机进入机能学实验室已成为必然趋势。 计算机生物信号采集处理系统就是以计算机为核心，结合可扩展的软件技术，集成生物放大器与电刺激器，并且具备图形显示、数据存储、数据处理与分析等功能的电生理学实验设备。对生物信号采集系统的了解和熟练使用，是今后对完成生理学实验的数据和图形采集、储存和处理所必须具备的基本技能之一。 一、目的要求 1、熟悉计算机生物信号采集处理系统的基本原理及组成； 2、熟悉并掌握计算机生物信号采集处理系统的基本操作与使用方法。 二、内容 1、学习计算机生物信号采集处理系统的组成及原理； 2、计算机生物信号采集处理系统的基本操作与使用。 三、计算机生物信号采集处理系统的工作原理 现代生物机能实验系统的基本原理是：首先将原始的生物机能信号，包括生物电信号和通过传感器引入的生物非电信号进行放大（有些生物电信号非常微弱，比如减压神经放电，其信号为微伏级信号，如果不进行信号的前置放大，根本无法观察）、滤波（由于在生物信号中夹杂有众多声、光、电等干扰信号，这些干扰信号的幅度往往比生物电信号本身的强度还要大，如果不将这些干扰信号滤除掉，那么可能会因为过大的干扰信号致使有用的生物机能信号本身无法观察）等处理，然后对处理的信号通过模数转换进行数字化并将数字化后的生物机能信号传输到计算机内部，计算机则通过专用的生物机能实验系统软件接收从生物信号放大、采集硬件传入的数字信号，然后对这些收到的信号进行实时处理，一方面进行生物机能波形的显示，另一方面进行生物机能信号的实时存贮，另外，它还可根据操作者的命令对数据进行指定的处理和分析，比如平滑滤波，微积分、频谱分析等。对于存贮在计算机内部的实验数据，生物机能实验系统软件可以随时将其调出进行观察和分析，还可以将重要的实验波形和分析数据进行打印。
多路模拟信号采集电路毕业论文
1 绪论 1.1 课题来源及研究的目的和意义 近年来，数据采集与处理的新技术、新方法，直接或间接地引发其革新和变化，实时监控(远程监控)与仿真技术(包括传感器、数据采集、微机芯片数据、可编程控制器PLC、现场总线处理、流程控制、曲线与动画显示、自动故障诊断与报表输出等)把数据采集与处理技术提高到一个崭新的水平。 “数据采集”是指将温度、压力、流量、位移等模拟量采集转换成数字量后，再由计算机进行存储、处理、显示或打印的过程。相应的系统称为数据采集系统。 从严格意义上说，数据采集系统应该是用计算机控制的多路数据自动检测或巡回检测，并且能够对数据实行存储、处理、分析计算，以及从检测的数据中提取可用的信息，供显示、记录、打印或描绘的系统。总之，不论在哪个应用领域中，数据的采集与处理越及时，工作效率就越高，取得的经济效益就越大。 数据采集系统的任务，具体地说，就是传感器从被测对象获取有用信息，并将其输出信号转换为计算机能识别的数字信号，然后送入计算机进行相应的处理，得出所需的数据。同时，将计算得到的数据进行显示、储存或打印，以便实现对某些物理量的监视，其中一部分数据还将被生产过程中的计算机控制系统用来进行某些物理量的控制。 数据采集系统性能的好坏，主要取决于它的精度和速度。在保证精度的条件下，应有尽可能高的采样速度，以满足实时采集、实时处理和实时控制的要求[1]。 现场可编程门阵列(FPGA，Field Programmable Gate Array)的出现是超大规模集成电路(VLSI)技术和计算机辅助设计(CAD)技术发展的结果，是当代电子设计领域中最具活力和发展前途的一项技术，它的硬件描述语言的可修改性、高集成性、高速低功耗、开发周期短、硬件与软件并行性决定了它的崛起是必然的趋势。现场可编程门阵列FPGA器件是Xilinx公司1985年首家推出的，它是一种新型的高密度PLD，采用CMOS-SRAM工艺制作，其部由许多独立的可编程逻辑模块(CLB)组成，逻辑块之间可以灵活的相互连接。CLB的功能很强，不仅能够实现逻辑函数，还可配置成RAM等复杂的形式。配置数据存放在片的SRAM或者熔丝图上，基于SRAM的FPGA器件工作前需要从芯片外部加载配置数据。配置数据可以存储在片外的EPROM
数字信号处理试卷及答案
A 一、 选择题（每题3分，共5题） 1、)6 3()(π-=n j e n x ，该序列是 。 A.非周期序列 B.周期6 π = N C.周期π6=N D. 周期π2=N 2、序列)1()(---=n u a n x n ，则)(Z X 的收敛域为 。 A.a Z < B.a Z ≤ C.a Z > D.a Z ≥ 3、对)70()(≤≤n n x 和)190()(≤≤n n y 分别作 20 点 DFT ，得)(k X 和)(k Y ， 19,1,0),()()( =?=k k Y k X k F ，19,1,0)],([)( ==n k F IDFT n f ， n 在 围时，)(n f 是)(n x 和)(n y 的线性卷积。 A.70≤≤n B.197≤≤n C.1912≤≤n D.190≤≤n 4、)()(101n R n x =，)()(72n R n x =，用DFT 计算二者的线性卷积，为使计算量尽可能的少，应使DFT 的长度N 满足 。 A.16>N B.16=N C.16 如何实现8路模拟信号采集系统设计 在应用DSP 进行数字信号处理时，通常都要用采样电路对模拟信号进行采样，然后进行A/D 转换器转换成数字信号再进行数据处理。这里给出一种由TLV1571 与TMS320VC5410[1]组成的信号采集系统。 1 TLV1571 简介： 在DSP 的外围电路中，A/D 转换器比较重要。基于不同的应用，可选择不同性能指标和价位的芯片。一般的A/D 转换器的选择主要考虑：转换精度、转换时间、转换器的价格。这里选择了TI 公司专门为DSP 配套的一种10 位的并行A/D 转换器TLV1571，该器件给定的CLK 频率达到的等效最大采样频率为（1/16）fCLK。 1.1 TLV1571 的内部结构及引脚定义： TLV1571 的内部结构及引脚功能定义如图1 及表1 所示。 TLV1571 采用2.7～5.5 V 的单电源工作，能接受0～3.3 V的模拟输入电压，此时以625 Kb/s 的速度使输入电压数字化。在5 V 电压下，以最大1.25 Mb/s 的速度使输入电压数字化。该A/D 转换器具有速度高，接口简单以及功耗低等特点，成为需要模拟输入的高速数字信号处理的理想选择。 1.2 TLV1571 的初始化： 上电后，必须为低电平以开始I/O 周期，INT/EOC 最初为高电平。TLV1571 要求两个写周期以配置两个控制寄存器。从掉电状态返回后的首次转换可能无效，应当不予考虑。 1.3 TLV1571 的控制寄存器控制字的设置： TLV1571 的控制寄存器格式如表2 所示，它可以实现软件配置，其两个最高有效位D9 和D8 用于寄存器寻址，其余的8 位用作控制数据位。在写周期内所有寄存器位同时写入控制寄存器，用户可配置两个控制寄存器CR0 和CR1，对于控制寄存器0（CR0），A1 ∶A0=00，其配置如表3 所示；对于控制寄存器1（CR1），A1 ∶A0 = 01，其配置如表4 所 IMU信号采集系统 目录 1.概述 (1) 2.IMU信号采集系统的主要功能 (1) 2.1.高精度时间 (1) 2.2.陀螺仪、加速度计的数据采集 (1) 3.IMU信号采集系统设计方案及原理 (1) 3.1.整体方案 (1) 3.2.授时原理 (2) 3.3.陀螺仪和加速度计的输出信号调理电路 (2) 3.4.陀螺仪和加速度计输出信号的采集 (3) 4.传感器及核心元器件 (4) 4.1.陀螺仪 (4) 4.2.加速度计 (4) 4.3.GPS (5) 4.4.核心元器件 (5) 5.IMU信号采集系统 (6) 5.1.机械设计 (6) 5.2.电路设计 (6) 5.3.IMU信号采集系统 (8) 1.概述 传统的航空摄影测量需要布设大量地面控制点，效率低下。POS系统集全球定位系统（GPS）、惯性导航系统（INS）于一体，综合具备了GPS和INS的优点，即使在GPS信号被遮挡的时候，其解算的结果也是稳定连续的。利用POS系统能得到精确的相机曝光时刻以及相片外方位元素，从而实现无地面控制点的航空摄影测量。 目前国内较少自主研发POS系统，大多直接购买国外相关的产品，成本高昂。IMU信号采集系统以ARM和FPGA为核心，通过GPS和高稳晶体实现高精度的时间，同时通过高精度AD转换模块采集3轴加速度计、3轴陀螺仪的实时数据，最终输出带时间戳的高精度传感器数据，为POS系统的实现打下了坚实基础。 2.IMU信号采集系统的主要功能 2.1.高精度时间 本系统结合GPS、高稳石英晶体，以FPGA为核心，结合有效的算法，产生高精度的时间（精度 ）。 可达10uS 2.2.陀螺仪、加速度计的数据采集 通过FPGA及AD转换模块采集陀螺仪（三轴）、加速度计（三轴）等传感器的输出信号。并将陀螺仪、加速度计进行数字化、滤波，最终将带有时间戳和各传感器输出的数据按照设定的时间间隔快速地上传给上位机，进行进一步的处理。 3.IMU信号采集系统设计方案及原理 3.1.整体方案 硬件部分整体方案如图1所示，整个硬件系统由ARM，FPGA，三轴陀螺仪、三轴加速度计、GPS 等传感器单元，电源管理模块以及Flash和SDRAM以及单板计算机组成。FPGA主要接收陀螺仪、加速度计经AD转换后的数字信号，编码器和GPS的信号，完成高精度时钟和传感器的输出数据采集。ARM将FPGA采集到的数据信号存储，并接收FPGA输出的高精度时间脉冲，将传感器的信号打上高精度时间戳后通过USB或者UART快速上传给单板计算机，由单板计算机进行卡尔曼滤波等一系列处理后输出位置、时间及姿态信息。 实验一：基于DFT的数字谱分析以及可能出现的问题 一、实验目的： 1.进一步加深对DFT的基本性质的理解。 2.掌握在MATLAB环境下采用FFT函数编程实现DFT的语句用法。 3.学习用DFT进行谱分析的方法，了解DFT谱分析中出现的频谱泄露和栅栏效应现 象，以便在实际中正确应用DFT。 二、实验步骤: 1.复习DFT的定义、物理含义以及主要性质。 2.复习采用DFT进行谱分析可能出现的三个主要问题以及改善方案。 3.按实验内容要求，上机实验，编写程序。 4.通过观察分析实验结果，回答思考题，加深对DFT相关知识的理解。 三、上机实验内容: 1.编写程序产生下列信号供谱分析用： 离散信号： x1=R10(n) x2={1,2,3,4,4,3,2,1}，n=0,1,2,3,4,5,6,7 x3={4,3,2,1, 1,2,3,4}，n=0,1,2,3,4,5,6,7 连续信号： x4=sin(2πf1t)+sin(2πf2t) f1=100Hz, f2=120Hz，采样率fs=800Hz 2.对10点矩形信号x1分别进行10点、16点、64点和256点谱分析，要求256点 频谱画出连续幅度谱，10点、16点和64点频谱画出离散幅度谱，观察栅栏效应。 3.产生信号x2和x3分别进行8点、16点谱分析，画出离散幅度谱，观察两个信 号的时域关系和幅度谱的关系。 4.对双正弦信号x4以采样率fs=800Hz抽样，生成离散双正弦信号并画出连续波形； 对离散双正弦信号进行时域截断，截取样本数分别为1000、250、50。对不同样本的双正弦信号分别进行1024点谱分析，画出连续幅度谱，观察频谱泄露现象。如何实现8路模拟信号采集系统设计
IMU信号采集系统
郑州大学数字信号处理课程设计报告