ECG信号分析与处理系统设计要点

*****************

实践教学

*******************

某某理工大学

计算机与通信学院

2015年春季学期

信号处理课程设计

题目：ECG信号分析与处理系统设计

专业班级：通信工程

姓名：

学号：

指导教师：

成绩：

摘要

系统的研究心电信号处理对疾病的早期预测及家庭医疗保健具有十分重要的意义，一直是生物医学工程领域的研究热点。心血管疾病是人类生命的最主要威胁之一，而心电(Electrocardiogram)，ECG信号是诊断心血管疾病的主要依据，心电信号是心脏电生理活动在体表的表现，提供了心脏功能等生理状况的有重要价值的临床医学信息，是临床心脏病诊断的基础。因此，设计心电信号处理系统具有重要意义。本论文综合运用数字信号处理的理论知识对心电信号进行分析与处理，实现ECG信号的频谱分析，基线漂移检测等，设计滤波器实现心电信号的滤波，滤去高频和低频干扰，实现ECG信号的增强。同时使用陷波器对50Hz的工频干扰进一步滤除，得到比较纯净的心电信号。

关键词: 心电信号，工频干扰，基线漂移

目录

摘要····································I

一、前言 (1)

二、心电信号 (2)

2.1 原始心电信号分析 (2)

2.2 心电信号中的噪声 (3)

2.3 系统总体设计框图 (4)

三、设计原理及方法 (5)

3.1 数字滤波器简介 (5)

3.2 IIR滤波器的设计原理 (5)

3.3 IIR滤波器的设计 (5)

3.3.1 IIR数字低通滤波器设计过程 (5)

3.3.2 IIR数字带通滤波器设计过程 (9)

3.4 FIR滤波器 (10)

3.4.1 FIR滤波器的设计 (11)

3.4.2 FIR数字低通滤波器设计过程 (11)

3.5 陷波器 (13)

3.5.1陷波器的基本原理及作用 (13)

3.5.2双T法设计陷波器 (13)

四、MATLAB简述 (15)

五、总结 (16)

参考文献 (17)

附录 (18)

一、前言

心电图(ECG)是用来捕捉心脏在一段时间内情况的反映，它通过外部电极连接到皮肤转换成电信号来采集。心脏外面形成的每个细胞膜都有一个关联电荷，它在每次心跳期间去极化。它以微小电信号的形式出现在皮肤上，可以通过心电图探测到并放大显示。早在1900年Willem Einthoven就发明了第一台实用的心电图。该系统很笨重，需要很多人去操纵它。病人需要把他的胳膊和腿放到含有电解液的大型电极中。今天的心电监护设备结构紧凑，携带方便，这样病人走动时也可以带着。家用十二导联心电图可以装在口袋里。目前，心电信号的采集与处理在医用方面也有了重要地位。同时，在处理信号时也存在着诸多问题。

在信号采集时，身体的任一微小运动都会产生“基线漂移”，这是一种低频干扰，同时，由于肌电的存在又产生了高频的肌电噪声，由于空间电磁场的存在又使心电信号中混有50Hz的工频干扰。这些噪声不去除，就会影响下一步的信号处理。综合运用数字信号处理的理论知识进行生物医学信号分析与处理，实现ECG信号的频谱分析，基线漂移检测等，设计滤波器实现心电信号的滤波，滤去高频和低频干扰，实现ECG信号的增强。信号处理是一项巨大的挑战，因为实际的信号为0.5MV，它处在一个300mv偏移量环境里。其他因素如交流电的干扰，外科设备的射频干扰，手术植入的的设备如起搏器和生理检测系统也会影响精度。心电图里噪声的主要来源是基线漂移（低频噪声）电力线干扰（来自电力线的50Hz或60Hz噪声）肌肉噪声（这种噪声是很难被清除，因为它是在同一地区的实际信号。它通常在软件里纠正。）其他干扰（例如，来自其他设备的射频噪声）。信号采集以后，存在许多软件算法来去除噪声。基线漂移也是目前存在的比较突出的问题，它是一种存在于心电图系统的低频噪声。是由于点击，呼吸和身体运动的偏置电压造成的。这可能会在分析心电图波形是造成问题。这种噪声可以通过使用硬件实现高通滤波。

本文主要介绍了关于几种噪声去除方法以及相应滤波器的介绍。其中着重介绍了IIR 滤波器和FIR滤波器。

二、心电信号

2.1 原始心电信号分析

用load函数将原心电信号导入b = load('D:\Users\Data.txt')，并画出心电信号的时域波形和频谱图（幅频和相频），如图1所示:

图1 原始心电信号的时域波形图及频谱图

心电信号由于受到人体诸多因素的影响，因而有着一般信号所没有的特点：

(1)信号弱。心电信号是体表的电生理信号，一般比较微弱，幅度在10pV～5mV，频率范围在0.05-100Hz以内，而90％的ECG频谱能量集中0.25-35Hz之间，心电信号频率较低，大量的是直流成分，去掉直流，它的主要频率范围是0.05-100Hz，大部分能量集中在0.05-40Hz。

(2)噪声强。由于人体自身信号弱，加之人体又是一个复杂的系统，因此信号容易受到噪声干扰。

(3)随机性强。心电信号不仅是随机的，而且是非平稳的。同时，在心电图检测过程中极易受到各种噪声源的干扰，从而使图像质量变差，使均匀和连续变化的心电数值产生

突变，在心电图上形成一些毛刺。使原本很微弱的信号很难和噪声进行分解。

2.2 心电信号中的噪声

人体心电信号是一种弱电信号，信噪比低。一般正常的心电信号频率范围为0.05-100 Hz，而90％的心电信号(ECG)频谱能量集中在0.25-35 Hz之间。采集一种电信号时，会受到各种噪声的干扰，噪声来源通常有下面几种：

(1)工频干扰

50 Hz工频干扰是由人体的分布电容所引起，工频干扰的模型由50 Hz的正弦信号及其谐波组成。幅值通常与ECG峰峰值相当或更强。

(2)电极接触噪声

电极接触噪声是瞬时干扰，来源于电极与肌肤的不良接触，即病人与检侧系统的连接不好。其连接不好可能是瞬时的，如病人的运动和振动导致松动；也可能是检测系统不断的开关、放大器输入端连接不好等。电极接触噪声可抽象为快速、随机变化的阶跃信号，它按指数形式衰减到基线值，包含工频成分。这种瞬态过渡过程可发生一次或多次、其特征值包括初始瞬态的幅值和工频成分的幅值、衰减的时间常数；其持续时间一般的1s左右，幅值可达记录仪的最大值。

(3)人为运动

人为运动是瞬时的(但非阶跃)基线改变，由电极移动中电极与皮肤阻抗改变所引起。人为运动由病人的运动和振动所引起，造成的基线干扰形状可认为类似周期正弦信号，其峰值幅度和持续时间是变化的，幅值通常为几十毫伏。

(4)肌电干扰(EMG)

肌电干扰来自于人体的肌肉颤动，肌肉运动产生毫伏级电势。EMG基线通常在很小电压范围内。所以一般不明显。肌电干扰可视为瞬时发生的零均值带限噪声，主要能量集中在30-300 Hz范围内。

(5)基线漂移和呼吸时ECG幅值的变化

基线漂移和呼吸时ECG幅值的变化一般由人体呼吸、电极移动等低频干扰所引起，频率小于 5 Hz；其变化可视为一个加在心电信号上的与呼吸频率同频率的正弦分量，在O.015-O.3Hz处基线变化变化幅度的为ECG峰峰值的15％。

(6)信号处理中用电设备产生的仪器噪声

心电信号是由人体心脏发出的极其精密、相当复杂并且有规律的微弱信号，外界干扰以及其它因素的存在都会使其变得更为复杂，要准确地对其进行自动检测、存储、分析却是一项十分艰巨的任务。例如，工频干扰信号对心电图的影响会使心电信号的特征点定位变得十分困难。因此，心电信号的监视、分析必须在建立在有效抑制各种干扰、检测出良好的心电信号的基础之上。

(7)共模信号(commonmode signal)

从体表采集到的信号除了人体心脏产生的电信号外，还包含许多与心电无关的电信

号。由于体表各个导联均可看到这些信号，故称为共模信号。共模信号强度可以远远大于心电信号，从而干扰心电图分析。

为了抑制基线漂移，设置了0.5Hz 高通滤波；由于心电信号属于低频信号，设置了二阶低通巴特沃斯滤波器，消除100 Hz 以上的高频成分（带通滤波）；为了消除50 Hz 工频干扰，设置50 Hz 陷波器。

2.3 系统总体设计框图

图2 系统总体设计框图

心电信号频域信号

心电信号时域分析

Load 命令读取心电信号

Butterworth 高通滤波器去除基线漂移

Butterworth 低通滤波器去除工频干扰产生的毛刺

Butterworth 带通滤波器去除肌电噪声

陷波器去除50Hz 工频干扰

布拉克曼窗低通滤波器去除工频干扰产生的毛刺

三、设计原理及方法

3.1 数字滤波器简介

数字滤波器是一种用来过滤时间离散信号的数字系统，通过对抽样数据进行数学处理来达到频域滤波的目的。可以设计系统的频率响应，让它满足一定的要求，从而对通过该系统的信号的某些特定的频率成分进行过滤，这就是滤波器的基本原理。如果系统是一个连续系统，则滤波器称为模拟滤波器。如果系统是一个离散系统，则滤波器称为数字滤波器。信号通过线性系统后，其输出就是输入信号和系统冲激响应的卷积。从频域分析来看，信号通过线性系统后，输出信号的频谱将是输入信号的频谱与系统传递函数的乘积。除非为常数，否则输出信号的频谱将不同于输入信号的频谱，某些频率成分较大的模，因此，中这些频率成分将得到加强，而另外一些频率成分的模很小甚至为零，中这部分频率分量将被削弱或消失。因此，系统的作用相当于对输入信号的频谱进行加权。

3.2 IIR滤波器的设计原理

IIR数字滤波器的设计一般是利用目前已经很成熟的模拟滤波器的设计方法来进行设计，通常采用模拟滤波器原型有butterworth函数、chebyshev函数、bessel函数、椭圆滤波器函数等。

IIR数字滤波器的设计步骤：

(1)按照一定规则把给定的滤波器技术指标转换为模拟低通滤波器的技术指标；

(2)根据模拟滤波器技术指标设计为响应的模拟低通滤波器；

(3)根据脉冲响应不变法和双线性不变法把模拟滤波器转换为数字滤波器；如果要设计的滤波器是高通、带通或带阻滤波器，则首先把它们的技术指标转化为模拟低通滤波器的技术指标，设计为数字低通滤波器，最后通过频率转换的方法来得到所要的滤波器。

3.3 IIR滤波器的设计

3.3.1 IIR数字低通滤波器设计过程

IIR滤波器系统函数的极点可以在单位圆内的任何位置，实现IIR滤波器的阶次较低，所用的存储单元少，效率高，又由于IIR数字滤波器能够保留一些模拟滤波器的优良的特

性，因此应用很广。设计数字滤波器的方法主要有基于冲激响应不变法的IIR数字滤波器设计，基于双线性Z变换的IIR数字滤波器设计，数字高通，带通及带阻IIR滤波器设计。我们所使用的方法是基于双线性Z变换的IIR数字滤波器设计。

按照技术要求设计一个模拟滤波器，得到模拟低通滤波器的传输函数H（s），再按一定的转换关系将H(s)转换成数字低通滤波器的系数函数H(z)。这样设计的关键问题就是找到这样的转换关系，将s平面上的H(s)转换成z平面上的H(z)。

(1)巴特沃斯滤波器分母多项式的因式表示，如表1所示：

表1 巴特沃斯滤波器分母多项式的因式表示

(2)巴特沃斯低通滤波器的阶数公式

N=log10((10^(As/10)-1)/(10^(Rp/10)-1))/(2*log10(ws/wp))）

(3)巴特沃斯低通滤波器函数

由巴特沃斯低通滤波器的阶数公式和巴特沃斯滤波器分母多项式的因式表示求出归一化巴特沃斯低通滤波器Has (s )

N=7

则Has(s )=1/((s+1)*(s^2+0.4450s+1)*(s^2+1.247s+1)*(s^2+1.8022s+1))

(4)用于去除工频干扰产生的毛刺的巴特沃斯低通滤波器的频域特性，如图3所示:

图3 巴特沃斯低通滤波器的相频和幅频特性

(5)经过巴特沃斯低通滤波器器后心电信号的时域波形和频谱图，如图4所示:

图4 经过巴特沃斯低通滤波器后心电信号的时域波形图和频谱图

对比原始信号的时域波形图和频谱图可得通过低通滤波器后的心电信号波形图可以明显看出波形变得平滑，由工频干扰产生的毛刺被低通滤波器成功滤除。

(6)用于去除基线漂移的巴特沃斯高通滤波器的频域特性，如图5所示:

0204060

80100120140160180

-4

-202

4频率/Hz

幅度

低通滤波器相频特性

20406080100120140160

180

0.5

1

1.5频率/Hz

幅度

低通滤波器幅频特性

图5 巴特沃斯高通滤波器的频域特性

(7)经过巴特沃斯高通滤波器器后心电信号的时域波形和频谱图，如图6所示:

图6 经过巴特沃斯高通滤波器器后心电信号的时域波形和频谱图

3.3.2 IIR数字带通滤波器设计过程

根据以上IIR数字滤波器设计方法:

(1)设计模拟低通原型滤波器。用模拟低通滤波器设计方法得到模拟低通滤波器的传输函数Ha(s);借助巴特沃斯(Butterworth)滤波器、切比雪夫(Chebyshev)滤波器、椭圆(Cauer)滤波器、贝塞尔(Bessel)滤波器等。

(2)调用lp2bp函数将模拟低通滤波器转化为模拟带通滤波器。

(3)利用双线性变换法将模拟带通滤波器Ha(s)转换成数字带通滤波器H(z)。

Butterworth模拟低通滤波器原型如图7所示：

图7 Butterworth模拟低通滤波器原型

用于去除肌电噪声的巴特沃斯带通滤波器的频域特性，如图8所示：

图8 巴特沃斯带通滤波器的频域特性

经过巴特沃斯带通滤波器器后心电信号的时域波形和频谱图，如图9所示:

图9 经过巴特沃斯带通滤波器器后心电信号的时域波形和频谱图由于Butterworth滤波器通带内有最大的平滑特性，信号经过后衰减小，因此我们选用Butterworth带通滤波器滤除基线漂移和呼吸等引起的干扰。

3.4 FIR滤波器

数字滤波器(digital filter)是由数字乘法器、加法器和延时单元组成的一种装置。其功能是对输入离散信号的数字代码进行运算处理，以达到改变信号频谱的目的。由于电子计算机技术和大规模集成电路的发展，数字滤波器已可用计算机软件实现，也可用大规模集成数字硬件实时实现。数字滤波器根据其单位冲激响应函数的时域特性分为两种：无限长冲激响应(IIR) 滤波器和有限长冲激响应(FIR)滤波器。FIR数字滤波器又称有限长单位冲激响应滤波器，它的优点是可以做成具有严格的线性相位，同时又可以具有任意的

幅度特性。此外，FIR滤波器的单位抽样响应是有限长的，因而滤波器一定是稳定的。再有，FIR滤波器由于单位冲激响应是有限长的，所以可以用快速傅里叶变换（FFT）算法来实现过滤信号，从而可大大提高运算效率。

在滤波器设计中要对理想滤波器抽样响应进行截断。截断后不可避免的产生了频谱泄漏, 为了尽量减小频谱泄漏, 在设计滤波器时要采用不同的窗函数来满足不同用途的要求各种窗函数的幅频响应都存在明显的主瓣和旁瓣。主瓣宽度和旁瓣的幅值衰减特性决定了窗函数的应用。用于滤波器的窗函数,一般要求窗函数主瓣宽度窄,以获得较好过渡带:旁瓣相对值尽可能小, 以增加通带段的平稳度和增大阻带的衰减。窗函数应满足在0

当我们处理有限的离散数据时，线形系统的响应（包括对冲击的响应）也是有限的。若线性系统仅是一个空间滤波器，则通过简单地观察它对冲击的响应，我们就可以完全确定该滤波器。通过这种方式确定的滤波器称为有限冲击响应（FIR）滤波器。FIR滤波器是在数字信号处理（DSP）中经常使用的两种基本的滤波器之一，另一个为IIR滤波器。IIR 滤波器是无限冲激响应滤波器。

FIR数字滤波器设计的主要方法有：窗函数法设计FIR数字滤波器，频率采样法设计FIR数字滤波器，最优化法设计FIR数字滤波器，此次设计我们采用窗函数法设计FIR数字滤波器。

3.4.1 FIR滤波器的设计

FIR滤波器的设计过程：

(1)给定理想的频率响应函数 Hd(e^jw)及技术指标δ, Δw;

(2)求出理想的单位抽样响应hd(n);

(3)根据阻带衰减选择窗函数w(n);

(4)根据过渡带宽度确定N 值N=A/Δw;

(5)求所设计的FIR滤波器的单位脉冲响应h(n)=hd(n)*w(n);

(6)计算频率响应Hd(e^jw),验算指标是否满足要求。

3.4.2 FIR数字低通滤波器设计过程

(1)布拉克曼窗低通滤波器的频域特性，如图10所示：

00.10.2

0.30.40.50.60.70.80.91

-2000

-1500-1000-500

Normalized Frequency (?π rad/sample)

P h a s e (d e g r e e s )

00.10.2

0.30.40.50.60.70.80.91

-200

-100

100

Normalized Frequency (?π rad/sample)

M a g n i t u d e (d B )

图10 布拉克曼窗低通滤波器的相频和幅频特性

(2)经过布拉克曼窗低通滤波器器后心电信号的时域波形和频谱图，如图11所示：

图11 经过布拉克曼窗低通滤波器器后心电信号的时域波形和频谱图

对比原始信号的时域波形图和频谱图可得通过低通滤波器后的心电信号波形图可以

明显看出波形变得平滑，由工频干扰产生的毛刺被低通滤波器成功滤除。

3.5 陷波器

3.5.1陷波器的基本原理及作用

陷波器也称带阻滤波器（窄带阻滤波器），它能在保证其他频率的信号不损失的情况

下，有效的抑制输入信号中某一频率信息。所以当电路中需要滤除存在的某一特定频率的干扰信号时，就经常用到陷波器。

在我国采用的是50hz频率的交流电，所以在平时需要对信号进行采集处理和分析时，常会存在50hz的工频干扰，对我们的信号处理造成很大干扰，因此50Hz陷波器在日常成产生活中被广泛应用，其技术已基本成熟。

工频陷波器不仅在通信领域里被大量应用，还在自动控制、雷达、声纳、人造卫星、仪器仪表测量及计算机技术等领域有着广泛的应用。

陷波器的设计方法有：文氏法、双T法、反相带通法、模拟电感法。

3.5.2双T法设计陷波器

陷波器的传输函数为

B(1/z) (z-exp(j*2*pi*f0))*(z-exp(-j*2*pi*f0))

H(z) = -------- = --------------------------------------------

A(1/z) (z-a*exp(j*2*pi*f0))*(z-a*exp(-j*2*pi*f0))

其中f0为陷波器要滤除信号的频率，a为与陷波器深度相关的参数，a越大，深度越

深。

带阻滤波器的频率特性如图12所示:

图12 带阻滤波器的频率特性

去除50HZ工频干扰的陷波器的设计，如图13所示：

图13 陷波器

经过陷波器的心电信号的时域与频域波形，如图14所示：

图14 经过陷波器的心电信号的时域与频域波形

四、MATLAB简述

MATLAB 是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink 两大部分。

MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。

MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）之意。除具备卓越的数值计算能力外，它还提供了专业水平的符号计算，文字处理，可视化建模仿真和实时控制等功能。MATLAB 的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学,工程中常用的形式十分相似,故用MATLAB 来解算问题要比用C,FORTRAN等语言完相同的事情简捷得多。

MATLAB包括拥有数百个内部函数的主包和三十几种工具包(Toolbox).工具包又可以分为功能性工具包和学科工具包.功能工具包用来扩充MATLAB的符号计算,可视化建模仿真,文字处理及实时控制等功能.学科工具包是专业性比较强的工具包,控制工具包,信号处理工具包,通信工具包等都属于此类。开放性使MATLAB广受用户欢迎.除内部函数外,所有MATLAB主包文件和各种工具包都是可读可修改的文件,用户通过对源程序的修改或加入自己编写程序构造新的专用工具包。

MATLAB是一个数据分析和处理功能十分强大的工程实用软件，运用它来进行信号的处理相当便捷，文章介绍了在MATLAB环境中对信号进行处理的方法，并对信号进行时域和频域的分析。另外，利用MATLAB环境设计数字滤波器滤除高频及低频成分。给出了设计IIR数字滤波器的方法,并通过用MATLAB语言来实现。根据要求，设计了50HZ陷波器，并用MATLAB语言来实现。

五、总结

这次课程设计虽然遇到了很多问题，很多困难，但是也学到了很多东西。不仅学到了书本上的东西，而且学到了很多课本上没有的东西，很多程序里的东西，特别是程序语法，总是有错误，但是总是不知道错在哪里，在细心的检查下，终于找出了错误和警告，排除困难后，程序编译就通过了，心里终于舒了一口气。还有各种各样问题，通过查网络和请教同学来弄明白，这个过程是痛苦的，有时候有些问题不能马上解决，感到很头痛，真想放弃这个问题，但是坚持下来，并且解决这些问题的时候，真的有种苦尽甘来的感觉。

应用MATLAB进行心电信号的处理是与我们所学课程及专业紧密相连的，有着很强的实践性。做这个课程设计的时候，并不是非常的顺利，我也有遇到很多困难。

刚开始由于对滤波器的滤波原理并不是很了解，于是我又翻出学过的数字信号处理课本，认真研究起各种滤波器了，这才使我明白了大多数滤波器是如何工作地，不再单单只是懂理论，理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论。实验过程中，我感觉到初始心电信号和滤波输出后的心电信号有一定的差别，这说明了信号在处理过程中有损耗。不管对于什么样的课题，其实也是有很多东西可以发掘的，这需要我们在平时多积累，多思考，只有这样，才能取得更大的进步，才能学有所用，学有所长。

通过这次设计，进一步加深了对数字信号处理的了解，让我对它有了更加浓厚的兴趣。通过这次课程设计使我懂得了，平时的理论知识只有通过自己动手做一个课题，从做这个课题的过程中发现问题，解决问题，这个学习的过程，会比我们平时只通过课堂上听讲得到的知识更加生动立体，更让人记忆深刻。在设计的过程中，我发现同学间的互帮互助真的很重要。当我们有问题的时候，大家一起讨论，将自己的观点表达出来，当发现别人的观点与自己的不同的时候，我们通过查阅资料找到最终正确的答案，这个过程是互利互惠的。这也培养了我们以后走上工作岗位后的团队精神，对我们以后的为人处世都有很大帮助。

总的来说，通过这次的课程设计我对心电信号有了全面的认识，对数字信号处理的知识又有了深刻的理解，让我感受到只有在充分理解课本知识的前提下，才能更好的应用这个工具；并且熟练的应用MATLAB也可以很好的加深我对课程的理解，方便我的思维。这次设计使我了解了MATLAB的使用方法，学会分析滤波器的优劣和性能，提高了分析和动手实践能力。同时我相信，进一步加强对MATLAB的学习与研究对我今后的学习将会起到很大的帮助！

数字信号处理课程设计报告

抽样定理的应用 摘要 抽样定理表示为若频带宽度有限的，要从抽样信号中无失真地恢复原信号，抽样频率应大于2倍信号最高频率。抽样频率小于2倍频谱最高频率时，信号的频谱有混叠。抽样频率大于2倍频谱最高频率时，信号的频谱无混叠。 语音信号处理是研究用数字信号处理技术和语音学知识对语音 信号进行处理的新兴学科，是目前发展最为迅速的学科之一，通过语音传递信息是人类最重要，最有效，最常用和最方便的交换信息手段，所以对其的研究更显得尤为重要。 Matlab语言是一种数据分析和处理功能十分强大的计算机应用 软件，它可以将声音文件变换成离散的数据文件，然后用起强大的矩阵运算能力处理数据。这为我们的本次设计提供了强大并良好的环境！ 本设计要求通过利用matlab对模拟信号和语音信号进行抽样，通过傅里叶变换转换到频域，观察波形并进行分析。 关键词：抽样Matlab

目录 一、设计目的： (2) 二、设计原理： (2) 1、抽样定理 (2) 2、MATLAB简介 (2) 3、语音信号 (3) 4、Stem函数绘图 (3) 三、设计内容： (4) 1、已知g1(t)=cos(6πt),g2(t)=cos(14πt),g3(t)=cos(26πt),以抽样频率 fsam=10Hz对上述三个信号进行抽样。在同一张图上画出g1(t)，g2(t)，g3(t)及其抽样点,对所得结果进行讨论。 (4) 2、选取三段不同的语音信号，并选取适合的同一抽样频率对其进 行抽样，画出抽样前后的图形，并进行比较，播放抽样前后的语音。 (6) 3、选取合适的点数，对抽样后的三段语音信号分别做DFT，画图 并比较。 (10) 四、总结 (12) 五、参考文献 (13)

信号与系统课程设计报告材料

课程设计报告 课程名称信号与系统课程设计指导教师 设计起止日期 学院信息与通信工程 专业电子信息工程 学生 班级/学号 成绩 指导老师签字

目录 1、课程设计目的 (1) 2、课程设计要求 (1) 3、课程设计任务 (1) 4、课程设计容 (1) 5、总结 (11) 参考文献 (12) 附录 (12)

1、课程设计目的 “信号与系统”是一门重要的专业基础课，MATLAB作为信号处理强有力的计算和分析工具是电子信息工程技术人员常用的重要工具之一。本课程设计基于MATLAB完成信号与系统综合设计实验，以提高学生的综合应用知识能力为目标，是“信号与系统”课程在实践教学环节上的必要补充。通过课设综合设计实验，激发学生理论课程学习兴趣，提高分析问题和解决问题的能力。 2、课程设计要求 （1）运用MATLAB编程得到简单信号、简单信号运算、复杂信号的频域响应图； （2）通过对线性时不变系统的输入、输出信号的时域和频域的分析，了解线性时不变系统的特性，同时加深对信号频谱的理解。 3、课程设计任务 （1）根据设计题目的要求，熟悉相关容的理论基础，理清程序设计的措施和步骤； （2）根据设计题目的要求，提出各目标的实施思路、方法和步骤； （3）根据相关步骤完成MATLAB程序设计，所编程序应能完整实现设计题目的要求； （4）调试程序，分析相关理论； （5）编写设计报告。 4、课程设计容 （一）基本部分 （1）信号的时频分析 任意给定单频周期信号的振幅、频率和初相，要求准确计算出其幅度谱，并准确画出时域和频域波形，正确显示时间和频率。 设计思路： 首先给出横坐标，即时间，根据设定的信号的振幅、频率和初相，写出时域波形的表达式；然后对时域波形信号进行傅里叶变化，得到频域波形；最后使用plot函数绘制各个响应图。 源程序： clc; clear; close all; Fs =128; % 采样频率 T = 1/Fs; % 采样周期 N = 600; % 采样点数 t = (0:N-1)*T; % 时间，单位：S x=2*cos(5*2*pi*t);

中小学建筑设计要点分析

中小学建筑设计要点分析 摘要：学校是有计划、有组织地进行系统的教育的组织机构，是培养人才的摇篮，它是为学子的成长和未来事业奠定良好品德及文化科学知识的第一基础阵地。改革开放以来，中国的教育事业蓬勃发展，初步形成多层次，多形式，学科门类基本齐全的教育体系。教育投资是开发智力、发展教育事业的物质基础,是经济和社会发展的重要因素，是现代化建设成败的一个关键。目前，中国九年制义务教育基本普及，对新建、扩建学校有着刚性的需求。本文对中学建筑设计的要点进行简单的分析。 关键字：建筑设计，平面布置，设计要点 Abstract: the school is in a planned and organizations in the education system of organization, is the cradle of talent training, it is for the growth of the students and future business character and culture lays good foundation of scientific knowledge first position. Since the reform and opening up, China’s education enterprise vigorous development, the initial formation of multi-level, form, discipline class education system of basic is complete. Education investment intelligence is the development, development education career material base, is the economic and social development of the important factors, is modernization construction is a key of success or failure. At present, China nine-year compulsory education basic popularization, for new construction, expansion school has a rigid demand. This paper to middle school building design points are simple analysis. Key word: architectural design, layout, the design key points 1总平面布置和功能要求 1.1、符合修建性详细规划及可持续性发展要求，协调好与城市经济、环境及社会发展之间的关系。遵守地方城市规划设计细则及有关设计规范。 1.2、符合国家和有关办学场地、校园规划、校舍建设的规定，符合地方市政府关于初中学校建设的要求，充分利用原有的土地资源，合理规划，留有发展余地。 1.3、交通流线组织原则：按《中小学校建筑设计规范》，“学校的校门不宜开向城镇干道或机动车流量每小时超过300辆的道路，校门处应留出一定缓冲距离”。设置缓冲距离有利于交通组织及车辆停靠，出入口优先选择靠近主要街道的次要道路,使得交通便利、安全，以及既面向所服务的住宅区,又不横跨主要道路。入校后应直达教学楼,不应横跨体育场及绿化区。人流、车流、物流应尽量

五款信号完整性仿真工具介绍

现在的高速电路设计已经达到GHz的水平，高速PCB设计要求从三维设计理论出发对过孔、封装和布线进行综合设计来解决信号完整性问题。高速PCB设计要求中国工程师必须具备电磁场的理论基础，必须懂得利用麦克斯韦尔方程来分析PCB设计过程中遇到的电磁场问题。目前，Ansoft公司的仿真工具能够从三维场求解的角度出发，对PCB设计的信号完整性问题进行动态仿真。 (一)Ansoft公司的仿真工具 现在的高速电路设计已经达到GHz的水平，高速PCB设计要求从三维设计理论出发对过孔、封装和布线进行综合设计来解决信号完整性问题。高速PCB设计要求中国工程师必须具备电磁场的理论基础，必须懂得利用麦克斯韦尔方程来分析PCB设计过程中遇到的电磁场问题。目前，Ansoft公司的仿真工具能够从三维场求解的角度出发，对PCB设计的信号完整性问题进行动态仿真。 Ansoft的信号完整性工具采用一个仿真可解决全部设计问题： SIwave是一种创新的工具，它尤其适于解决现在高速PCB和复杂IC封装中普遍存在的电源输送和信号完整性问题。 该工具采用基于混合、全波及有限元技术的新颖方法，它允许工程师们特性化同步开关噪声、电源散射和地散射、谐振、反射以及引线条和电源/地平面之间的耦合。该工具采用一个仿真方案解决整个设计问题，缩短了设计时间。 它可分析复杂的线路设计，该设计由多重、任意形状的电源和接地层，以及任何数量的过孔和信号引线条构成。仿真结果采用先进的3D图形方式显示，它还可产生等效电路模型，使商业用户能够长期采用全波技术，而不必一定使用专有仿真器。 (二)SPECCTRAQuest Cadence的工具采用Sun的电源层分析模块： Cadence Design Systems的SpecctraQuest PCB信号完整性套件中的电源完整性模块据称能让工程师在高速PCB设计中更好地控制电源层分析和共模EMI。 该产品是由一份与Sun Microsystems公司签署的开发协议而来的，Sun最初研制该项技术是为了解决母板上的电源问题。 有了这种新模块，用户就可根据系统要求来算出电源层的目标阻抗；然后基于板上的器件考虑去耦合要求，Shah表示，向导程序能帮助用户确定其设计所要求的去耦合电容的数目和类型；选择一组去耦合电容并放置在板上之后，用户就可运行一个仿真程序，通过分析结果来发现问题所在。 SPECCTRAQuest是CADENCE公司提供的高速系统板级设计工具，通过它可以控制与PCB layout相应的限制条件。在SPECCTRAQuest菜单下集成了一下工具： （1）SigXplorer可以进行走线拓扑结构的编辑。可在工具中定义和控制延时、特性阻抗、驱动和负载的类型和数量、拓扑结构以及终端负载的类型等等。可在PCB详细设计前使用此工具，对互连线的不同情况进行仿真，把仿真结果存为拓扑结构模板，在后期详细设计中应用这些模板进行设计。 （2）DF/Signoise工具是信号仿真分析工具，可提供复杂的信号延时和信号畸变分析、IBIS 模型库的设置开发功能。SigNoise是SPECCTRAQUEST SI Expert和SQ Signal Explorer Expert进行分析仿真的仿真引擎，利用SigNoise可以进行反射、串扰、SSN、EMI、源同步及系统级的仿真。 （3）DF/EMC工具——EMC分析控制工具。 （4）DF/Thermax——热分析控制工具。 SPECCTRAQuest中的理想高速PCB设计流程： 由上所示，通过模型的验证、预布局布线的space分析、通过floorplan制定拓朴规则、由规

数字信号处理课设+语音信号的数字滤波

语音信号的数字滤波 ——利用双线性变换法实现IIR数字滤波器的设计一．课程设计的目的 通过对常用数字滤波器的设计和实现，掌握数字信号处理的工作原理及设计方法；熟悉用双线性变换法设计 IIR 数字滤波器的原理与方法，掌握利用数字滤波器对信号进行滤波的方法，掌握数字滤波器的计算机仿真方法，并能够对设计结果加以分析。 二．设计方案论证 1.IIR数字滤波器设计方法 IIR数字滤波器是一种离散时间系统，其系统函数为 假设M≤N，当M＞N时,系统函数可以看作一个IIR的子系统和一个(M-N)的FIR子系统的级联。IIR数字滤波器的设计实际上是求解滤波器的系数和，它 是数学上的一种逼近问题，即在规定意义上（通常采用最小均方误差准则）去逼近系统的特性。如果在S平面上去逼近，就得到模拟滤波器；如果在z平面上去逼近，就得到数字滤波器。 2.用双线性变换法设计IIR数字滤波器 脉冲响应不变法的主要缺点是产生频率响应的混叠失真。这是因为从S平面到Ｚ平面是多值的映射关系所造成的。为了克服这一缺点，可以采用非线性频率压缩方法，将整个频率轴上的频率范围压缩到-π/T～π/T之间，再用z=e sT转换 平面的-π/T～π到Z平面上。也就是说，第一步先将整个S平面压缩映射到S 1 /T一条横带里；第二步再通过标准变换关系z=e s1T将此横带变换到整个Z平面上去。这样就使S平面与Z平面建立了一一对应的单值关系，消除了多值变换性，也就消除了频谱混叠现象，映射关系如图1所示。 图1双线性变换的映射关系 为了将S平面的整个虚轴jΩ压缩到S1平面jΩ1轴上的-π/T到π/T段上，可以通过以下的正切变换实现

数字信号处理课程设计报告

《数字信号处理》课程设计报告 设计题目： IIR滤波器的设计 专业： 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 2010年月日

1、设计目的 1、掌握IIR 滤波器的参数选择及设计方法； 2、掌握IIR 滤波器的应用方法及应用效果； 3、提高Matlab 下的程序设计能力及综合应用能力。 4、了解语音信号的特点。 2、设计任务 1、学习并掌握课程设计实验平台的使用，了解实验平台的程序设计方法； 2、录制并观察一段语音信号的波形及频谱，确定滤波器的技术指标； 3、根据指标设计一个IIR 滤波器，得到该滤波器的系统响应和差分方程，并根据差分方程将所设计的滤波器应用于实验平台，编写相关的Matlab 程序； 4、使用实验平台处理语音信号，记录结果并进行分析。 3、设计内容 3.1设计步骤 1、学习使用实验平台，参见附录1。 2、使用录音机录制一段语音，保存为wav 格式，录音参数为：采样频率8000Hz、16bit、单声道、PCM 编码，如图1 所示。 图1 录音格式设置 在实验平台上打开此录音文件，观察并记录其波形及频谱（可以选择一段较为稳定的语音波形进行记录）。 3、根据信号的频谱确定滤波器的参数：通带截止频率Fp、通带衰减Rp、阻带截止频率Fs、阻带衰减Rs。 4、根据技术指标使用matlab 设计IIR 滤波器，得到系统函数及差分方程，并记录得到系统函数及差分方程，并记录其幅频响应图形和相频响应图形。要求设计 第 1页出的滤波器的阶数小于7，如果不能达到要求，需要调整技术指标。 5、记录滤波器的幅频响应和系统函数。在matlab 中，系统函数的表示公式为：

因此，必须记录系数向量a 和b。系数向量a 和b 的可以在Matlab 的工作空间（WorkSpace）中查看。 6、根据滤波器的系统函数推导出滤波器的差分方程。 7、将设计的滤波器应用到实验平台上。根据设计的滤波器的差分方程在实验平台下编写信号处理程序。根据运行结果记录处理前后的幅频响应的变化情况，并试听处理前后声音的变化，将结果记录，写入设计报告。 3.2实验程序 （1）Rs=40; Fs=1400; Rp=0.7; Fp=450; fs=8000; Wp=2*pi*Fp;Ws=2*pi*Fs; [N,Wn]=buttord(Wp,Ws,Rp,Rs,'s'); [b1,a1]=butter(N,Wn,'s'); [b,a]=bilinear(b1,a1,fs); [H,W]=freqz(b,a); figure; subplot(2,1,1);plot(W*fs/(2*pi),abs(H));grid on;title('频率响应'); xlabel('频率');ylabel('幅值');、 subplot(2,1,2); plot(W,angle(H));grid on;title('频率响应'); xlabel('相位(rad)');ylabel('相频特性'); 3.3实验结果（如图）： N =5 Wn=6.2987e+003 第 2页

于博士信号完整性分析入门-初稿

于博士信号完整性分析入门 于争博士 https://www.wendangku.net/doc/aa8195533.html, 整理:runnphoenix

什么是信号完整性? 如果你发现，以前低速时代积累的设计经验现在似乎都不灵了，同样的设计，以前没问题，可是现在却无法工作，那么恭喜你，你碰到了硬件设计中最核心的问题：信号完整性。早一天遇到，对你来说是好事。 在过去的低速时代，电平跳变时信号上升时间较长，通常几个ns。器件间的互连线不至于影响电路的功能，没必要关心信号完整性问题。但在今天的高速时代，随着IC输出开关速度的提高，很多都在皮秒级，不管信号周期如何，几乎所有设计都遇到了信号完整性问题。另外，对低功耗追求使得内核电压越来越低，1.2v内核电压已经很常见了。因此系统能容忍的噪声余量越来越小，这也使得信号完整性问题更加突出。 广义上讲，信号完整性是指在电路设计中互连线引起的所有问题，它主要研究互连线的电气特性参数与数字信号的电压电流波形相互作用后，如何影响到产品性能的问题。主要表现在对时序的影响、信号振铃、信号反射、近端串扰、远端串扰、开关噪声、非单调性、地弹、电源反弹、衰减、容性负载、电磁辐射、电磁干扰等。 信号完整性问题的根源在于信号上升时间的减小。即使布线拓扑结构没有变化，如果采用了信号上升时间很小的IC芯片，现有设计也将处于临界状态或者停止工作。 下面谈谈几种常见的信号完整性问题。 反射： 图1显示了信号反射引起的波形畸变。看起来就像振铃，拿出你制作的电路板，测一测各种信号，比如时钟输出或是高速数据线输出，看看是不是存在这种波形。如果有，那么你该对信号完整性问题有个感性的认识了，对，这就是一种信号完整性问题。 很多硬件工程师都会在时钟输出信号上串接一个小电阻，至于为什么，他们中很多人都说不清楚，他们会说，很多成熟设计上都有，照着做的。或许你知道，可是确实很多人说不清这个小小电阻的作用，包括很多有了三四年经验的硬件工程师，很惊讶么?可这确实是事实，我碰到过很多。其实这个小电阻的作用就是为了解决信号反射问题。而且随着电阻的加大，振铃会消失，但你会发现信号上升沿不再那么陡峭了。这个解决方法叫阻抗匹配，奥，对了，一定要注意阻抗匹配，阻抗在信号完整性问题中占据着极其重要的

建筑设计方法要点分析

建筑设计方法要点分析 发表时间：2017-11-27T15:24:46.927Z 来源：《防护工程》2017年第17期作者：赵得祥 [导读] 这一基本原则是指建筑设计师在对建筑进行合理设计时，除了考虑建筑自身的基础功能以外。 摘要：伴随建筑业的飞速发展，与之相关的施工工艺、建筑材料、电器设备都有了极大的进步，而建筑设计技术也要相应的向前发展以适应快速发展的科技的多样化需求，进而为建筑工程的进一步发展打好基础。本文首先分析了建筑设计需遵循的基本原则，接着研究了建筑设计的方法，最后深入探讨了现代建筑设计方法的发展方向。 关键词：建筑；设计；方法 一、建筑设计需遵循的基本原则 1、整体性设计与联系性原则 这一基本原则是指建筑设计师在对建筑进行合理设计时，除了考虑建筑自身的基础功能以外，还需要对建筑的不同组成部分和不同功能进行综合化的考虑，将整个建筑的构成和相关规律通过合理联系的方式作为整体进行进一步的研究与设计，同时注重建筑物中整体与部分之间的相互依赖、结合、制约等多个方面，在建筑设计时需要对彼此联系的多个方面加以进一步设计，进而充分表现建筑的特征和规律。 2、有序性设计与最优化原则 一般来说，建筑物的结构设计应当是有序并且分为不同层次的，在建筑物的系统结构中，高一层系统往往是由多层次的低层系统组合而成的，从建筑设计师的角度考虑，建筑物内部的不同结构应当被划分为不同的功能区，建筑物的不同的空间序列也应当有更为明确且合理的组织，建筑物不同部分之间的相互关系才能更为明确。同时，建筑设计师还应当针对建筑物不同部分的联系和发展趋势、功能使用方向、活动方式等因素进行综合性的多方面考虑，最终筛选出最优化设计方案，达到不仅要满足当前的设计需求，还应该考虑到未来建筑物发展的变化，最终让设计出的建筑物能够与时代发展紧密结合起来并发挥更好的功能和效果的最优化设计原则。 3、综合性设计与统一性原则 建筑设计师在建筑设计的过程中，同样也应当注重对其基础功能、自身结构要素以及内外部之间的相互关系进行综合的考虑，并在综合性考虑的基础上，将建筑物的不同结构部分及相关要素进行合理且针对化的应用，同时对建筑物每一部分进行综合化的分析，最后再根据相互之间的比较从不同角度对建筑加以重新更改和整合，最终达到建筑物的不同部分能够相互统一的优秀目的。 二、建筑设计的方法 1、平面功能法 平面功能法是解决绝大部分建筑功能的重要方法，在对建筑物的功能分析时就会对建筑平面进行具体分析，平面处理的好坏将直接作用于建筑的使用功能。所以我们所要研究的是怎样通过使用科学的设计方法，设计出合理的建筑使用功能。平面功能法主要使用方法是：先分析用地之间的关系，通过了解建筑物使用的性质，从建筑的使用功能出发进行平面的合理组合，并且考虑建筑的空间设计。 2、结构法 结构法是结构主义的建筑设计方法，其表达的宗旨是通过建筑的结构形式来表达建筑的设计。建筑空间与结构的关系是密不可分的，我们可以通过结构设计的表达来诠释建筑物的性质和形式。 3、构图法 搞清楚建筑师是怎样对其所设计的建筑进行定位是使用构图法进行建筑设计的一个重要前提。建筑设计通过构图的几个重要因素来分析几何形体之间的关系，从中分析出形体之间的主从、比例、对比、均衡、韵律等形式美的具体规律。 4、建筑沿革法 建筑沿革法主要是通过我们要系统的对以往的建筑设计进行分析，从中研究和提炼自然的法则、历史、文化与人类的生活习惯及思想，以这些来作为建筑设计的出发点，从而进行相关的建筑设计，极力想通过设计的建筑去改变人们的生活习惯及行为习惯。这个方法对于建筑师是非常难掌握的。 5、符号象征法 符号象征法是我们把约定俗成的符号使用在建筑表面或内部的装饰部位，或是用符号来演绎建筑平面和空间体量。虽然很多的建筑在设计时生硬的照搬这一特定的符号并不一定能很好的体现建筑的文化，但是这个方法还是大量的运用在一些对建筑形象有特殊要求的建筑中，例如企业可能想通过企业符号在建筑设计时很好的融入其中来展示企业的形象等。 6、综合法 这个方法是以上几种方法的综合。在很多的群体建筑设计中，将不同的个体建筑分析为不同的几何形体来作为总体设计的一个大方向，使每个建筑单体之间都存在着相互影响的关系。这种手法通常是运用到大型的综合建筑设计中。 三、现代建筑设计方法的发展方向 1、现代建筑与传统建筑设计相结合的创新理念 建筑艺术是社会的艺术，也是历史的艺术，他的本质在于不断的创新、发展和改革，才能符合历史发展的需要。所以，我们在学习传统建筑设计时要以积极进取的心态来吸取从古至今的建筑设计的精华，把建筑设计创新作为设计创作的的高度来衡量现代建筑设计的创作水准，从而反映新观念的设计创作。西方建筑师在其社会发展进程和文化框架中有意识地发展了现代建筑，而从历史的角度看，中国建筑师则是被动地被拽入了现代设计。 2、建筑工程设计中科技的创新 现代建筑设计的科技化不仅仅是一种信息的储存和处理技术的运用，而是信息社会知识经济的技术基础。建筑设计的创新不仅可以体现在建筑外形中，也可以体现在建筑技术中。例如：在清华大学超低能耗楼设计中就有多处创新之处，在围护结构设计中包含了生态舱的

数字信号处理课设共18页文档

数字信号处理课程设计 姓名：刘倩 学号：201014407 专业：信息与计算科学 实验一：常见离散信号产生和实现 一、实验目的： 1、加深对常用离散信号的理解； 2、掌握matlab 中一些基本函数的建立方法。 二、实验原理： 1.单位抽样序列 在MATLAB 中可以利用zeros()函数实现。 如果)(n δ在时间轴上延迟了k 个单位，得到)(k n -δ即： 2．单位阶越序列 在MATLAB 中可以利用ones()函数实现。 3．正弦序列 在MATLAB 中 4．复指数序列 在MATLAB 中 5．指数序列 在MATLAB 中

实验内容：由周期为10的正弦函数生成周期为20的余弦函数。 实验代码： n=0:30; y=sin(0.2*pi*n+pi/2); y1=sin(0.1*pi*n+pi/2); subplot(121) stem(n,y); xlabel ('时间序列n');ylabel('振幅');title('正弦函数序列y=sin(0.2*pi*n+pi/2)'); subplot(122) stem(n,y1); xlabel ('时间序列n');ylabel('振幅'); title('正弦函数序列y=sin(0.2*pi*n+pi/2)'); 实验结果： 实验二：离散系统的时域分析 实验目的：加深对离散系统的差分方程、冲激响应和卷积分析方法的理解。实验原理：离散系统 其输入、输出关系可用以下差分方程描述： 输入信号分解为冲激信号， 记系统单位冲激响应 则系统响应为如下的卷积计算式：

当N k d k ,...2,1,0==时，h[n]是有限长度的（n ：[0，M]），称系统为FIR 系统；反之，称系统为IIR 系统。 在MATLAB 中，可以用函数y=filter(p,d,x)实现差分方程的仿真，也可以用函数 y=conv(x,h)计算卷积，用y=impz(p,d,N)求系统的冲激响应。 实验内容：用MATLAB 计算全解 当n>=0时，求用系数差分方程y[n]+y[n-1]-6y[n-2]=x[n]描述的一个离散时间系统对阶跃输入x[n]=8μ[n]的全解。 实验代码： n=0:7; >> [y,sf]=filter(1,[1 1 -6],8*ones(1,8),[-7 6]); >> y1(n+1)=-1.8*(-3).^n+4.8*(2).^n-2; >> subplot(121) >> stem(n,y); >> title('由fliter 函数计算结果'); >> subplot(122) >> stem(n,y1); >> title('准确结果'); 实验结果： 结果分析：有图可得由fliter 函数得出的结果与计算出的准确结果完全一致。 实验三FFT 算法的应用

信号完整性分析基础系列之一——眼图测量

信号完整性分析基础系列之一 ——关于眼图测量（上） 汪进进美国力科公司深圳代表处 内容提要：本文将从作者习惯的无厘头漫话风格起篇，从四个方面介绍了眼图测量的相关知识：一、串行数据的背景知识; 二、眼图的基本概念; 三、眼图测量方法; 四、力科示波器在眼图测量方面的特点和优势。全分为上、下两篇。上篇包括一、二部分。下篇包括三、四部分。 您知道吗？眼图的历史可以追溯到大约47年前。在力科于2002年发明基 于连续比特位的方法来测量眼图之前，1962年-2002的40年间，眼图的测量是基 于采样示波器的传统方法。 您相信吗？在长期的培训和技术支持工作中，我们发现很少有工程师能完整地准确地理解眼图的测量原理。很多工程师们往往满足于各种标准权威机构提供的测量向导，Step by Step，满足于用“万能”的Sigtest软件测量出来的眼图给出的Pass or Fail结论。这种对于Sigtest的迷恋甚至使有些工程师忘记了眼图是 可以作为一项重要的调试工具的。 在我2004年来力科面试前，我也从来没有听说过眼图。那天面试时，老板反复强调力科在眼图测量方面的优势，但我不知所云。之后我Google“眼图”， 看到网络上有限的几篇文章，但仍不知所云。刚刚我再次Google“眼图”，仍然 没有找到哪怕一篇文章讲透了眼图测量。 网络上搜到的关于眼图的文字，出现频率最多的如下，表达得似乎非常地专业，但却在拒绝我们的阅读兴趣。 “在实际数字互连系统中，完全消除码间串扰是十分困难的，而码间串扰 对误码率的影响目前尚无法找到数学上便于处理的统计规律，还不能进行准确计算。为了衡量基带传输系统的性能优劣，在实验室中，通常用示波器观察接收信号波形的方法来分析码间串扰和噪声对系统性能的影响，这就是眼图分析法。 如果将输入波形输入示波器的Y轴，并且当示波器的水平扫描周期和码元 定时同步时，适当调整相位，使波形的中心对准取样时刻，在示波器上显示的图形很象人的眼睛，因此被称为眼图（Eye Map）。 二进制信号传输时的眼图只有一只“眼睛”，当传输三元码时，会显示两 只“眼睛”。眼图是由各段码元波形叠加而成的，眼图中央的垂直线表示最佳抽样时刻，位于两峰值中间的水平线是判决门限电平。 在无码间串扰和噪声的理想情况下，波形无失真，每个码元将重叠在一起，最终在示波器上看到的是迹线又细又清晰的“眼睛”，“眼”开启得最大。当有码

建筑设计方案控制要点分析

建筑设计方案控制要点分析 发表时间：2016-08-16T13:54:29.883Z 来源：《建筑建材装饰》2015年8月上作者：韩冰 [导读] 本文主要对建筑方案设计问题进行了分析与探讨。 （天津市建筑设计院，天津300074） 摘要：随着现代化科技和建筑艺术的进步，很多新的建筑设计理论在实践中不断产生。建筑的方案设计是建筑工程施工的基础和前提，不仅影响着整个建筑物的美观程度，同时对于建筑外部的环境也存在重要的影响。本文主要对建筑方案设计问题进行了分析与探讨。 关键词：方案设计；建筑设计重要性 前言 从目前建筑设计单位内部运行情况来看，建筑设计过程大体可以包括：设计前的准备阶段（设计前期阶段）、方案设计阶段、初步设计阶段（技术设计阶段）及施工图设计阶段。因此，建筑方案设计是建筑设计的最初阶段，也是最关键的阶段。方案设计是一项专业性很强和过程复杂的工程，需要对各种因素，结合业主的需求以及根据投资规划条件和技术水平进行整合，进而来确定建筑的面积、空间、平面立面等，方案设计关系到建筑设计的质量，关系到建筑工程的质量，一定要加强对方案设计的重视。 1方案设计在建筑设计中的现状 所谓的建筑设计就是在为了达到一定的建筑目的而进行的设计，其中包括建筑的视觉美感和使用功能等诸多的方面。同时建筑设计是将己有的施工材料和技术相结合，包含的范围较广，且涉及到的领域也相对较宽。建筑的方案设计是建筑整体设计的重要组成部分，也是整个设计工作的首要环节，在设计初始阶段，需要对建筑工程施工区域的空间大小、地质状况、周边环境以及附近居民的生活习惯等进行综合的了解和考虑，结合居民的实际需求与建筑施工单位的具体情况，对建筑的面积、空间、造型等进行相应的设计，从而为建筑的施工提供参考依据。就目前而言，我国大部分地区对于建筑方案设计的重视程度还远远不够，对于方案设计的重要性认识不足，从而造成方案设计的尴尬地位。为了对这一现状进行改进，需要从以下三个方面来进行设计和规划： 第一，要根据建筑工程的特点对相关的数据和资料等进行调查和研究，同时做好数据的整理工作，为以后的建筑施工提供方便。 第二，要进行资料的分析工作，同时对于其可行性进行深入分析和研究。这一环节主要是进行建筑面积相应指标的分析和比较，最后对最佳的面积指标进行确定，进而提出科学的建设方案，这个过程主要是为以后的建筑施工提供一定的方案参照。 第三，要在方案设计之后编制相应的任务书，将每个建设项目的细节进行规定，相关的设计和施工人员要对任务书进行研讨，对具体的建设工程的施工方式等进行分析，从而改进任务书的内容。 2建筑设计方案关注的要素 建筑设计过程要经历环境设计－总体设计－单体设计－细部设计的递进发展。方案设计是整个设计工作的主体，需要大量的分析、收集整理以及沟通工作，将各种因素以及业主的要求和投资、规划条件和各专业的技术要求进行整合，确定建筑的总平、体量、空间、立面、平面以及场地的设计，是建筑设计的灵魂。 2.1文化要素 建筑的文化特质与内涵，广泛涉及到历史、文脉、民族、地域风情、风格定位、建设单位的组织文化等诸多方面，且往往难以用明确的语言来加以表述。对文化要素的正确把握与合理表达通常是建筑设计的难点之一。中标方案能得到评标专家的认可，一般会在文化要素的诠释方面有独到的优势，但这并不意味着已全面到位。在方案优化阶段，建设单位与设计单位均应对文化要素给予充分关注，并通过反复的沟通与论证，以准确把控建筑的文化定位与建筑格调。 2.2功能要素 在招投标之前，由于尚无建筑方案雏形，建设单位对功能需求的描述往往是粗线条的，大量技术指标尚有待细化与明确。因而，在方案优化阶段，需要基于中标方案对功能要素进行梳理，并逐一验证落实。同时，力争通过功能集成，碰撞、激发新的想法和创意，使功能更趋完善与优化。 2.3成本要素 建筑成本对建筑企业的总体经济效益有很重要的影响，降低成本是每一个企业追求的目标之一，方案设计影响着建筑的成本控制。目前成本指标已成为限额设计的一项硬性约束，必须加以严格控制。在方案优化阶段，需要结合具体的中标方案，对建筑成本要素进行分析，并基于成本限额指标对功能、材料、结构形式、技术标准等进行全面优化与协调。一个好的方案会合理确定立面材料、结构形式，在结构和经济条件允许的情况下进行体量组合设计，通过精心详细的设计能够把普通的材料设计出良好的视觉效果，这样就解决了建筑的结构问题，降低了建筑材料使用的成本。 3建筑方案设计控制方法 3.1功能完整性和创造性空间 建筑，作为一个单位空间，相对来说是静止的空间，然而在做整体空间构成时便构成动态的空间。建筑方案设计不仅是建筑的艺术，一个好的建筑不能脱离周围的环境而独立存在，无论空间建筑包含何种功能，创造空间都是其中重要的一项。所谓建筑的整体空间，是由点、线、面的某种组合而成立的单位空间作为要素构成的。因而可以说单位空间作为建筑整体空间的构成是至关重要的。建筑师常用曲面和斜面来构成空间，其目的就是为了表达动态的空间效果。建筑不仅可以向上发展，而且可以向四周流动。建筑空间有内、外空间之分，作建筑设计时必须将内、外空间有机融汇在一起，这样才能使整个建筑给人一种自由、舒适的感觉，使观者宛如喝一杯醇美、芳香的酒，实实在在感到美的享受。 3.2整体平面设计 建筑的整体平面设计是方案设计的第一步骤，主要是对于建筑出入口、内部环境、图底关系以及建筑的竖向设计等。建筑的平面形状基本有正方形、矩形、三角形、圆形等，或者是上述几种形式的演变和组合体。平面造型主要取决于建筑师的总体构思、所设计对象的功

五款信号完整性仿真分析工具

SI 五款信号完整性仿真工具介绍 （一）Ansoft公司的仿真工具 现在的高速电路设计已经达到GHz的水平，高速PCB设计要求从三维设计理论出发对过孔、封装和布线进行综合设计来解决信号完整性问题。高速PCB 设计要求中国工程师必须具备电磁场的理论基础，必须懂得利用麦克斯韦尔方程来分析PCB设计过程中遇到的电磁场问题。目前，An soft公司的仿真工具能够从三维场求解的角度出发，对PCB 设计的信号完整性问题进行动态仿真。 Ansoft 的信号完整性工具采用一个仿真可解决全部设计问题： Slwave是一种创新的工具，它尤其适于解决现在高速PCB和复杂IC封装中普遍存在的电源输送和信号完整性问题。 该工具采用基于混合、全波及有限元技术的新颖方法，它允许工程师们特性化同步开关噪声、电源散射和地散射、谐振、反射以及引线条和电源/地平面之间的耦合。该工具采用一个仿真方案解决整个设计问题，缩短了设计时间。 它可分析复杂的线路设计，该设计由多重、任意形状的电源和接地层，以及任何 数量的过孔和信号引线条构成。仿真结果采用先进的3D 图形方式显示，它还可产生等效电路模型，使商业用户能够长期采用全波技术，而不必一定使用专有仿 （二）SPECCTRAQuest Cade nee的工具采用Sun的电源层分析模块: Cade nee Design System 的SpeeetraQuest PCB信号完整性套件中的电源完整性模块据称能让工程师在高速PCB设计中更好地控制电源层分析和共模EMI 。 该产品是由一份与Sun Microsystems公司签署的开发协议而来的，Sun最初研制该项技术是为了解决母板上的电源问题。 有了这种新模块，用户就可根据系统要求来算出电源层的目标阻抗；然后基于板上的器件考虑去耦合要求，Shah表示，向导程序能帮助用户确定其设计所要求的去耦合电容的数目和类型；选择一组去耦合电容并放置在板上之后，用户就可运行一个仿真程序，通过分析结果来发现问题所在。 SPECCTRAQuest是CADENCE公司提供的高速系统板级设计工具，通过它可以控制与PCB layout相应的限制条件。在SPECCTRAQuest菜单下集成了一下工具： （1）SigXplorer 可以进行走线拓扑结构的编辑。可在工具中定义和控制延时、特性阻抗、驱动和负载的类型和数量、拓扑结构以及终端负载的类型等等。可在

数字信号处理课程规划报告

数字信号处理课程设计报告《应用Matlab对信号进行频谱分析及滤波》 专业： 班级： 姓名： 指导老师： 二0 0五年一月一日

目录 设计过程步骤（） 2.1 语音信号的采集（） 2.2 语音信号的频谱分析（） 2.3 设计数字滤波器和画出其频谱响应（） 2.4 用滤波器对信号进行滤波（） 2.5滤波器分析后的语音信号的波形及频谱（） ●心得和经验（）

设计过程步骤 2.1 语音信号的采集 我们利用Windows下的录音机，录制了一段开枪发出的声音，时间在1 s内。接着在C盘保存为WAV格式，然后在Matlab软件平台下．利用函数wavread对语音信号进行采样，并记录下了采样频率和采样点数，在这里我们还通过函数sound引入听到采样后自己所录的一段声音。通过wavread函数和sound的使用，我们完成了本次课程设计的第一步。其程序如下： [x,fs,bite]=wavread('c:\alsndmgr.wav',[1000 20000]); sound(x,fs,bite); 2.2 语音信号的频谱分析 首先我们画出语音信号的时域波形；然后对语音信号进行频谱分析，在Matlab中，我们利用函数fft对信号进行快速傅里叶变换，得到信号的频谱特性性。到此，我们完成了课程实际的第二部。 其程序如下： n=1024; subplot(2,1,1); y=plot(x(50:n/4)); grid on ; title('时域信号') X=fft(x,256); subplot(2,1,2); plot(abs(fft(X))); grid on ; title('频域信号'); 运行程序得到的图形：

数字信号处理课程设计报告 杨俊

课程设计报告 课程名称数字信号处理 课题名称数字滤波器设计及在语音信号分析中的应用 专业通信工程 班级1281 学号201213120101 姓名杨俊 指导教师彭祯韩宁 2014年12月5日

湖南工程学院 课程设计任务书 课程名称数字信号处理 课题数字滤波器设计 及在语音信号分析中的应用专业班级通信工程1281班 学生姓名杨俊 学号201213120101 指导老师彭祯韩宁 审批 任务书下达日期2014 年12月5日 任务完成日期2014 年12月13日

《数字信号处理》课程设计任务书 一、课程设计的性质与目的 《数字信号处理》课程是通信专业的一门重要专业基础课，是信息的数字化处理、存储和应用的基础。通过该课程的课程设计实践，使学生对信号与信息的采集、处理、传输、显示、存储、分析和应用等有一个系统的掌握和理解；巩固和运用在《数字信号处理》课程中所学的理论知识和实验技能，掌握数字信号处理的基础理论和处理方法，提高分析和解决信号与信息处理相关问题的能力，为以后的工作和学习打下基础。 数字滤波器是一种用来过滤时间离散信号的数字系统，通过对抽样数据进行数学处理来达到频域滤波的目的。根据其单位冲激响应函数的时域特性可分为两类：无限冲激响应（IIR）滤波器和有限冲激响应（FIR）滤波器。 二、课程设计题目 题目1：数字滤波器设计及在语音信号分析中的应用。 1、设计步骤： （1）语音信号采集 录制一段课程设计学生的语音信号并保存为文件，要求长度不小于10秒，并对录制的信号进行采样；录制时可以使用Windows自带的录音机，或者使用其它专业的录音软件，录制时需要配备录音硬件（如麦克风），为便于比较，需要在安静、干扰小的环境下录音。 然后在Matlab软件平台下，利用函数wavread对语音信号进行采样，记住采样频率和采样点数。 （2）语音信号分析 使用MATLAB绘出采样后的语音信号的时域波形和频谱图。根据频谱图求出其带宽，并说明语音信号的采样频率不能低于多少赫兹。 （3）含噪语音信号合成 在MATLAB软件平台下，给原始的语音信号叠加上噪声，噪声类型分为如下几种：①白

于博士信号完整性分析入门(修改)

于博士信号完整性分析入门 于争 博士 https://www.wendangku.net/doc/aa8195533.html, for more information,please refer to https://www.wendangku.net/doc/aa8195533.html, 电设计网欢迎您

什么是信号完整性? 如果你发现，以前低速时代积累的设计经验现在似乎都不灵了，同样的设计，以前没问题，可是现在却无法工作，那么恭喜你，你碰到了硬件设计中最核心的问题：信号完整性。早一天遇到，对你来说是好事。 在过去的低速时代，电平跳变时信号上升时间较长，通常几个ns。器件间的互连线不至于影响电路的功能，没必要关心信号完整性问题。但在今天的高速时代，随着IC输出开关速度的提高，很多都在皮秒级，不管信号周期如何，几乎所有设计都遇到了信号完整性问题。另外，对低功耗追求使得内核电压越来越低，1.2v内核电压已经很常见了。因此系统能容忍的噪声余量越来越小，这也使得信号完整性问题更加突出。 广义上讲，信号完整性是指在电路设计中互连线引起的所有问题，它主要研究互连线的电气特性参数与数字信号的电压电流波形相互作用后，如何影响到产品性能的问题。主要表现在对时序的影响、信号振铃、信号反射、近端串扰、远端串扰、开关噪声、非单调性、地弹、电源反弹、衰减、容性负载、电磁辐射、电磁干扰等。 信号完整性问题的根源在于信号上升时间的减小。即使布线拓扑结构没有变化，如果采用了信号上升时间很小的IC芯片，现有设计也将处于临界状态或者停止工作。 下面谈谈几种常见的信号完整性问题。 反射： 图1显示了信号反射引起的波形畸变。看起来就像振铃，拿出你制作的电路板，测一测各种信号，比如时钟输出或是高速数据线输出，看看是不是存在这种波形。如果有，那么你该对信号完整性问题有个感性的认识了，对，这就是一种信号完整性问题。 很多硬件工程师都会在时钟输出信号上串接一个小电阻，至于为什么，他们中很多人都说不清楚，他们会说，很多成熟设计上都有，照着做的。或许你知道，可是确实很多人说不清这个小小电阻的作用，包括很多有了三四年经验的硬件工程师，很惊讶么?可这确实是事实，我碰到过很多。其实这个小电阻的作用就是为了解决信号反射问题。而且随着电阻的加大，振铃会消失，但你会发现信号上升沿不再那么陡峭了。这个解决方法叫阻抗匹配，奥，对了，一定要注意阻抗匹配，阻抗在信号完整性问题中占据着极其重要的

建筑设计中绿色建筑设计要点分析

建筑设计中绿色建筑设计要点分析 发表时间：2016-09-06T15:07:34.240Z 来源：《建筑建材装饰》2015年9月下作者：齐燕云 [导读] 本文主要对建筑设计中的绿色设计的要点进行分析，阐述的绿色建筑的设计方法。 （北京中外建工程管理有限公司天津分公司，天津300142） 摘要：本文主要对建筑设计中的绿色设计的要点进行分析，阐述的绿色建筑的设计方法，以及设计中需要遵循的基本原则，希望可以促进我国人民的环保观念，共同建立绿色城市，实现我国的可持续发展。 关键词：建筑设计；绿色设计；要点 前言 建筑行业的能源消耗问题一直在困扰着我国的经济发展，也是全世界都普遍存在的一个问题，所以绿色设计成为了建筑行业发展的必然走向。绿色设计应统筹考虑建筑全寿命周期内，满足建筑功能和节能、节地、节水、节材、保护环境之间的辩证关系，体现经济效益、社会效益和环境效益的统一；应降低建筑行为对自然环境的影响，遵循健康、简约、高效的设计理念，实现人、建筑与自然和谐共生。 1绿色建筑的基本内涵 绿色建筑的基本内涵可以从以下两个方面来分析：一方面，在建设阶段，比如从规划设计阶段充分考虑保护并利用环境因素，施工过程中对环境的影响最低，减少由于施工所造成的环境污染，从而实现对各种材料资源的合理利用；另一方面，在建筑的后期使用阶段，比如运营阶段能为人们提供健康、舒适、低耗、无害的活动空间，拆除后又对环境危害降到最低能够有效降低能源的消耗，保护自然资源以及建筑物周围的环境。在绿色建筑施工建造时一般会使用天然材料，对一些能够回收的建筑材料经过一定的处理，循环使用。 总之，绿色建筑指的是从建筑的建造、使用到拆除的全过程中（包括原材料的获取，建筑材料与构配件的加工制造，现场施工与安装，建筑的运行和维护，以及建筑最终的拆除与处置），最大限度地节约资源（节能、节地、节水、节材）、保护环境、减少污染，为人们提供健康、适用和高效的使用空间，与自然和谐共生的建筑。 2绿色设计的重要性及内容 绿色设计，在建筑设计中体现可持续发展的理念，在满足建筑功能的基础上，实现建筑全寿命周期内的资源节约和环境保护，为人们提供健康、适用和高效的使用空间。 2.1绿色设计的重要性 2.1.1绿色设计理念响应了国家的环保政策，推动建筑行业的发展 可持续发展战略是我国的一项重要内容，而在建筑设计中推行绿色设计是在积极的响应我国等政策，推行绿色设计不仅可以获得政府部门的帮助和支持，还能提高建筑企业在市场中的竞争能力，提高企业的经济效益，并有效的降低建筑在建设时的成本。 2.1.2绿色设计可以有效的降低能耗 绿色设计贯穿于建筑工程的选址、平面规划、建材选用的设计全过程，而且建筑的绿色设计最注重的就是考虑如何降低建筑物的能耗。例如建筑物在设计时，设计人员会根据施工场地的实际情况考虑如何对建筑物进行布局、建筑物的走向、体积形状等等，还会考虑建筑物在建材的使用中如何减少消耗，为人们提供更加环保和节能的使用空间。 2.1.3绿色建筑对人们的健康生活起到帮助作用 绿色建筑在设计时设计师会综合不同的情况从人性化的角度进行思考，保证人们的健康生活，因此也可以说建筑绿色设计就是为了满足人们的需求，创建出更加有益于人类健康的办公和生活环境。 2.1.4绿色设计可以满足市场需求 现代人们对于生活质量的要求越来越高，而建筑的绿色设计可以满足市场的需求，激发了市场的活跃性，提高了房地产企业的经济效益。 2.2绿色设计的内容 2.2.1绿色设计节约资源的理念 绿色设计的核心内容就是节约资源，减少建筑物在建材、土地资源、水资源等方面的消耗，最终达成保护环境的目标。绿色建筑的设计要根据建筑物的功能进行综合性的考虑，考虑设计的合理性，保证绿色建筑设计符合我国环保发展的目标。 2.2.2重视绿色建筑物的功能 绿色建筑物的主要功能是不能对环境产生污染，保证建筑物使用者的身体健康不会受到外界环境污染的侵害，所以想要发挥绿色建筑的功能，就要在设计之初明确并重视绿色建筑物的功能。 2.2.3重视绿色建筑对于环境的优化 绿色建筑不是单独存在于某个空间之中的，需要与其周围的建筑物形成一个整体，保证减少绿色建筑物对其它建筑的影响，最终形成对于环境的优化，达到提高环境效益的目标，绿色建筑设计要遵循保护环境的原则，尽量利用多种绿化方式，例如墙体绿化、建设生态绿地，保证各类花草树木的合理配置。尽量避免纯草地的绿化，建设具有城市特色的综合性绿化效果，对建筑物附近的生态环境进行良好的改善。 3绿色设计的要点 3.1合理利用资源 绿色设计应应遵循因地制宜的原则，结合建筑所在地域的气候、资源、生态环境、经济、人文等特点进行，采用有利于促进建筑与环境可持续发展的场地、建筑形式、技术、设备和材料。比如清洁能源的利用。在我国能源逐渐紧张的状况下，环境污染问题变得越来越严重，所以注重清洁能源的利用，例如合理的利用风能和太阳能等等；以及对旧的建筑材料进行回收利用，建筑物拆除下来的材料之中有些还是可以进行重复利用的，为了减少绿色建筑在材料上的成本，可以对其进行回收利用，不仅有效的减少绿色建筑物的材料成本，还可以