同济大学数字信号处理教程

数字信号处理是电子信息类专业同学很重要的一门专业基础课。

数字信号处理，英文全称为digital signal processing，也简称DSP。主要是用数值表示和处理的方法来研究信号的一门学科，数字信号在时间和幅度上都是离散(量化)的，现在的一些芯片，单片机、微处理器、计算机内部都是以数值来存储和运算的，与之相对应的模拟信号处理，二者都属于信号处理的范畴。现在数字信号处理器具有体积小、功耗低、精度高、可靠性高、灵活性大、易于大规模集成、可进行二维与多维处理等优点，已经逐步取代模拟信号处理器了。

关于教程

教程系统地讨论了数字信号处理的基础理论、基本概念、基本分析方法、算法、设计。课程包括四部分内容。第一部分是离散时间信号（序列）与系统的基本概念和时域、频域（包括z变换域）的分析方法与算法，包括离散傅里叶变换及其快速算法，模拟信号用数字信号处理的原理方法；第二部分为各种IIR及FIR数字滤波器的基本概念、理论、结构与设计方法；第三部分为多抽样率数字信号处理的基础理论；第四部分为数字信号处理实现中的有限字长效应。

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几种实用的数字量输入信号的处理方法

工业现场中，关于数字量输入信号的处理，最常规的做法是直接访问信号，参与顺控、联锁等逻辑控制，以典型的电机启停逻辑为例，如下图所示。

图中，I10.0，I10.1分别用于电机的启动和停止控制，Q12.0为输出信号，控制电机回路主接触器的吸合。这段程序，无论是通过实际物理地址，如I10.0，I10.1，还是通过符号地址，如“motor_on_cmd”,”motor_off_cmd”来实现逻辑，本质上都是直接访问输入映射区。从编程上来看，针对性强，逻辑也容易捋顺，在小型应用中，通常采用这种方式。

下面介绍两种其他的信号采集、处理功能块，和有需要的同学一起交流学习。

基于“输入模块”的信号处理

鉴于“数字量输入模块”一般为8bit，16bit以及32bit等，以“字节”为单位进行处理，因此，可以开发以相应模块为模板的FB块，以对数据进行集中处理，如下图所示。

程序段2的两个功能块分别是基于8bit和16bit而开发的信号处理模块。只要在“Source_IBy“（或”Source_IW“）端填入对应模块的字节地址，就可以对相应的输入信号组进行数据处理了，数据处理内容包括：

基于“输入模块”的信号处理，可以将各个模块的信号集中起来进行处理，这样的好处是，在前期调试期间可以精准的定位每个模块，提高了信号“打点校线“的效率。同时，由于信号集中处理，后期的生产维护也会方便一些。

2、面向“控制对象”的信号处理

面向“控制对象“的信号处理方式，借鉴的是”状态字“的概念。将一个设备（或控制对象）相关的信号，整合到一起，形成一个”状态字“，方便对控制对象进行整体把控，如下图所示。

程序段3中，与“Device1“相关的信号，如：”on_off“、”q_stop“、”back_reached“等，按约定的顺序写到输入端，在输出端就可以得到该设备的”状态字“了。该块有以下功能：

面向“控制对象“的信号处理，可以对生产线中某些”同质性“的设备进行统一的”状态字“定义，然后进行统一的信号处理。这样，在日常设备维护、故障排查时，就能够迅速诊断设备状态。

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