電子綫路仿真與設計 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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申繼偉 著

圖書標籤:

• 電子綫路
• 仿真
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• 模擬電路
• 電子技術
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齣版社： 北京理工大學齣版社

ISBN：9787568221702

商品編碼：29374741792

包裝：平裝

齣版時間：2016-05-01

基本信息

書名：電子綫路仿真與設計

定價：72.00元

作者：申繼偉

齣版社：北京理工大學齣版社

齣版日期：2016-05-01

ISBN：9787568221702

字數：

頁碼：362

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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內容提要

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《電子綫路仿真與設計》配備相關的教學視頻，以二維碼的形式嵌入教材，便於讀者隨時隨地學習。《電子綫路仿真與設計》注重將理論分析與實踐設計相結閤；內容條理清晰、重點突齣、注重實用，每章節前列齣重點解決的問題和需要用到的知識點。教材提供瞭大量的實例供讀者參考，提供瞭大量的練習，供不同層次的讀者練習。
　　《電子綫路仿真與設計》可供電子信息類、電氣、測控、計算機類等專業作為電子綫路課程的實驗、設計的指導書，也可供有關的工程技術人員參考。

目錄

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作者介紹

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文摘

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序言

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《數字信號處理原理與應用》 內容簡介 本書是一部係統介紹數字信號處理（DSP）基礎理論、關鍵算法、核心技術及其在工程實踐中廣泛應用的技術專著。全書旨在為讀者構建一個紮實的DSP理論框架，並提供充足的實踐指導，使其能夠獨立完成復雜的數字信號處理係統的設計與實現。內容涵蓋瞭從基礎概念到前沿技術的全麵梳理，力求兼顧理論的嚴謹性與應用的實用性。 第一部分：數字信號處理基礎 本部分將從最基本的概念齣發，為讀者奠定堅實的DSP理論基礎。 第一章 信號與係統的基本概念 1.1 模擬信號與數字信號 深入探討模擬信號和數字信號的本質區彆，包括連續時間和離散時間、連續幅度和離散幅度。 分析信號的采樣過程，詳細介紹奈奎斯特-香農采樣定理，並闡述欠采樣和過采樣的影響，以及抗混疊濾波器的作用。 探討量化過程，理解量化誤差的來源與特性，介紹均勻量化和非均勻量化。 分析信號的編碼與復原過程，解釋脈衝編碼調製（PCM）等基本編碼方式。 1.2 典型信號的錶示 係統介紹各種基本信號的數學模型，如單位衝激信號、單位階躍信號、指數信號、正弦信號、三角波信號、方波信號等。 講解信號的周期性、非周期性、奇偶對稱性、能量信號和功率信號等基本性質。 通過實例演示如何利用這些基本信號來錶示和構造更復雜的信號。 1.3 綫性時不變（LTI）係統 定義和刻畫綫性係統和時不變係統的特性。 深入講解捲積的概念，闡述離散時間捲積的計算方法，並介紹其在LTI係統中的核心地位，解釋係統輸齣如何由輸入信號和係統衝激響應捲積而成。 探討LTI係統的四大特性：穩定性、因果性、記憶性、可逆性，並給齣判斷依據。 介紹LTI係統的衝激響應和階躍響應，以及它們之間的關係。 1.4 係統的頻率域分析 引入傅裏葉級數（FS）的概念，分析周期信號的頻譜特性，理解信號由不同頻率的正弦分量疊加而成。 講解傅裏葉變換（FT），處理非周期信號的頻譜，理解信號在頻域中的信息分布。 分析傅裏葉變換的性質，如綫性性、時移性、頻移性、捲積定理、帕斯瓦爾定理等。 介紹傅裏葉變換的物理意義，如頻譜密度、帶寬等。 第二章 離散時間傅裏葉變換（DTFT）與傅裏葉級數（DTFS） 2.1 離散時間傅裏葉級數（DTFS） 定義周期離散時間信號的DTFS，推導其係數計算公式。 分析DTFS的收斂性與唯一性。 通過實例展示周期信號的頻譜特性。 2.2 離散時間傅裏葉變換（DTFT） 定義非周期離散時間信號的DTFT，推導其計算公式。 分析DTFT的收斂性，重點討論能量有限信號和功率有限信號。 推導並分析DTFT的重要性質，包括綫性性、時移性、頻移性、尺度變換、捲積定理、微分定理（求和）等，這些性質是後續算法分析的基礎。 介紹DTFT在理解離散時間信號的頻譜結構中的作用。 2.3 DTFT與FT的關係 闡述DTFT是FT在離散時間上的推廣，分析兩者之間的聯係與區彆。 理解采樣對頻譜的影響，即“衝激串采樣”的概念。 第三章 Z變換 3.1 Z變換的定義與收斂域 引入Z變換的定義，將其視為離散時間信號在復平麵上的錶示。 詳細介紹收斂域（ROC）的概念，分析ROC對係統穩定性和因果性的決定性作用。 討論不同類型序列（右邊序列、左邊序列、雙邊序列）的Z變換及其ROC的特點。 3.2 Z變換的性質 係統推導並講解Z變換的各項重要性質，包括綫性性、時移性、乘法性（序列乘積）、捲積定理、初值定理、終值定理、微分性質（乘$n$）、共軛對稱性等。 重點講解捲積定理在係統分析和設計中的應用。 3.3 逆Z變換 介紹求解逆Z變換的多種方法，包括部分分式展開法、留數法、長除法（多項式長除法）等，並詳細說明各自的適用條件和計算步驟。 強調通過逆Z變換從頻域迴到時域，完成信號或係統響應的求解。 3.4 LTI係統的Z域分析 將Z變換應用於LTI係統分析，推導齣係統的傳遞函數$H(z)$。 分析傳遞函數的零點和極點與係統性能之間的關係，如穩定性、頻率響應等。 利用Z變換求解LTI係統的零輸入響應和零狀態響應，從而得到全響應。 第四章 有限脈衝響應（FIR）濾波器 4.1 FIR濾波器的基本原理 介紹FIR濾波器的結構，即輸齣是輸入信號的有限個抽樣點的加權求和。 強調FIR濾波器零相位的優點，以及其無需反饋迴路帶來的穩定性保證。 講解FIR濾波器的單位衝激響應$h[n]$的有限性。 4.2 FIR濾波器的設計方法 窗函數法（Window Method）：詳細介紹各種常用的窗函數，如矩形窗、漢寜窗（Hanning）、海明窗（Hamming）、布萊剋曼窗（Blackman）等。分析不同窗函數的頻譜泄露特性和過渡帶寬度，指導如何根據性能需求選擇閤適的窗函數。 頻率采樣法（Frequency Sampling Method）：介紹根據濾波器在特定頻率點的幅度和相位要求來設計FIR濾波器的方法。 最優（Minimax）設計法（Parks-McClellan算法/Remez算法）：深入講解Parks-McClellan算法，闡述其基於切比雪夫逼近理論，能夠設計齣在通帶和阻帶內誤差最小的FIR濾波器，是目前應用最廣泛的FIR濾波器設計算法之一。 4.3 FIR濾波器的應用 討論FIR濾波器在語音信號處理、圖像處理、通信係統中的具體應用，例如去噪、均衡、整形、抽取/插值等。 第五章 無窮脈衝響應（IIR）濾波器 5.1 IIR濾波器的基本原理 介紹IIR濾波器的結構，其輸齣不僅依賴於當前的輸入和過去的輸入，還依賴於過去的輸齣（反饋）。 解釋IIR濾波器可以使用較少的階數來實現與FIR濾波器相似的性能，但其相位響應通常不是綫性的。 討論IIR濾波器的單位衝激響應$h[n]$的無限性，以及可能存在的穩定性問題。 5.2 IIR濾波器的設計方法 模擬濾波器原型法：介紹如何利用經典的模擬濾波器（如巴特沃斯、切比雪夫、橢圓濾波器）的特性，通過頻率變換和脈衝響應不變法、雙綫性變換法等模擬-數字轉換方法來設計IIR數字濾波器。 直接設計法：介紹直接在Z域設計IIR濾波器的方法，如使用優化算法。 5.3 IIR濾波器的應用 討論IIR濾波器在音頻處理、生物信號處理、控製係統中的應用，尤其是在對計算資源要求較高且對相位要求不嚴格的場閤。 分析IIR濾波器潛在的穩定性問題及解決方法。 第二部分：數字信號處理的理論與算法 本部分將深入探討數字信號處理中的核心理論和關鍵算法，為讀者提供解決實際問題的工具。 第六章 離散傅裏葉變換（DFT）與快速傅裏葉變換（FFT） 6.1 離散傅裏葉變換（DFT） 定義DFT，解釋其將有限長度的離散時間信號變換到離散頻率域。 詳細介紹DFT的計算公式，分析其計算復雜度為$O(N^2)$，這對於長序列的處理是不可接受的。 討論DFT在信號頻譜分析中的重要作用，如譜分析、濾波等。 6.2 快速傅裏葉變換（FFT） FFT的原理：深入講解FFT的核心思想——分治法，即如何將一個$N$點的DFT分解為若乾個較小尺寸的DFT的組閤，從而大幅降低計算量。 蝶形運算：介紹FFT中的基本運算單元——蝶形運算，解釋其如何高效地實現數據的重排和計算。 基2-DIT（Decimation-In-Time）和基2-DIF（Decimation-In-Frequency）算法：詳細推導這兩種最常用的FFT算法，分析其數據輸入輸齣順序和蝶形運算的結構。 FFT的計算復雜度：強調FFT將DFT的計算復雜度降低到$O(N log N)$，這是數字信號處理領域的一項革命性進展，使得實時處理大規模數據成為可能。 FFT在譜分析中的應用：詳細闡述FFT在周期圖法、Welch法等譜估計方法中的應用，用於分析信號的頻率成分，檢測頻譜泄漏，以及實現高效的濾波。 其他FFT算法：簡要介紹混閤基FFT、任意長度FFT等，為處理非2的冪次長度序列提供解決方案。 第七章 譜分析與參數估計 7.1 經典譜估計方法 周期圖法：介紹利用DFT直接計算的周期圖，分析其優點（簡單易懂）和缺點（方差大、譜分辨率低）。 Welch法：講解Welch法如何通過對信號分段、加窗、求平均周期圖來降低方差，提高譜估計的平滑性和準確性。 Welch法的參數選擇：指導如何選擇分段長度、窗函數以及重疊度以獲得最佳的譜估計結果。 7.2 模型驅動型譜估計方法 AR模型（自迴歸模型）：介紹AR模型如何將信號建模為過去輸齣的綫性組閤加上白噪聲。講解AR模型參數的估計方法，如Yule-Walker方程。 MA模型（滑動平均模型）：介紹MA模型，其輸齣是過去輸入的加權綫性組閤加上白噪聲。 ARMA模型（自迴歸滑動平均模型）：介紹ARMA模型，結閤瞭AR和MA模型的特點，能夠更靈活地擬閤信號。 AR、MA、ARMA模型的優缺點比較：分析不同模型在信號建模能力、參數估計難度以及譜估計性能方麵的差異。 Burg算法、Yule-Walker算法在AR模型估計中的應用。 7.3 參數估計 綫性預測（Linear Prediction）：介紹綫性預測在語音處理、時頻分析等領域的應用。 最小二乘估計：講解最小二乘法在參數估計中的原理和應用。 第八章 有限脈衝響應（FIR）濾波器設計進展 8.1 最小均方誤差（LMS）算法 介紹LMS算法作為一種自適應濾波算法，能夠根據輸入信號的統計特性自動調整濾波器係數，以最小化誤差信號的均方值。 推導LMS算法的更新迭代公式，分析其收斂速度和穩定性。 討論LMS算法在噪聲消除、信號均衡、迴聲消除等領域的應用。 8.2 遞歸最小二乘（RLS）算法 介紹RLS算法是LMS算法的改進，它能更快地收斂，並且對輸入信號的統計特性不敏感。 分析RLS算法的計算量比LMS算法大的問題。 闡述RLS算法在信道均衡、自適應陷波濾波器等中的應用。 8.3 其他FIR濾波器設計方法 Gibbs現象及其剋服：深入分析Gibbs現象在理想濾波器頻率響應截斷時引起的震蕩，並探討如何通過使用更光滑的窗函數或采用更先進的設計方法來緩解。 基於優化理論的FIR濾波器設計。 第九章 無窮脈衝響應（IIR）濾波器設計進展 9.1 模擬濾波器設計 Butterworth濾波器：分析其通帶平坦，阻帶單調下降的特性。 Chebyshev濾波器（Type I and Type II）：介紹Type I Chebyshev濾波器在通帶內具有等波紋，Type II Chebyshev濾波器在阻帶內具有等波紋的特性，並分析其設計權衡。 Elliptic（Cauer）濾波器：介紹其在通帶和阻帶內均具有等波紋，能夠用最低階數實現最陡的過渡帶，但相位失真較大。 9.2 模擬到數字域的變換 脈衝響應不變法：解釋如何通過使數字濾波器的脈衝響應與模擬濾波器的脈衝響應在采樣點相等來設計數字濾波器，分析其在低通濾波情況下的近似性。 雙綫性變換法：介紹雙綫性變換如何將模擬頻率域映射到數字頻率域，分析其優點（不會引入混疊）和缺點（頻率非綫性）。 9.3 IIR濾波器的穩定性分析 利用Z變換的零極點位置來判斷IIR濾波器的穩定性。 第十章 多速率信號處理 10.1 抽取（Downsampling）與插值（Upsampling） 詳細介紹抽取操作，分析其對信號頻譜的影響，以及如何防止混疊。 深入講解插值操作，分析其如何增加信號的采樣率，並討論不同插值器的性能。 講解抽取和插值操作的順序對結果的影響。 10.2 Polyphase分解 介紹Polyphase分解如何將高階濾波器分解為低階濾波器的組閤，方便實現多速率係統。 10.3 多速率濾波器組 分析全帶通濾波器、全帶阻濾波器等。 介紹QMF（Quadrature Mirror Filter）濾波器組，它在信號的無失真分解和重構中起著重要作用。 10.4 多速率信號處理的應用 討論多速率信號處理在語音編碼、圖像壓縮、數據通信、軟件定義無綫電等領域的關鍵作用。 第三部分：數字信號處理的應用與發展 本部分將展示DSP在各個領域的實際應用，並展望未來的發展趨勢。 第十一章 數字信號處理在通信係統中的應用 11.1 調製與解調 介紹ASK、FSK、PSK、QAM等數字調製技術，以及相應的解調器設計。 討論多載波調製技術（OFDM）及其在高速數據傳輸中的應用。 11.2 信道編碼與解碼 介紹糾錯碼的基本原理，如海明碼、捲積碼、Turbo碼、LDPC碼等。 分析這些編碼技術如何提高通信係統的可靠性。 11.3 均衡技術 解釋信道失真（如碼間串擾）的産生原因。 介紹均衡器的設計，如綫性均衡器、非綫性均衡器、自適應均衡器等，以及它們在恢復原始信號中的作用。 11.4 語音信號處理 討論語音信號的采集、量化、編碼（如PCM、ADPCM、CELP）。 介紹語音識彆、語音閤成、語音增強、語音壓縮等技術。 第十二章 數字信號處理在圖像與視頻處理中的應用 12.1 圖像增強 介紹點處理（對比度拉伸、直方圖均衡化）、空間濾波（平滑、銳化）等圖像增強技術。 討論噪聲去除技術，如均值濾波、中值濾波、高斯濾波、維納濾波等。 12.2 圖像復原 分析圖像退化模型，介紹逆濾波、維納濾波、約束最小二乘濾波等圖像復原方法。 12.3 圖像壓縮 介紹無損壓縮（如RLE、Huffman編碼）和有損壓縮（如DCT、小波變換、JPEG、MPEG）的基本原理。 12.4 圖像分割與特徵提取 介紹邊緣檢測、閾值分割、區域生長等圖像分割技術。 討論形狀、紋理、顔色等特徵的提取方法。 12.5 視頻處理基礎 介紹視頻幀的概念、運動估計與補償。 討論視頻壓縮標準（如H.264/AVC, H.265/HEVC）的核心技術。 第十三章 數字信號處理在生物醫學工程中的應用 13.1 生物信號采集與處理 介紹心電圖（ECG）、腦電圖（EEG）、肌電圖（EMG）等生物信號的特點。 討論這些信號的濾波、去噪、特徵提取和模式識彆。 13.2 醫學成像 介紹數字X射綫、CT、MRI、超聲成像等成像技術的數字信號處理原理。 分析這些技術如何通過信號處理來重建圖像，提供診斷信息。 13.3 醫療設備中的DSP應用 討論植入式設備（如起搏器）、監護係統、診斷儀器中的DSP應用。 第十四章 數字信號處理的硬件實現 14.1 數字信號處理器（DSP） 介紹DSP的架構特點，如哈佛架構、單周期指令、MAC指令、專門的指令集等，使其能夠高效執行DSP運算。 討論不同廠商的DSP係列産品（如TI C6000係列、Analog Devices SHARC係列）。 14.2 FPGA（現場可編程門陣列） 介紹FPGA的可編程性，使其能夠根據應用需求靈活構建硬件電路。 分析FPGA在DSP應用中的優勢，如並行處理能力強、低延遲、高吞吐量。 討論FPGA上DSP算法的實現方法，如使用HDL語言（Verilog/VHDL）或高層綜閤工具。 14.3 GPU（圖形處理器） 介紹GPU的並行計算能力，及其在加速DSP算法方麵的潛力。 討論CUDA、OpenCL等並行計算框架在GPU上實現DSP應用的方法。 14.4 ASIC（專用集成電路） 分析ASIC的最高性能和最低功耗，但其設計周期長、成本高，適用於大規模量産的特定應用。 第十五章 數字信號處理的前沿與發展趨勢 15.1 機器學習與深度學習在DSP中的融閤 探討如何利用深度學習模型（如CNN、RNN）來解決傳統的DSP問題，如信號分類、異常檢測、譜估計等。 分析深度學習在信號去噪、語音識彆、圖像超分辨率等領域的突破性進展。 15.2 信號處理的低功耗與嵌入式實現 探討如何在資源受限的嵌入式係統中高效實現DSP算法，以及低功耗設計的重要性。 15.3 軟件定義無綫電（SDR） 介紹SDR的概念，即通過軟件來實現無綫通信係統的各種功能，強調DSP在SDR中的核心地位。 15.4 量子信號處理 對未來量子計算在信號處理領域可能帶來的顛覆性影響進行展望。 本書內容循序漸進，理論與實踐相結閤，配以豐富的圖示和算例，力求幫助讀者深入理解數字信號處理的精髓，並將其應用於實際的工程問題解決中。無論您是相關專業的學生、研究人員，還是從事通信、控製、電子、計算機等領域的工程師，本書都將為您提供寶貴的知識和技能。

評分☆☆☆☆☆

這本書的敘事節奏把握得非常巧妙，不是那種平鋪直敘的流水賬式介紹，而是充滿瞭張弛有度的邏輯推進。一開始會用幾個宏大的、引人入勝的應用場景來鋪墊主題，吊足讀者的胃口，讓你迫不及待地想知道背後的原理。然後，在深入到細節時，它又會進行耐心的拆解，確保讀者能夠跟上思路。最讓我感到舒服的一點是，它對於不同知識層次的讀者都做瞭兼顧。對於新手，它提供瞭足夠的背景知識和概念鋪墊，不會讓你感到突兀；而對於有一定基礎的工程師，它又能在關鍵的技術點上提供更深層次的探討和優化方嚮。這種分層的敘事結構，讓我在閱讀過程中很少齣現“跳著看”的衝動，因為即便是看似簡單的部分，也總能挖掘齣一些新的思考維度。這種精心雕琢的閱讀體驗，在同類書籍中是極為罕見的。

評分☆☆☆☆☆

這本書的語言風格，如果用一個詞來形容，那就是“剋製而精準”。它沒有那些浮誇的營銷詞匯，也沒有故作高深的晦澀錶達，作者似乎極其尊重讀者的智力，相信讀者能夠通過嚴謹的邏輯鏈條來理解復雜的概念。每一個術語的引入都恰到好處，每一個公式的推導都緊密圍繞著實際的物理意義。我特彆欣賞它在論證某一設計選擇的優劣時，所展現齣的那種冷靜的、數據驅動的分析態度，完全沒有主觀偏見。這種文字的力量在於其說服力，它不是強迫你接受，而是引導你一步步得齣結論。閱讀這本書的過程，就像是在接受一次高強度的智力訓練，它不僅教會瞭我“如何做”，更重要的是，訓練瞭我“如何思考”一個工程問題，培養瞭一種嚴謹的科學素養，這是比任何具體技能都更寶貴的東西。

評分☆☆☆☆☆

這本書的選材和案例的廣度實在令人印象深刻，它似乎刻意避開瞭那些已經被寫爛的經典電路範例，轉而聚焦於當下新興領域和那些復雜係統中的核心控製單元。我發現它對實時係統處理和嵌入式接口兼容性的討論特彆有前瞻性，這讓我意識到，這本書的作者團隊絕對是緊跟行業前沿的。比如，書中對於低功耗設計在物聯網設備中的具體應用分析，其深度遠超我預期的“入門級”書籍範圍，簡直就是一份高級研討會的會議紀要被整理成瞭教材。我過去一直認為，要獲取這類前沿的、非標準化的設計經驗，隻能靠購買昂貴的技術報告或參加私密培訓。這本書的齣現，極大地降低瞭獲取這種尖端知識的門檻，讓我感覺自己像是偷窺到瞭一傢頂尖實驗室的工作流程。

評分☆☆☆☆☆

這本書的插圖簡直是工業設計作品集裏拿齣來的，色彩搭配高級，綫條乾淨利落，特彆是那些復雜的電路圖，竟然能被繪製得如此賞心悅目，簡直是視覺盛宴。我一個平時對技術書籍敬而遠之的人，竟然被這封麵和內頁的排版吸引住瞭，本來以為是本硬邦邦的教材，結果拿在手裏感覺更像是一本精心製作的藝術畫冊。更絕的是，它不僅僅是好看，那些關鍵概念的圖解，比如波特圖的繪製過程或者瞬態響應的麯綫分析，都通過這些精美的圖示變得異常直觀。我清晰地記得，以前在彆的書裏看這些內容時，腦子裏就是一團漿糊，但在這本書裏，圖文結閤的默契度高到令人發指，仿佛作者不是在教你知識，而是在給你娓娓道來一個關於電信號的浪漫故事。如果你對傳統技術書籍的枯燥乏味深惡痛絕，這本書絕對能讓你重新燃起對“閱讀技術手冊”的熱情，純粹從審美角度講，它也完全值迴票價瞭。

評分☆☆☆☆☆

我對這本書的實用性是抱有極高期待的，畢竟書名聽起來就充滿瞭“實戰”氣息，而它給我的驚喜在於，它沒有陷入那種空泛的理論說教，而是真正深入到瞭“設計”的層麵。作者似乎深諳，真正的工程挑戰往往不在於理論公式的推導，而在於如何將理論轉化為可運行、可調試的實際係統。我尤其欣賞其中關於“參數敏感性分析”和“噪聲容忍度設計”的章節，這些內容在很多初階教材中是被輕描淡寫的，但這本書卻用大量的篇幅和具體的案例來剖析，教你如何預判一個設計在真實世界中可能遇到的各種“刁難”。我試著按照書中的步驟去搭建瞭一個小型反饋迴路，發現很多我在仿真軟件裏跑不齣的結果，通過書中推薦的調試流程，竟然迎刃而解。這已經超越瞭單純的“知識傳授”，更像是一位經驗豐富的老工程師，手把手地教你如何避開那些緻命的陷阱，非常硬核，非常接地氣。