数字信号处理课设报告

报告是日常生活与学习的常见记录方式，报告有着明确的格式。在实际工作中，我们怎么样正确编写报告呢？以下是小编整理的关于《数字信号处理课设报告》，仅供参考，大家一起来看看吧。

第一篇：数字信号处理课设报告

数电课设-数字式闹钟

课 程 设 计 任 务 书

数字式闹钟

第一部分 设计任务

1.1 设计任务

(1) 时钟功能：具有24小时或12小时的计时方式，显示时、分、秒。 (2) 具有快速校准时、分、秒的功能。

(3) 能设定起闹时刻，响闹时间为1分钟，超过1分钟自动停;具有人工止闹功能;止闹后不再重新操作，将不再发生起闹。

1.2设计指标

(1).有“时”、“分”十进制显示，“秒”使用分个位数码管上的DP点显示。

时十位显示时个位显示分十位显示秒闪烁显示分个位显示

(2). 计时以24小时为周期。(23:59→00:00) (3).具有较时电路，可进行分、时较对。

(4).走时过程能按预设的定时时间(精确到小时)启动闹钟产生闹铃，闹铃响时约3s。

第二部分 设计方案

2.1总体设计方案说明

系统组成：

显示电路：译码器 数码管

秒信号发生器：由LM555构成多谐振荡器 走时电路：计数器和与非门组成 校时电路：秒信号调节

闹钟电路：跳线的方法 由计数器、译码器、组合逻辑电路、单稳态电路组成 2.2模块结构与方框图

1.秒钟与分钟显示电路

用两片74290组成60进制计数器，输入计数脉冲CP加在CLKA’端，把QA与CPLB’从外部连接起来，电路将对CP按照8421BCD码进行异步加法计数，个位接成十进制形式，十位接成六进制形式，当R0(1)=RO(2)=1且R9(1)*R9(2)=0时74290的输出被直接置0，当R0(1)*RO(2)=0和R9(1)*R9(2)=0时开始计数。电路图如下：

连接成总电路时，分钟的输入信号由秒钟计数器提供。 2.时钟显示电路：

同样用2片74290组成24进制，当十位的为2，个位的为4时通过反馈电端，控制个位和十位同时清零，这样就可以按23翻0规律记数了。电路图如下：

连接成总电路时，时钟输入信号由分钟计数器提供。 3.调时分秒

可接几个开关来控制个位，十位的信号输入，如开关

1、

2、space。如图示：

4.闹钟

分设置与上面相差一个输入信号，如下图：

时设置的个位为十进制，十位为三进制，当十位为2时，通过反馈控制端，个位不能大于等于4，即小时十位为2时，个位加到4时十位和个位马上全部置0，从而让小时的设置只能最大设为23。当十位不是2时，个位则加到9时再加一位则置0，如图示：

闹钟部分时，将小时显示计数器、分钟显示计数器的8个输出端，闹钟时设置、闹钟分设置的8个输出端引出，用4个4077门进行比较，然后将4个4077门的8个输出端用2个7421进行与运算，将2个7421的输入输出端用3个与门进行与运算后输出到闹钟发声器。就完成了闹钟功能。当与时间显示计数器相连的显示器与与时间设置计数器相连的显示器显示的数字相同时，即相达闹钟条件，这时4个4077门的所有输入端都为1，经过二次与运算后输入到发声器的信号也为1，即闹钟开始，否则输入到发声器的信号为0，闹钟不响。闹钟会一直响，直到两个地方的时间不一样为止，也就是响一分钟。具体电路看总电路。

四、总电路工作原理及元器件清单

1.总原理图

时显示分显示时译码分译码秒显示时计时分计时秒计时秒信号较准起闹单稳态电路闹铃

第三部分 电路设计与器件选择

3.1秒信号发生器

3.1.1模块电路及参数计算

(1)LM555构成振荡器相关参数计算。

3.1.2工作原理和功能说明

所以：

(1)采用LM555构成多谐振荡器，调整电阻可改变频率，使之产生1Hz的脉冲信号(即T=1S) (2)555内部结构图及各部分功能。

VCC8THCO65R+A–1RTRD271GNDR+A2–TSQRD4RQTPH0.7(R1R2)CTPL0.7R23UOf11HTTTPHTPL0 .7(R12R2) a、分压器为比较器提供基准电压，A1的基准电压为 2/3V，A2的基准电压为1/3V。

b、阈值端(TH)和触发端(TR)的外加输入信号和两个基准电压比较，当TH> 2/3V 时，A1输出高电平;当TR< 1/3V时，A2输出高电平。反之，两比较器输出低电平。

c、A

1、A2的输出作为RS触发器的输入。R=1时，Q=0;S=1时，Q=1 d、RS触发器的反相输出端经反相驱动后输出U,即U=Q e、当Q=0时,T导通;Q=1时，T截止。

3.1.3器件说明

(1)LM555管脚图和功能表

RD01TH0>2V

12VCC/3/3保持3.2走时电路设计(时、分、秒)

3.2.1模块电路及参数计算

走时电路包括秒计时器、分计时器、时计时器，每一部分由两片计数器级联构成。模块电路如下。

3.2.2工作原理和功能说明 (1)秒计时器

秒计数器由十进制与六进制级联而成，两片74LS163 和一片74LS20与非门实现。模60分成个位和十位，个位模10，十位模6。个位从0000计数到1001，利用清零端将个位从0000重新开始计数，同时将1001信号作为一个CP脉冲信号传给十位，让十位开始从0000开始计数。以此规律开始计数，直到十位计数到5，个位计数到9时，通过十位的清零端将十位清零，重新开始计数，并将此信号作为一个CP脉冲信号传给分计数器。 (2)分计时器

同秒计时器。 (3)时计时器

时计数器是模24计数器，电路计数显示00~23，由两片74LS160和一片74LS00与非门实现。个位由74LS160制成模10计数器，十位由另一片74LS160制成模为3的计数器.将个位芯片的 Q1信号与十位芯片的Q2信号提取出通过与非门，将信号分别给十位和个位的清零端，计数到23时两片芯片同时清零。个位的进位端与高电位与非后把信号作为CP脉冲信号传给十位CP端。

(4)译码显示电路

用译码器74LS48对计数结果进行译码，译码后在共阴极数码管上显示。 3.2.3器件说明

(1)74LS163结构图和功能表 (2)74LS160结构图和功能表

3.3时间校对电路

3.3.1工作原理和功能说明

将所需要校对的时或分计数电路的脉冲输入端切换到秒信号，使用快脉冲计数，到达标准时间后再切换回正确的输入信号。

3.4闹钟电路设计

3.4.1模块电路及参数计算 (1)闹钟设计模块电路如下图

(2)74LS123控制报时时间长短相关参数计算。

取RT=51K，CT=220uF

TW= 0.28 RT*CT*(1+0.7K/RT)

TW ≈ 3.18 S

3.4.2工作原理和功能说明

(1) 使用1片74LS138，1片74LS42分别将小时的十位和个位的进行译码，小时十位为0～2，3-8译码器只使用前2个输入端，小时个位为0～9，4-10译码器只使用前3个输入端。 (2)设定起闹点，将十位和个位相关输出分别与高电位经过与非(如设定起闹点为11点，将74LS138的输出低二位与高电位与非，将74LS42的输出地低二位与高电位与非)的结果再与非，最后将信号传给74LS123. (3)用74LS123构成单稳态触发器，控制起闹时间的长短。74LS123 内部包括两个独立的单稳态电路。单稳输出脉冲的宽度，主要由外接的定时电阻( RT )和定时电容( CT )决定。单稳的翻转时刻决定于 A、B、CLR 三个输入信号。 3.4.3器件说明

(1)74LS138管脚图和功能表

(2)74LS42管脚图和功能表

(3)74LS123的管脚图和功能表

4.1整机电路图 4.2元件清单

电阻：1KΩ(DP)

1只

1.5KΩ

1只

2.4KΩ

1只

51KΩ

1只

300Ω

4只

电容：220uf

2只

0.01uf

1只 芯片：74LS163

4片

74LS160

2片

74LS48

4片

4LS123

1片

74LS138

2片

74LS42

1片

74LS00

3片

LM555

1片

74LS20

1片

蜂鸣器：

1只

共阴极数码管： 4只 导线：7种颜色各一米。

第五部分

安装调试与性能测量

5.1安装电路

电路安装要求

(1)芯片布局要合理，凹槽朝统一方向，以免电源与地线接反

(2)导线颜色使用要规范，5V电源线使用红色导线连接;地线使用黑色导线;其它信号线使用除红黑颜色以外的导线。

(3)导线要横平竖直紧贴面包板，不要从集成块上跳线，要连接可靠 (4)线路连接时要按信号的流向逐级连接，交叉线尽可能少。 5.2电路调试

5.2.1调试步骤及结果 采用逐级调试的方法

(1)确保秒信号正常 (2)调试秒计数器

(3)调试分计数器，可将秒信号作为分计数器的CP脉冲

(4)调试小时计数器，可将秒信号作为小时计数器的CP脉冲 (5)调试闹钟电路

5.2.2故障分析及处理

(1)将秒信号接入示波器，与标准信号对比，出现误差，但在允许范围之内。

(2)秒信号接入脉冲后发现不向分进位，经过再一次排查检查电路发现秒时钟的各位未向十位输入脉冲。

(3)插上电源后发现分信号的信号紊乱，从乱码起跳，而且十位不清零。于是我们对分的模六十进行单脉冲检测，在检查分信号个位(模十计数器)时发现，从乱码起跳，后就为0~9正常，起初以为是新片坏了，换了芯片后还是从乱码起跳，后进行接线检查等，还是查不出原因，最后我们从新审查电路的设计和连接，发现输出进行与非的信号高低位接反，改正后个位跳砖正常。而后对分信号的十位进行检查。 发现输入脉冲虚接。

(4)刚接通电源时，小时计数器十位显示7，后给予清零信号后显示恢复正常。将秒脉冲接到小时计数器的个位CP端，在进位时发现23：00时不能同时清零。对模二十四的设计进行分析发现接线错误，后经过改正清零正常。

(5)在检测电路的过程中发现数码管不能正常显示的状况，经检验发现主要是由于接触不良的问题，其中包括线的接触不良和芯片的接触不良，在实验过程中，数码管有几段二极管时隐时现，有时会消失。用5V电源对数码管进行检测，一端接地，另一端接触每一段二极管，发现二极管能正常显示的，排查导线把接触不好的线重新接过后发现能正常显示了。

仿真调试与分析

首先按space，则电路开始计数，数码管显示时间。

当要调时、分、秒，则按0进入校准时间，然后由数字

1、

2、3分别调整时间秒、分、时。再按0进入计时，总之，0键就是在校准与计时之间切换的功能键。

开始时计时：

按0进入校准：

再按0进入计时：

按space切换至显示闹钟起闹时间，

起闹时间秒不计，所以恒为FF。按

4、5调整闹钟起闹时间的时、分

此时起闹的时间为1点03分。

按space切换至计时状态，此时时间如果是1点03分的话，闹铃响一分钟后熄灭，此时可以按下开关T打开或关闭闹铃

当时间来到分钟为59，秒钟为51的时候，在

52、

54、

56、 58 闹铃个响一次，此时接入的是500HZ的脉冲。在00时再响一次，此时接入的是1000HZ的脉冲。 可以按下开关W打开或关闭整点报时功能。

第六部分 课程设计总结

做集成数字式闹钟这个实验，跟我同组的包括我在内共有三个同学，对于设计任务，我们进行了一些详细的分工合作。首先是收集资料，我们上网页搜索，去了好几次图书馆，在闲暇的时候我们也在讨论这个问题该怎样解决„„就这样我们描绘出了大致的设计思路，进而画出了我们需要的设计原理图。通过本次的课程设计，觉得自己也锻炼到了不少的经验：

首先，资料查找是一个至关重要的问题。在这次设计过程中，觉得最开始的突破口就是从资料入手，不然真会觉得束手无策的。通过查找相关书籍，不但可以从中提取一些重要的资料，还让我们学到了如何将学过的知识，更好的有机组合起来运用到实践之中，体会到了学习的乐趣。

其次，细节决定成败。在我们有了有了大概的原理图以后，我们的设计思路也就基本确定了，但是在实际操作的过程中，用仿真软件仿真的时候，总会出现许多不可预知的问题，经过仔细、反复的查看电路的连接之后，才发现其中一些接线是由于粗心，出现了接线端的错误，虽然只是一些小小的失误，但是却影响了整个电路。这正是“细节决定成败”，也让我们懂得了做事情更应该做好充分的准备，明确设计思路，只有这样才能游刃有余。

再次，要注重理论联系实际。在设计电路之初，我们觉得思路上都有点闭塞，不知道该如何下手，但是数字闹钟可能会用到的一些基本电路，如：计时器、分频器、振荡电路等都是我们学过的，只是如何将他们很好的串联起来，实现一个自己所需要的功能，还没有实践过，一时无所适从，在我们经过仔细地反复推敲之后猜发现了突破口。

综上所述，经过本次课程设计，我们收获了很多。发现了不少平时没有注意到的细节问题，我们在解决这些问题的过程中学到了不少我们在课本中没有学到的东西，积累了平时所不曾注意的处理问题的经验，这对自己今后的学习都是有很大的帮助的。同时，在这次实验当中，我们也体验到了，合作的重要性，一个没有联系的团体就像是一盘散沙，每个人都要设身处地的为整个实验着想，不能只顾做自己的，到头来整个电路都连接不上，等于没有做，正所谓“选择比努力更重要”! 所以说，我们从这个课程设计中获益匪浅，我们都有着深刻的体验。我想如果有时间的话我会继续钻研数字电子技术这么有着深刻内涵和底蕴的课程，同时，我也十分希望我们学校能够创造更多的机会，来锻炼我们的亲自动手的能力，多做一下类似的实验，让我们真正领悟数字电子技术这门课程的魅力和精髓所在!

第二篇：电工电子课设-数字钟元器件清单

数字钟课程设计元器件清单单价(元/个)

1、

2、

3、 共阳极数码管：6个174LS247集成芯片：6块1 74LS90集成芯片：6块1

4、 CD4060集成芯片：1块

5、 74LS00集成芯片：1块

6、 74LS74集成芯片：2块

7、 74LS20集成芯片：2块

8、 74LS08集成芯片：2块

9、 74LS04集成芯片：1块

10、74LS32集成芯片：1块

11、22pf电容：2个

12、32768时钟晶体：1个

13、1K电阻：1个

14、三极管：1个

15、100Ω电阻：6个

17、蜂鸣器：1个

18、小饭盒：1个

19、面包板：1块1 1 1 11 111

第三篇：高频小信号谐振放大器课设

目录

一、高频小信号谐振放大器原理……………..(1)

1、小信号调谐放大器的主要特点...............(1)

2、小信号调谐放大器的主要质量指标...........(1)

二、电路具体设计计算………………………...(6)

1、设计内容.................................(6)

2、技术指标.................................(6)

3、设计电路过程及计算.......................(6)

三、仿真结果及结论…………………………...(10)

1、仿真电路................................(10)

2、波形图..................................(11)

四、设计体会………………………………….(12)

五、参考文献………………………………….(13)

第一章 高频小信号谐振放大器原理

1、小信号调谐放大器的主要特点

晶体管集电极负载通常是一个由 LC组成的并联谐振电路。由于 LC 并联谐振回路的阻抗是随着频率变化而变化，理论上可以分析，并联谐振在谐振频率处呈现纯阻，并达到最大值。即放大器在回路谐振频率上将具有最大的电压增益。若偏离谐振频率，输出增益减小。总之，调谐放大器不仅具有对特定频率信号的放大作用，同时也起着滤波和选频的作用。

2、小信号调谐放大器的主要质量指标

衡量小信号调谐放大器的主要质量主要包括以下几个方面： 2.1谐振频率

放大器调谐回路谐振时所对应的频率称为放大器的谐振频率，理论上，对于 LC 组成的并联谐振电路，谐振频率 的表达式为：

式中，L 为调谐回路电感线圈的电感量;C 为调谐回路的总电容。 2.2谐振增益(Av)

放大器的谐振电压增益放大倍数指：放大器处在在谐振频率f0下，输出电压与输入电压之比。

Av的测量方法：当谐振回路处于谐振状态时，用高频毫伏表测量输入信号Vi和输出信号Vo大小，利用下式计算：

另外，也可以利用功率增益系数进行估算：

2.3通频带

由于谐振回路的选频作用，当工作频率偏离谐振频率时，放大器的电压放大倍数下降，

习惯上称电压放大倍数Av=Vo/Vi下降到谐振电压放大倍数Avo的 0.707 倍时所对应的频

率偏移称为放大器的通频带带宽BW，通常用2Δf0.1 表示，有时也称2Δf0.1为 3dB 带宽。 通频带带宽：

式中，Q为谐振回路的有载品质因数。

当晶体管选定后，回路总电容为定值时，谐振电压放大倍数fo与通频带BW的乘积为 一常数。

频带BW 的测量方法：根据概念，可以通过测量放大器的谐振曲线来求通频带。测

量方法主要采用扫频法，也可以是逐点法。

扫频法：即用扫频仪直接测试。测试时，扫频仪的输出接放大器的输入，放大器的输出接扫频仪检波头的输入，检波头的输出接扫频仪的输入。在扫频仪上观察并记录放大器的频率特性曲线，从曲线上读取并记录放大器的通频带。

逐点法：又叫逐点测量法，就是测试电路在不同频率点下对应的信号大小，利用得到的数据，做出信号大小随频率变化的曲线，根据绘出的谐振曲线，利用定义得到通频带。

具体测量方法如下：

a、用外置专用信号源做扫频源，正弦输入信号的幅度选择适当的大小，并保持不变;

b、示波器同时监测输入、输出波形，确保电路工作正常(电路无干扰、无自激、输出 波形无失真);

c、改变输入信号的频率，使用毫伏表测量不同频率时输出电压的有效值;

d、描绘出放大器的频率特性曲线，在频率特性曲线上读取并记录放大器的通频带。测

试时，可以先调谐放大器的谐振回路使其谐振，记下此时的谐振频率fo及电压放大倍数Avo，然后改变高频信号发生器的频率(保持其输出电压不变)，并测出对应的电压放大倍数。由于回路失谐后电压放大倍数下降，所以放大器的谐振曲线如图 1-1 所示。

图1-1 放大器的通频带和谐振曲线

2.4增益带宽积

增益带宽积BW•G也是通信电子电路的一个重要指标，通常，增益带宽积可以认为是一个常数。放大器的总通频带宽度随着放大级数的增加而变窄，BW越大，增益越小。二者是一对矛盾。

不同电路中，放大器的通频带差异可能比较大。如：在设计电视机和收音机的中频放大器时，对带宽的考虑是不同的，普通的调幅无线电广播所占带宽是9kHz，而电视信号的带宽需要6.5MHz，显然，要获得同样的增益，中频放大器的带宽设计是完全不同的。

2.5选择性

放大器从含有各种不同频率的信号总和中选出有用信号，排除干扰信号的能力，称为放大器的选择性。选择性的基本指标是矩形系数。其中，定义矩形系数kv0.1是电压放大倍数下降到谐振时放大倍数Av0的10%所对应的频率偏移和电压放大倍数下降为0.707Av0时所对应的频率偏移2Δf0.1之比，即：

同样还可以定义矩形系数kr0.01，即：

显然，矩形系数越接近1，曲线就越接近矩形，滤除邻近波道干扰信号的能力愈强。

第二章 电路具体设计计算

1、设计内容：

设计一高频小信号谐振放大器

设计目的：设计一个工作电压为9V，中心频率为20MHz的高频小信号谐振放大器，可用作接收机的前置放大器和中频放大器。

2、技术指标：

已知条件：负载电阻R技术指标：

1中心频率f=20M; 2电压增益Ao=20dB; 3通频带BW=2MHZ;

L=1K，电源电压Vcc=9v。

3、设计电路过程及计算

高频小信号放大器一般用于放大微弱的高频信号,此类放大器应具备如下基本特性: 只允许所需的信号通过,即应具有较高的选择性。放大器的增益要足够大。放大器工作状态应稳定且产生的噪声要小。放大器应具有一定的通频带宽度。

除此之外,虽然还有许多其它必须考虑的特性,但在初级设计时,大致以此特性作考虑即可 选定电路形式

依设计技术指标要求，考虑高频放大器应具有的基本特性,可采用共射晶体管单调谐回路谐振放大器，设计参考电路见图2-1所示。

图2-1 单调谐高频小信号放大器电原理图

图中放大管选用9018，该电路静态工作点Q主要由Rb1和Rw

1、Rb

2、Re与Vcc确定。利用Rb1和Rw

1、Rb2的分压固定基极偏置电位VBQ，如满足条件I1IBQ：当温度变化ICQ↑→VBQ↑→VBE↓→IBQ↓→ICQ↓，抑制了ICQ变化，从而获得稳定的工作点。 由此可知，只有当I1IBQ时，才能获得VBQ恒定，故硅管应用时，

I1(510)IBQ。只有当负反馈越强时，电路稳定性越好，故要求VBQVBE，一般硅管取：VBQ(35)VBE。

3.1 设置静态工作点

取

IEQ=1.0mA, VEQ=1.0V, VCEQ=7.5V, 则

REVEQIEQ1..0K

R214KΩ

R1VBQ6IBQVBQ6ICQ14.2K ,

取标称值

VCCVBQVBQR260.1K 取标称值60KΩ

R1可用30kΩ电阻和100kΩ电位器串联,以便调整静态工作点。

3.2 计算谐振回路参数

{gbe}mS{IE}mA0.77mS 26mV

{gm}mS{IE}mA38mS 26mV

下面计算4个y参数，

yiegbejCbe1.3mSj2.7mS

1rbb(gbejCbe)

因为yiegiejCie, 所以

gie1.4mS，

rie10.77kgie， 8

Cie2.7mS21.5pF

yoejCbcrbbgmjCbc0.9mSj0.19mS

1rbb(gbejCbe)oe

因为ygoejCoe，所以

0.19mS

goe0.9mS，Coe1.5pF

yfegm34.5mSj7.2mS

1rbb(gbejCbe)

故模

回路总电容为

再计算回路电容

|yfe|35mS

C1212pF 2(2f0)L

2 CCp12Coep2Cie210.4pF，取标称值211pF 设空载品质因数Rp=QoWoL=3.8K,go=

Qo=100，谐振回路唯一电阻

1=0.26ms Rp0.53510

1.8g0.26ms+0.35ms+1.2ms=1.8ms

Auo=

QL=1fo2MHZ 10

B=WoLgQL

第三章、仿真结果及结论

1、仿真电路: 利用MULTISIM绘制出如图所示的仿真实验电路

2、波形图

第四章 设计体会

在这过去的两周里，我非常的忙碌，因为我上个学期的期末考试没有通过，要在第一周补考，而且还要在这两周里完成高频电子线路的课程设计。这让我非常苦恼，因为我的高频成绩本来就不好，在课程设计上拥有的时间却比别人还要少一周我不知道我能不能完成这个高频的课程设计。

不过，好在我还有许多同学，在他们的帮助下，我尽了自己的努力，最后还是在第二周的最后一天完成了我的课程设计报告。虽然我不知道我的高频课程设计报告最后能不能通过，但我还是要感谢那些曾经帮助过我的老师和同学，谢谢你们对我的支持与鼓励。要是没有你们，我也许连怎么动手都不知道。通过这一课程设计，我掌握了独立搜集资料、思考分析问题的能力和独立学习的能力，使自己无论在今后的学习中还是工作中遇到困难的时候都能自己将其解决。同时，对书理论知识有了更深刻的了解。

为期一周的高频课程设计已经结束了，回顾设计的点点滴滴，我们有太多的收获，过程是痛苦的结果是收获的这就是我这一周来最大的感受啦。我们就是在发现问题和解决问题中不断进步。这样我们才能在将来立足于这个社会立足于这个行业呀!本周课程设计不但锻炼了我么最基本的高频电子线路的设计能力，更重要的是让我们更深刻的认识了高频电子线路这门课程在实际中的应用。还是有书到用时方恨少的感觉呀。

第五章 参考文献

1、高频电子线路 高吉祥 主编 电子工业出版社

2、高频电子线路 曹兴雯 主编 高等教育出版社

3、高频电子线路 吴慎山 主编

电子工业出版社

第四篇：数字信号实验报告（大全）

科目：

数字信号处理

姓名：

殷超宇

班级：

14060142 学号：

1406014226

实验题目：Z Z 变换及离散时间系统分析

指导教师：

张志杰

分数：

一

实验题目：

Z 变换及离散时间系统分析

二

实验目的：

1、通过本实验熟悉 Z 变换在离散时间系统分析中的地位和作用。

2、掌握并熟练使用有关离散系统分析的 MATLAB 调用函数及格式，以深入理解离散时间系统的频率特性。

三

实验内容：

给定系统 ) 8 .0 /( 2 .0 ) (2   z z H ，编程并绘出系统的单位阶跃响应 y(n),频率响应 ) e (jwH ，并给出实验数据与代码。

四

参考代码：

详见《数字信号处理上机实验指导》(班群里有)

五

实验代码(代码从 B MATLAB )

软件复制粘贴于此处，教师检查重点): :

clear;

x=ones(100);% x(n)=1,n=1~100;

t=1:100;% t 用于后面的绘图;

b=[0,0,-0.2]; % 形成向量 b;

a=[1,0,0.8]; % 形成向量 a;

y=filter(b,a,x);% 求所给系统的阶跃响应;

plot(t,y,"k-"); grid on;

ylabel(" y(n)")

xlabel("n")

六

实验数据(图像或表格复制粘贴于此处，教师检查重点)：

七

实验心得与收获(可手写)：

a,b 两个向量转化成符合的格式。这是一个震荡衰减的信号，信号越来越弱，通过实验，对 matlab 的使用，有了进一步的了解。

第五篇：数字图像处理读书报告11

——图像分割

——钱增磊

前言：由于在图像的应用当中，我们经常要将感兴趣的区域提取出来用来识别等其他用途，这就涉及到一个很关键的一个应用，便是图像的分割。图像的分割方法有很多，本章将通过四种大的分割方法来讲解，分别是基于边缘检测的分割，阈值分割，基于区域的分割和形态学分水岭的分割。然而对于分割算法是基于灰度值的两个不同性质来进行的，第一便是不连续性，根据这个性质主要的方法是基于边缘的检测;另一个便是其相似性原理，后三种方法都是根据一组预定义的准则来进行的相似性分割方法。

一、基于边缘检测的分割

1、点与线的检测

根据灰度级突变的特性，往往我们能够看到图像中的点与线，这放在数学中便是一阶导数和二阶导数的特点。如下式所示：

f2ff(x)f(x1)f(x)f(x)f(x1)f(x1)2f(x) 2xx

从中可以得到三个结论：a.一阶导数通常在图像中产生较粗的边缘;b.二阶导数对精细细节有较强的响应;c.二阶导数在灰度斜坡和灰度台阶过渡处会产生双边缘响应;d.二阶导数的符号可用于确定边缘的过渡是从亮到暗还是从暗到亮。

所以我们常用的点与线的检测便对其邻域使用梯度运算和拉普拉斯算子，从而确定点与线的位置。

2、基于边缘的检测

对于边缘模型主要分为三种，分别为台阶模型、斜坡模型和屋顶边缘模型，他们可利用梯度和拉普拉斯算子来区分出来。由于在进行二阶导数变换的时候，常常会出现双边缘响应，那么零灰度轴与二阶导数极值间的连线交点便称为零交叉点，这是个重要特性，对于这个零交叉点可用于寻找到图像的边界。

(1)梯度算子：

罗伯特交叉梯度算子：是最早尝试的具有对角优势的二维模板，对角相减的原理来构建梯度。

Prewitt算子：利用在模板区域中上下、左右邻点的灰度差，在边缘处达到极值来检测边缘。

sobel算子：对于上述的中心系数上使用一个权值2，可以平滑图像，还可以对斜线边缘进行检测，原理与上述相似。

Marr-Hildreth边缘检测器：采用了灰度变化特性“在一阶导数中引起波峰或波谷，或在

二阶导数中等效地引起零交叉”来检测边缘的。该检测器采用高斯拉普拉斯算子LoG：

xy22G(x,y)e4222x2y222

将该滤波器与一幅输入图像卷积，寻找其零交叉来确定原图像的边缘位置。

g(x,y)[2G(x,y)]★f(x,y)

坎尼边缘检测器：首先用一个高斯滤波器平滑输入图像，也就是进行卷积，然后对输出的图像进行计算梯度的幅值和角度，这里采用高斯滤波器主要是因为我们发现最佳台阶边缘检测器的一个较好的近似是高斯一阶导数。再者我们队梯度幅值图像应用非最大抑制，将梯度向量分解为8个方向，分别为相隔45度，对任何一个方向都可以归纳到该8个方向中去。最后我们利用双阈值处理和连接分析来检测并连接边缘。因为在单阈值操作中，阈值设高或者设低都将造成伪边缘点或者删除有效边缘点，于是采用一个低阈值和一个高阈值的方法来克服。对阈值操作想象为创建了两幅图像：

gNH(x,y)gN(x,y)THgNL(x,y)gN(x,y)TL

去除包含的元素，可得到强弱边缘：gNL(x,y)gNL(x,y)gNH(x,y)

3、边缘连接

上述都是一些理想状况下产生位于边缘上的像素集合成连续型，实际上总会由于噪声和不均匀光照等原因引起边缘的间断，造成不连续性，有三种连接的方法。

第一种需要边缘点的邻域，给定一个规则强度，如果满足邻域内：

|M(s,t)M(x,y)|E

则将邻域中的点作为边缘点，E值是一个强度阈值，该规则可利用梯度向量的幅度或者角度来规定。

第二种是区域处理，该区域的边界有许多离散的点构成(由于噪声等原因而离散)，然后选取两个点，连接线段，求剩下点到该线段的距离，如果大于我们给定的距离，则将该点放入边缘点的序列中，对这些点进行连接，一直到形成闭合的区域而停止。如此便可以得到近似的边界，该方法称为多边形拟合算法。

第三种是使用霍夫变换的全局处理，由于上述方法对每一个点都要进行比较，执行的次数非常大，而基本没有应用价值，于是采用霍夫变换。我们可以利用上述检测原理，将直线方程的x、y变量转化为,变量，是基于式：

xcosysin

那么对于不同的x，y有不同的曲线，当这些曲线相交某一点时，相对于空间坐标中的意义就是不同的点的直线对应于同一条直线方程，也就是有很多点共线。那么我们可以根据所需

要找的边界，给出对应的直线方程，就可以找到对应的,曲线，从而提取出所需要的边界。

二、基于阈值处理的分割

从这一节开始就是根据相似性原理来分割图像了。对于一个表达式：

g(x,y)1,.....f(x,y)T 0,.....f(x,y)T

其中T是一种我们设定的分割图像的灰度阈值，该处理称为全局阈值处理。当对于T值随着图像特征而改变时称为可变阈值处理。我们在前面学过对于灰度值的直方图表示，对于一幅含有不同灰度的图像，针对前景灰度值的不同，在灰度直方图中可以看到明显的波峰与波谷，其中对应的波谷便是我们所要分割的阈值。

1、Otsu方法

该方法在类间方差最大的情况下是最佳的。根据图像的灰度特性，图像分为背景和前景，当背景和前景之间的类间方差越大，说明构成图像的两部分的差别越大，当部分前景错分为背景或部分背景错分为前景都会导致两部分差别变小，那么对于使雷静方差最大的分割意味着错分概率最小。

2、用图像平滑改善全局阈值处理

由于噪声的存在，如果噪声的比例加大，那么在直方图中感兴趣区域的图像灰度直方图会受到严重的干扰甚至被完全遮盖，无论如何选取阈值都很难进行很好的分割。于是先将对图像进行模糊平滑，去除或减小噪声的影响，使直方图中的波谷重新呈现，在进行Otsu方法进行阈值处理。

3、用边缘改进全局阈值处理

如果需要分割的前景图像过于小的时候，在直方图中没办法超过噪声对直方图的贡献，那我们可以采用计算该图像的梯度或者拉普拉斯来确定。通过将计算后的图像与原图像进行相乘操作，再对其非零元素区域进行直方图的绘制，那么就可以呈现很明显的波谷，其实所呈现的波峰其高灰度段便是图像的边缘特征，然后利用Otsu方法选取阈值，便可得到分割。

4、可变阈值处理

虽然用图像平滑和使用边缘信息用来改善图像凸显边缘，但是仍然会出现无法满足要求的情况，这种时候我们采用一种块分割的办法来求解阈值，将整幅图像分成相同的若干份，对每一份进行求阈值的操作，那么对于每一幅的直方图便可以有很好的体现，从而分割出图像，然后将其合并。该方法的目的就是将感兴趣物体和背景占据的比例大小合适的区域。

三、基于区域的分割

分割的目的就是将一幅图像分割成若干个区域，那么基于区域的分割便是直接以寻找区域为基础的分割技术。

采用的一种技术叫“区域生长”，就是根据预先定义的生长准则将像素或者子区域组合

成更大区域的过程。第一个首要过程便是寻找“种子区域”，根据预先定义的性质将一些邻域内像素凡是符合预先定义准则的都将被加入到每个种子上来，从而形成这些生长区域，其实也就是进行不断地迭代，直到不再有像素满足加入某个区域的准则，这样生长就会停止。

那么另一种技术便是首先将一幅图像细分为一组任意的不相交的区域，然后根据分隔条件聚合和/或分裂这些区域。对于一开始的细分操作，是针对每个单独的细分区域进行准则的匹配，如果不匹配，则进行再次细分，即Q(Ri)FALSE，然后依次在进行细分和判断，但是由于是对某个单独的区域进行的匹配，所以细分的过程中所产生的一些区域可能具有相同的属性，那么对于细分后的区域将要进行聚合操作，这样就可以产生最终的区域分割。它的分割精度，关键是在于匹配准则的选取，因为它的选取决定了在细分过程中的细分精细程度。

四、基于形态学分水岭的分割

该分割方法是一种比上述几种方法更稳定的分割技术，它的关键原理就是找到分水线。一幅图像是由一定的灰度级所显现的，那么把它看成一幅三维的山脉图，也就是说灰度越高，海拔越高，灰度越低，海拔越低，这就形成了一幅有山脉、有盆地的一幅山川景图。那么对于此算法，也就是通过在此幅图当中灰度级最低的(也就是海拔最低的)地方戳一个洞，水从这个洞中流出，根据一步步的迭代，水会流出的越来越多，而被淹没的海拔也会越来越高，慢慢的就会淹没一些小的山峰，而这些山峰所形成的便是“分水线”，即分开两个不同水域的界限，这些分水线是不完整的，那么就继续迭代，直到分水线的全部出现，此时分割的任务也就完成了。

然而对于某些噪声和梯度的局部不规则性，该算法会造成过度分割，形成大量的分割无用的分割区域，这时就采用标记的方法来克服。将与感兴趣物体相联系的标记称为内部标记，与背景相关联的标记称为外部标记，我们对内部标记的定义为：a.被更高海拔点包围的区域;b.区域中形成一个连通分量的那些点;c.连通分量中所有的点有相同的灰度值。基于这样的一种标记，可以在分割中去除大量的背景分割区域，从而区分出我们感兴趣的物体。

总结：本章节内容讲述的几种重要的分割方法各有特点，不仅针对不同特性的图像用相应的方法，还可以联合起来应用，尤其是对于一幅多分辨率的图像，可利用块分割的办法对于不同区域的图像分割用不同的方法进行，能够得到最有效的效果。然而对于本章节所提到的一个分割的关键因素便是分割准则的确定，而这个准则不仅仅只是一个灰度值一些简单的表示，还会利用下一章表示和描述中达到更精确更复杂更有效的分割准则的表示方法。