第六課數(shù)字信號

1、第三章第三章 電子控制系統(tǒng)的信號處理電子控制系統(tǒng)的信號處理第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)字信號數(shù)字信號復(fù)習(xí)引入復(fù)習(xí)引入1、常見在傳感器有哪些？、常見在傳感器有哪些？2、傳感器的作用？、傳感器的作用？獲得外界的輸入信息，并通過它將非電量信息轉(zhuǎn)換成電信獲得外界的輸入信息，并通過它將非電量信息轉(zhuǎn)換成電信號輸出。號輸出。3、電子控制系統(tǒng)的主要組成部分？、電子控制系統(tǒng)的主要組成部分？輸入輸入傳感器傳感器控制（處理）控制（處理）電子電路電子電路輸出輸出執(zhí)行器等執(zhí)行器等說明：對信號的分析、比較、判斷、放大、運(yùn)算、傳輸、變換等說明：對信號的分析、比較、判斷、放大、運(yùn)算、傳輸、變換等過程統(tǒng)稱為過程統(tǒng)稱為處理處理。電子控制系統(tǒng)

2、對信號的處理過程是用電子電路完成的電子電路處理的信號有兩類：電子電路處理的信號有兩類：1、模擬信號(analog signal) 2、數(shù)字信號(digital signal) 一、模擬信號與數(shù)字信號一、模擬信號與數(shù)字信號1.事物變化的規(guī)律：連續(xù)變化和非連續(xù)變化（離散）事物變化的規(guī)律：連續(xù)變化和非連續(xù)變化（離散）連續(xù)變化的量連續(xù)變化的量離散的量離散的量例如：環(huán)境的溫度、水面的高度隨時(shí)間發(fā)生連續(xù)變化。例如：環(huán)境的溫度、水面的高度隨時(shí)間發(fā)生連續(xù)變化。 某個(gè)單位人數(shù)、家電商城的貨物數(shù)是非連續(xù)變化的某個(gè)單位人數(shù)、家電商城的貨物數(shù)是非連續(xù)變化的說明：非連續(xù)變化：通常是說明：非連續(xù)變化：通常是1個(gè)人或個(gè)人或

3、1個(gè)貨物等，計(jì)數(shù)單位是整數(shù)個(gè)貨物等，計(jì)數(shù)單位是整數(shù)討論：判斷連續(xù)與非連續(xù)討論：判斷連續(xù)與非連續(xù)野外環(huán)境的亮度與地下倉庫中的亮度野外環(huán)境的亮度與地下倉庫中的亮度人的血壓與人的脈搏人的血壓與人的脈搏運(yùn)動員滑冰的軌跡與走相同距離所用的步數(shù)運(yùn)動員滑冰的軌跡與走相同距離所用的步數(shù)時(shí)光的流逝與數(shù)字時(shí)鐘所顯示的時(shí)間的變化時(shí)光的流逝與數(shù)字時(shí)鐘所顯示的時(shí)間的變化說明：連續(xù)變化的量，用連續(xù)的說明：連續(xù)變化的量，用連續(xù)的曲線曲線或或直線直線表示。表示。 非連續(xù)變化的量，用非連續(xù)變化的量，用柱狀圖柱狀圖或或數(shù)字?jǐn)?shù)字表示。表示。例如：體溫變化、氣溫變化等用例如：體溫變化、氣溫變化等用連續(xù)曲線連續(xù)曲線。 客車月度產(chǎn)量、售

4、票處剩余票數(shù)用客車月度產(chǎn)量、售票處剩余票數(shù)用柱狀圖柱狀圖或或數(shù)字?jǐn)?shù)字表示表示連續(xù)變化的量采用模擬信號方法連續(xù)變化的量采用模擬信號方法 電子控制系統(tǒng)需要處理的信息必須轉(zhuǎn)化成電信號電子控制系統(tǒng)需要處理的信息必須轉(zhuǎn)化成電信號聲音由話筒轉(zhuǎn)換成電壓波形（信號），聲音由話筒轉(zhuǎn)換成電壓波形（信號），電壓波形與電壓波形與聲音聲音波形一致，才能模擬聲音的原貌，這種模擬聲波形一致，才能模擬聲音的原貌，這種模擬聲音的信號稱為模擬信號。音的信號稱為模擬信號。 通常模擬信號泛指那些數(shù)值可連續(xù)變化的信號。通常模擬信號泛指那些數(shù)值可連續(xù)變化的信號。模擬信號模擬信號數(shù)字信號數(shù)字信號高電平低電平非連續(xù)變化的量可以直接用數(shù)字表示

5、非連續(xù)變化的量可以直接用數(shù)字表示表達(dá)的方法就是二進(jìn)制表達(dá)的方法就是二進(jìn)制用高和底兩個(gè)電平（用高和底兩個(gè)電平（level）代表二進(jìn)制中的）代表二進(jìn)制中的1和和0，高、底電平之間來回跳變的電信號就是數(shù)字信號。高、底電平之間來回跳變的電信號就是數(shù)字信號。馬上行動馬上行動 在右圖所示數(shù)字信號中，在右圖所示數(shù)字信號中， “1”代表高電平，代表高電平， “0”代表代表低電平（每低電平（每1格代表格代表1位二進(jìn)位二進(jìn)制數(shù)，共制數(shù)，共5位），則該信號代位），則該信號代表二進(jìn)制數(shù)表二進(jìn)制數(shù)_，它，它相當(dāng)于十進(jìn)制數(shù)相當(dāng)于十進(jìn)制數(shù)_。數(shù)字信號數(shù)字信號1001018說明：說明： 電平：在數(shù)字電路中，電壓（或電流）的大

6、小分為高、底兩級，通常電平：在數(shù)字電路中，電壓（或電流）的大小分為高、底兩級，通常 將這兩個(gè)高、底不同的電壓級（電流級）分別稱為高電平和底電平。將這兩個(gè)高、底不同的電壓級（電流級）分別稱為高電平和底電平。例如在例如在TTL電路中把電路中把2.45V的稱高級，的稱高級，00.8V稱底級。稱底級。思考：下列信號中，哪些是模擬信號，哪些是數(shù)字思考：下列信號中，哪些是模擬信號，哪些是數(shù)字信號？信號？220V交流電的電壓（交流正弦波電壓）交流電的電壓（交流正弦波電壓）海洋上船只與船只之間的燈光聯(lián)絡(luò)信號海洋上船只與船只之間的燈光聯(lián)絡(luò)信號1.手機(jī)短信息信號手機(jī)短信息信號“1”和和“0”的推廣應(yīng)用的推廣應(yīng)用

7、1.古代的烽火臺點(diǎn)火信號古代的烽火臺點(diǎn)火信號(點(diǎn)與不點(diǎn)點(diǎn)與不點(diǎn)) 2.開關(guān)的開與關(guān)開關(guān)的開與關(guān) 3.燈的亮與滅燈的亮與滅 4.數(shù)學(xué)命題的真與假數(shù)學(xué)命題的真與假 5.信號的有和無信號的有和無馬上行動：請判斷下列各例中哪些適合用馬上行動：請判斷下列各例中哪些適合用1和和0表示表示舉重比賽中試舉成功與否舉重比賽中試舉成功與否自主招生面試的合格與不合格自主招生面試的合格與不合格學(xué)生的考試成績等第（分學(xué)生的考試成績等第（分A,B,C,E四等）四等）二、數(shù)字信號的優(yōu)點(diǎn)二、數(shù)字信號的優(yōu)點(diǎn)1.容易處理容易處理 數(shù)字信號只有高、低兩個(gè)電平，容易識別，失數(shù)字信號只有高、低兩個(gè)電平，容易識別，失真和干擾對數(shù)字信號影

8、響很小。真和干擾對數(shù)字信號影響很小。 識別有失真和受干擾影響的數(shù)字信號的方法是，設(shè)置一識別有失真和受干擾影響的數(shù)字信號的方法是，設(shè)置一個(gè)電壓門檻（它應(yīng)介于高電平和低電平之間），高于此門檻個(gè)電壓門檻（它應(yīng)介于高電平和低電平之間），高于此門檻的信號傳過去后，輸出為的信號傳過去后，輸出為1；低于此門檻的信號傳過去后，；低于此門檻的信號傳過去后，輸出為輸出為0。 隨著數(shù)字技術(shù)，特別是信息技術(shù)的飛速發(fā)展與普及，在現(xiàn)代控制、通信及檢測等領(lǐng)域，為了提高系統(tǒng)的性能指標(biāo)，對信號的處理廣泛采用了數(shù)字計(jì)算機(jī)技術(shù)。由系統(tǒng)的實(shí)際對象往往都是一些模擬量（如溫度、壓力、位移、圖像等），要使由系統(tǒng)的實(shí)際對象往往都是一些模擬量

9、（如溫度、壓力、位移、圖像等），要使計(jì)算機(jī)或數(shù)字儀表能識別、處理這些信號，必須首先將這些計(jì)算機(jī)或數(shù)字儀表能識別、處理這些信號，必須首先將這些模擬信號模擬信號轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)字信號信號；而經(jīng)計(jì)算機(jī)分析、處理后輸出的數(shù)字量也往往需要將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)模擬信號才能為執(zhí)行機(jī)構(gòu)所接受。這樣，就需要一種能在模擬信號與數(shù)字信號之間起橋梁作用的電路-模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器。 將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的電路，稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器（簡稱A/D轉(zhuǎn)換器或ADC,Analog to Digital Converter）；將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號的電路稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換器（簡稱D/A轉(zhuǎn)換器或DAC,Digital to Analog Con

10、verter）；A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器已成為信息系統(tǒng)中不可缺少的接口電路。 轉(zhuǎn)換精度與轉(zhuǎn)換速度轉(zhuǎn)換精度與轉(zhuǎn)換速度是衡量A/D與D/A轉(zhuǎn)換器的重要技術(shù)指標(biāo)。A/D和和D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器處理精度高處理精度高現(xiàn)在記錄運(yùn)動員成績已經(jīng)不用秒表，而用電子計(jì)時(shí)器，可現(xiàn)在記錄運(yùn)動員成績已經(jīng)不用秒表，而用電子計(jì)時(shí)器，可精確到百分之一秒。精確到百分之一秒。機(jī)械秒表和電子秒表機(jī)械秒表和電子秒表便于記錄保存便于記錄保存 數(shù)字信號只有數(shù)字信號只有1和和0兩個(gè)值，可用（有記憶功能）電路輸出兩個(gè)值，可用（有記憶功能）電路輸出電壓的高和底、電容上電荷的有與無、磁性物質(zhì)的極化方向電壓的高和底、電容上電荷的有與無、磁性物質(zhì)的

11、極化方向等方式記錄保存，也可用打孔的方法保存。等方式記錄保存，也可用打孔的方法保存。光盤利用有無凹坑記錄光盤利用有無凹坑記錄0和和1，有是，有是0無是無是1，光盤逆時(shí)針轉(zhuǎn)，激光射到盤上，光盤逆時(shí)針轉(zhuǎn)，激光射到盤上以聲波為例，把模擬的聲波表示成數(shù)字形式的過程稱為采樣，以聲波為例，把模擬的聲波表示成數(shù)字形式的過程稱為采樣，如下圖。如下圖。模擬信號的數(shù)字表示模擬信號的數(shù)字表示課堂小結(jié)1、信號處理：對信號的分析、比較、判斷、放大、運(yùn)對信號的分析、比較、判斷、放大、運(yùn)算、傳輸、變換等過程統(tǒng)稱為算、傳輸、變換等過程統(tǒng)稱為處理處理。2、信號分類： （1）模擬信號）模擬信號：隨時(shí)間連續(xù)變化的量，用連續(xù)的連續(xù)變化的量