北理工數(shù)據(jù)采集課后作業(yè)

1、第一章作業(yè):.舉日常生活的例子說明數(shù)據(jù)采集的應用工業(yè)部門：可以通過對信號的測量（數(shù)據(jù)獲?。?、處理控制及管理，實現(xiàn)對生 產(chǎn)過程的測、控自動化與一體。天氣預報：氣象信息的采集、分析網(wǎng)絡輿情：微信、博社交媒體等息的采集分析.舉日常生活的例子說明什么是信號上下課的鈴聲，交通燈信號，汽車的鳴鏑聲，鬧鐘，眼神、表情，肢體動作，體 育比賽時的信令槍等。.用自己的語言說明信號與信息的區(qū)別與聯(lián)系信號是信息系統(tǒng)的實際工作對象，信號是多種多樣的，通常表現(xiàn)為隨時間變化的 某些物理量。信號是信息的載體。信號是信息的物理表現(xiàn)形式，或者說傳遞函數(shù)。 信號是含有能量的物質，具可觀測性。信息既不是物質，也不是能量。信息是號 的

2、內容。.什么是系統(tǒng)？系統(tǒng)是由若干相互依賴、作用的事物組合而成具有特定功能的整體。一個系統(tǒng)， 對于給定的輸入（激勵），將會有既的輸出（響應）。系統(tǒng)是一個相對的概念， 可以分為多小的組成。.什么是數(shù)據(jù)采集，其主要目標是什么？就是將要獲取的信息通過傳感器轉換為信號，并經(jīng)信號調理、采樣、量化、編碼 和傳輸?shù)炔襟E，最后送到計算機系統(tǒng)中進行處理、分析、存儲和顯示。兩個目標： 精度、速度。.請畫出典型的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)框圖信號調理部件傳感器信號調理部件I i擬傳感器前置放大器濾波電路路模濾波電J路胃 !口開用關傳感器信號調理部件I i擬傳感器前置放大器濾波電路路模濾波電J路胃 !口開用關數(shù)據(jù)采集部件SHA -*

3、 ADC時序控制二數(shù)字I/O接口與原線數(shù)據(jù)處理部件I數(shù)據(jù)存儲部件存儲器.數(shù)據(jù)處理的主要任務具體有哪些?對采集信號作標度變換消除數(shù)據(jù)中的干擾信號-分析計算數(shù)據(jù)的內在特征.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要性能指標有哪些?系統(tǒng)分辨率-系統(tǒng)精度：是指當系統(tǒng)工作在額定采集速率下，整個數(shù)據(jù)所能 達到的轉換精度。-采集速率：系統(tǒng)每個通道、每秒可采集的有效數(shù)據(jù)量。動 態(tài)范圍：是指某個確定的物理量變化范圍。非線性失真：是由電路系統(tǒng)的非線 性而引起的波形失真。第二章1下圖所示信號中，acd是連續(xù)信號，b是離散信號，d是周期信號，abc是非周 期信號，a是能量信號，bcd是功率信號，abc是物理可實現(xiàn)信號。(d)信號的自變量連續(xù)

4、，稱為連續(xù)信號。信號的自變量離散，稱為離散信號。若自變量和幅值都連續(xù)變化，稱為模擬信號；變量連續(xù)，幅值離散稱為量化信 號。若自變量和幅值均離散，則稱為數(shù)字信號。自變量離散，幅值連續(xù)則可稱為被采樣信號。確定性信號：只要信號可以用明確數(shù)學關系式來描述，則稱為確定性信號非確定性信號：也稱為隨機信號，是一種不能準確預測其未來瞬時值，也無法 用數(shù)學關系式來描述的信號，其幅值、相位變化是不可預知的，所描述的物理 現(xiàn)象是一種隨機過程能量信號：一般持續(xù)時間有限的瞬態(tài)信號是能量信號功率信號：一般持續(xù)時間無限的信號都屬于功率信號，周期及隨機信號一定是 功率信號。物理可實現(xiàn)信號又稱為單邊信號，滿足條件”匕。時.x(

5、t) = O,即在時刻小于 零的一側全為零物理不可實現(xiàn)信號*在事件發(fā)生前(K口)就預知信號且 3V11-3V2.計算t8(t - 3)=3t8(t 3)/t尸 eT6Q-3)dt=eA-3單位沖激信號(3函數(shù))特性對稱性：對任意非零的1 6。)= 0 = 5(-0時域壓擴性：S3)=百匹 (a*0)抽樣特性:汽w f(o川w.，譏士 一 %)二汽環(huán)(s - %)積分特性：黑人亡”山0),心/照一的由/(t0)|3.下列各式中正確的是(A) 26Q) 6(2922(B) 6(2。6(。22 (C) 6(29 6(。 (D)6(2。26 4.試用階躍函數(shù)的組合表示下圖所示信號。f t) u(t)

6、2u( t-1 ) + u( t -2 )f t) u (t) + u (t - T) + u(t -2 T)5. cos %的復指數(shù)形式？復指數(shù)函數(shù)對任意復數(shù)Z = x + w，其復指數(shù)函數(shù)為： ez =/+W = e J/歐拉公式ey = cosy + j siny所以ez = ez(cosy + j sin y)6.判斷下列方程所表示的系統(tǒng)是不是線性、時不變、因果、穩(wěn)定的y a ) Ia)1y(t) = x(t)cos(2nt)線性系統(tǒng)：系統(tǒng)的輸入量與輸出量成正比關系./f Ia)，電f + S i-iS + 叩式:非線性系統(tǒng):系統(tǒng)的輸入量與輸出量之間不具有線性關系。時不變系統(tǒng)：系統(tǒng)的信

7、號在時間上有平移，但波形未變 馬fM，)，吃一叫.若七=修(修0),則%0)=y%),時變系統(tǒng)：系統(tǒng)的輸入量與輸出量之間不具有線性關系口小(。一丁1(。，王式。一叫若電Fi(fo)1力(猊h4)因果系統(tǒng)：當且僅當輸入信號激勵系統(tǒng)時，才會出現(xiàn)輸出的 系統(tǒng)。即因果系統(tǒng)的輸出僅與當前與過去的輸入有關I而與 將來的輸入無關的系統(tǒng)。因果系統(tǒng)是“物理可實現(xiàn)的1如：y)尤(。九，y() = Zb-8以人)非因果系統(tǒng)指當前時刻的輸出不僅取決于當前的輸入：還 取決于將來的輸入的系統(tǒng)口物理不可實現(xiàn)！如:y(f) =x(f+l), y(n) =+1) -x(n)穩(wěn)定系統(tǒng)：對任何有界的輸入，輸出必有界的系統(tǒng)C不穩(wěn)定系

8、統(tǒng)：輸入有界，輸出不一定有界的系統(tǒng)。一個能實際應用的系統(tǒng)必須是穩(wěn)定的！7.求|cosx|的均值22“和均方值122均值均值研式表示集合平均值|或數(shù)學期望值4 = 4 = Ex(t) = lim)T MW均方值信號1的均方值石(3，均方值信號1的均方值石(3，也稱為平均功率1嗎=E-=期-TT8 J也是信號平均能量的一種表達方差x2(t)dt反-討dt o反映了信號繞均值的波動程度8求下圖所示周期信號的三角形式的傅里葉級數(shù)表示式。9求周期沖激序列信號5 (t) = E b (t - nT)n=-8的指數(shù)形式的傅里葉級數(shù)表示式10求下圖示信號的傅里葉變換。11設有信號f1 ( t) cos4 兀t

9、i1,t |T試求f1 ( t) f2 ( t )的頻譜函數(shù)，并大致畫出其幅度頻譜。12 一濾波器的頻率特性如下圖所示，當輸入為所示的f( t)信號時，求相應的輸 出 y (t )。13試求信號f( t) 1 + 2cos t + 3cos31的傅里葉變換。.已知某信號的自相關函數(shù)Rx(T)100cos100(兀T)，試求信號的均方值和功率譜 均方值為T=0時，Rx(0) 100。.已知信號x(t)由兩個頻率和相位角均不相等的余弦函數(shù)疊加而成，其數(shù)學表 達式為41cos(3/ + 31) +42 cos(a2t +。2)，求該信號的自相關函數(shù)Rx ( t)第三章作業(yè).什么是系統(tǒng)誤差？其與測量準

10、確度的關系是什么？在重復性條件下，對同一被測量進行無限多次測量所得結果的平均值與被測量的 真值之差。準確度是反映測量結果的平均值與真符合程度，表征測量結果系統(tǒng)誤差大小的 量。準確度越高，測量的系統(tǒng)誤差越小。.什么叫測量結果的不確定度？其能用于表示測量結果與真值之間的差異嗎？不確定度是指由于測量誤差的存在，對被測量值的不能肯定的程度。不能。.測量結果質量的評價內容有哪些？具體含義是什么？、測量結果質量的評價內容包括：精密度、準確度和精確度 ，精密度是描述重復測量結果之間的離散程度，表征測量結 果的偶然誤差大小的量,若精密度高則測量的重復性好，離散程度小測量的偶然誤差 小，但系統(tǒng)誤差的大小未明確口

11、準確度是反映測量結果的平均值與真值的符合程度表征 測量結果的系統(tǒng)誤差大小的量口若準確度高則平均值較接近真值，測量的系統(tǒng)誤差較小但偶 然誤差的大小未明確口,精確度是對系統(tǒng)誤差和偶然誤差大小的綜合評定，可用來 全面描述測量結果的質量口精確度高就是精密度和準確度都高偶然誤差和系統(tǒng)誤差都小二.測量誤差的來源分哪幾類？人為誤差。環(huán)境誤差。量化誤差。設備誤差。.隨機誤差有哪些特點？隨機誤差的特點如下：隨機誤差的絕對值實際上不會超過一定界限，即隨機誤差是有界的；隨機誤差的正負誤差出現(xiàn)的機會是相同的；隨機誤差的算術平均值隨著測量次數(shù)的無限增加而趨近于零；大多數(shù)測量結果的隨機誤差的分布形式接近于正態(tài)分布，也有部

12、分測量 結果屬于均勻分布或其他形式的分布口.測量不確定度的方法有哪兩種？統(tǒng)計方法（A類不確定度）非統(tǒng)計方法（B類不確定度）.指出下列情況屬于偶然誤差還是系統(tǒng)誤差？（1）視差；（2）游標尺零點不準；（3）天平零點漂移；（4）水銀溫度計毛細 管不均勻。偶然誤差1，3系統(tǒng)誤差2, 4. 一個物體經(jīng)過五次重復稱重，其質量（以克計）分別為738.29、738.21、738.27、38.28、738.25，求此物體的平均質量、平均誤差和標準誤差.測量某電路的電流I 22.5mA，電壓U 12.6V，測量的標準差分別為% = 0.564%= 0.1，求所耗功率P UI及其標準差4.將下列數(shù)據(jù)舍入到小數(shù)點后3

13、位：3.14159 3.142 ； 2.71729 2.717 ； 4.510150 4.510 ； 3.21650 3.216 ； 5.6235 5.624 ； 7.691499 7.691。第九+1位的數(shù)字小于第幾位的單位數(shù)字的0.5就舍去,第h+1位的數(shù)字大于第幾位的單位數(shù)字的05第位的數(shù)字就進第位的數(shù)字等于第幾位的單位數(shù)字的05就采取如下措施：第門位的數(shù)字為偶數(shù)，就舍去后面的數(shù)字；第日位的數(shù)字為奇數(shù)，第月位的數(shù)字就加葭11.根據(jù)某次實驗獲取的數(shù)據(jù)，用回歸分析法求出y與1的近似關系。1234567X385.73380.59373.76364.90358.49351.31345.60Y22

14、6.24236.92244.99257.00268.24277.50287.5412.對某電阻進行了 12次等精度測量，測得的數(shù)值（程）為20.46、20.52、20.50、20.52、20.48、20.47、20.50、20.49、20.47、20.49、20.51、20.51,若要求置信概 率95%,其真值的置信區(qū)間是多少？ 13.對某電壓三組不等精密度測量的算術平均值分別為20.5V、20.1V、20.3V,標準差分別為：0.05、0.02、0.10。求電壓的估計值和標準偏差。14：用一個測量系統(tǒng)測量電壓，由使用的經(jīng)驗可知測量系統(tǒng)的不確定度三1%,某次測量共計獲取了 16個數(shù)據(jù)，按時間順

15、序列在下表所示。試分析測量誤差并 且給出被測電壓的數(shù)值。12345678205.3204.94205.63205.24206.65204.97205.36205.16910111213141516205.71204.70204.86205.35205.21205.19205.21205.32第四章.理想的測量系統(tǒng)應該具有什么關系？理想的測量系統(tǒng)應該具有單值的、確定的輸入一輸出關系。對于每一輸入量都應 該只有單一的輸出量與之對應。.衡量測量系統(tǒng)靜態(tài)特征的主要指標有哪些？靈敏度非線性度回程誤差重復性.測量系統(tǒng)的動態(tài)特性是指什么？測量系統(tǒng)的動態(tài)特性是指測量系統(tǒng)對隨時間變化的輸入量的響應特性.實現(xiàn)不失

16、真測量的理想條件是什么？對一個理想的測量系統(tǒng)，必須能夠精確地復制被測信號的波形，且在時間上沒有 任何的延時從頻率上分析，要求測量系統(tǒng)的頻率響應函數(shù)H(w)滿足放大倍數(shù)為 常數(shù)，相位為零。.電子信息系統(tǒng)中噪聲產(chǎn)生的三種主要機制是什么？噪聲產(chǎn)生的三種主要機制：*熱噪聲是由導體中電荷載流子的隨機熱激振動引起的I功率譜密度曲線 平坦：均勻包含著各種頻率成分I因此稱為白噪聲口過剩噪聲由于碳質電阻的不均勻，使得電流總是參差不齊地流過電阻（有 些區(qū)域密集），由此產(chǎn)生過剩噪聲。過剩噪聲功率同頻率成反比散彈噪聲在真空電子器件、半導體器件中I由于電流流動的不連續(xù)和不平 滑導致的噪聲6.電子測量系統(tǒng)中的干擾形成的三

17、要素是什么？干擾形成的三要素干擾源傳播路徑（傳導、輻射）敏感器件（容易被干擾的對象）抗干擾的基本原則抑制干擾源減小干擾源電壓和電流的變化率切斷干擾傳播路徑傳導干擾：根據(jù)信號和噪聲的頻帶不同增加濾波器，或者隔離耦輻射干擾：增加干擾源與敏感器件的距離用地線隔離或在敏感 器件上加屏蔽罩*提高敏感器件的抗干擾性能從布線的角度提高抗干擾性能第五章.如周期為Ts的理想沖激脈沖信號，對一最高頻率為3m的信號進行采樣，試 推導：如要恢復原始信號，需要采用的低通濾波器的頻譜響應.試推導理想采樣定理中信號重建的公式.設信號f（t）為包含03m分量的頻帶有限信號，試確定f（3t）的奈奎斯特 采樣頻率。. “只舍不入

18、”法和“有舍有入”法引起的量化誤差各自都有哪些特點？(e - e)2p(e)de即使模擬信號，團為無噪聲信號,經(jīng)過量化器量化后，量化信號為(叫)將包含均值為方差為徐勺噪聲口噪聲的標準差產(chǎn)0.29 q有(e - e)2p(e)de即使模擬信號，團為無噪聲信號,經(jīng)過量化器量化后，量化信號為(叫)將包含均值為方差為徐勺噪聲口噪聲的標準差產(chǎn)0.29 q有舍有入”法弓|起的量化誤差平均誤差等于零故稱為無偏的。最大量化誤差為出皿但量化誤差的方差為量化誤差在-卜白之間：均勻分布 占Ei平均誤差或誤差的數(shù)學期望為：+ 00(e e)2pe)de =百二匚0p(e)de 二 籍，只舍不入“法弓|起的量化誤差=仁

19、: ep(e)de = fede=平均誤差不等于零，故稱為有偏的口量化誤差的方差為量化誤差只能是正誤差。取0 g之間的任意值，均勻分布平均誤差或誤差的數(shù)學期望為：即使模擬信號4t）為無噪聲信號.經(jīng)過量化器量化后，量化信 號勺將包含均值為0、方差為的噪聲.噪聲的標準差829 q5量化誤差信噪比與量化器位數(shù)的關系,量化誤差（噪聲）與量化器位數(shù)的關系量化誤差可按照一系統(tǒng)在寸/2之間的斜率不同的線性段處理設模擬信號式土）的信號功率為FSR（fullsca怕range）則相應的量化 信噪比為：（S FSR2 FSR2 fFSR2因為q=詈所以得）=I? X 2如若以分貝數(shù)表示，則有（勃mb _ 1012

20、 X 2” - 10.79 + 6,02n位數(shù)門每增加一位信噪比增加6dB !6設有一個D/A轉換器，輸入二進制數(shù)碼為：110101,基準電壓UREF = FSR =10V,求 UOUT例：設有一個D/A轉換器，輸入二進制數(shù)碼為：110101,基準電壓U咫F = FSR=10V1 求 Uqut=?/Ill 111 D=1x-f1x-f0 x-+1x一 + 0 x一十 1 x- = 0,828125248163264/則 Uout-/REF-D=10 x0.828125=8.28125（V）7一個8位系統(tǒng)的滿量程電壓是一10V+10V,如果測量電壓為5V,請分別給出 符號-數(shù)值碼和偏移二進制碼的表示。偏移二進制碼以上偏移情況可以用表達式概括如下:第六章作