电子控制系统的信号处理.ppt

控制系统 任何一种控制的实现 都要通过若干个环节共同实现 这些环节所涉及的装置就构成了一个系统 称为控制系统 课程引入 光控电风扇 普通高中课程标准实验教科书通用技术选修 数字信号 共2课时 第三章电子控制系统的信号处理 第一节数字信号 数字信号与模拟信号 数字信号的优点 传感器 控制部分 执行器 传感器将所获取的信号转换成电信号后 控制部分便对这些信号进行分析 比较 判断 放大 运算 传输 变换 最后向输出部分发出命令 控制执行机构的操作 对信号的分析 比较等过程统称为处理 第一节数字信号 数字信号与模拟信号 电子控制系统中对信号的处理过程是用电子电路来完成的 电子电路所处理的信号有 电动楼梯静止状态 滑滑梯 数字信号 digitalsignal 和模拟信号 analogsignal 两类 思考 第一节数字信号 不连续 连续 思考 第一节数字信号 钱江海潮 观察气温 钱江潮 第一节数字信号 家电商场 人口普查 第一节数字信号 请判断 下列量中那些是连续变化的 哪些是非连续变化的 1 野外环境的亮度与地下仓库中的亮度 2 人的血压与人的脉搏 3 运动员滑冰所滑过的轨迹长度与走过同样距离所用的步数 4 时光的流逝与数字钟所显示的时间的变化 讨论 第一节数字信号 气象观察 气温变化 第一节数字信号 轿车生产流水线 生产量 月生产量 人日生产量 第一节数字信号 信号波形模拟着信息的变化而变化信号称为模拟信号 有些非连续变化的量可以用数字表示 若用二进制来表示这个数 并用高和低两个电平 level 代表二进制数中的 1 和 0 则其形成的在高 低电平之间来回跳变的电信号就是通常所说的数字信号 模拟信号 数字信号 0 0 u u t t 第一节数字信号 小辞典 电平 在数宇电路中 电压 或电流等 的大小分为高 低两级 例如 TTL电路的划分方法是 2 4V 5V为高级 而0V 0 8V为低级 通常将这两个高 低不同的电压级 或电流级等 分别称为高电平和低电平 第一节数字信号 马上行动 1 在上图所示数字信号中 高电平代表1 低电平代表0 每1格代表1位二进制数 共5位 高位先到 则该信号代表二进制数 它相当于十进制数 2 用示波器观察半导体收音机或电视机音频输出口的波形 判断它是哪一类信号 10011 19 第一节数字信号 思考 下列信号中 哪些是模拟信号 哪些是数字信号 1 220V交流电的电压 交流正弦波电压 2 海洋上船只与船只之间的灯光联络信号 3 手机短信息信号 请举出模拟信号与数字信号的例子各一个 模拟信号 数字信号 数字信号 第一节数字信号 马上行动 请判断下列各例中哪些适合用1和0表示 1 举重比赛中试举成功与否 2 学生的考试成绩是否及格 3 个人的生与死 4 个人是好人还是坏人 合适 合适 合适 不合适 第一节数字信号 数字信号的优点 数字信号具有容易处理 处理精度高 便于记录保存等优点 第一节数字信号 数字信号容易处理 数字信号只有高 底两个电平 容易识别 失真和干扰对数字信号影响小 数字调音台 第一节数字信号 演员的歌声经话筒转换成的电信号是模拟信号 一种处理方法是直接放大模拟信号 然后送到扬声器 人们便可欣赏到演员动人的歌喉 由于信号在处理过程中 不可避免地会产生失真并受到各种干扰因素的影响 因而听众所到的歌声也会失真 且伴有 沙沙 的噪音 模拟信号 案例分析 第一节数字信号 另一种处理方法是先将此信号转换为数字信号 处理以后再将数字信号还原成模拟信号使扬声器发声 虽然数字信号在处理过程中同样会产生失真 受到干扰 其形状也会发生变化 但它所代表的数字 即 高 和 低 并未改变 可见数字信号在处理过程中 受波形失真和干扰的影响很小 所以听众能听到音色逼真 不带噪音的歌声 数字信号 案例分析 第一节数字信号 模拟信号转换为数字信号的电路称模数转换器 数字信号转换为模拟信号的电路称数模转换器 模拟信号与数字信号之间的相互转换 第一节数字信号 将模拟信号转换为数字信号的过程可分为采样 保持 量化 编码四步 采样 每隔一段时间对模拟信号的幅值抽取样品 使图 a 中的模拟信号变成图 b 中的脉冲信号 保持 将图 b 中的脉冲信号变成图 c 中的阶梯信号 以便处理 量化 将图 c 巾每个阶梯的幅值舍去零头 保留整数 得到图 d 编码 将图 d 中每个阶梯的幅值对应的数字用二进制数字表示 并转化为数字信号 如图 e 所示 模拟信号与数字信号之间的相互转换 第一节数字信号 数字信号处理精度高 测量中使用了数字信号 测量精度比以前用秒表提高了10倍 第一节数字信号 数字信号便于纪录保存 由于数字信号中只有 1 和 0 两个值 可很方便地用 具有记忆功能的 电路输出电压的高和底 电容上电荷的有和无 磁性物质的极化方向等方式纪录保存 也可用打孔的方法 如穿孔的有和无 光盘利用有无凹坑纪录 1 和 0 还可以直接将 1 和 0 打印在纸上纪录保存 但这些方法很少能用来纪录保存模拟信号 第一节数字信号 光盘是在塑料母片上用激光 烧 出许多直径不到1 m 沿光盘圆周方向排列的小坑 有小坑的代表 0 没有小坑代表 1 读盘时 光盘顺时针转动 激光射到光盘面上 依据小坑的有和无所造成的反射光的有和无分辩出所记录的信号是 1 还是 0 小资料 第一节数字信号 试验目的 做一个对比试验 试验准备 带光驱电脑1台 磁带录放机1台 示波器1台 原声带1盘 空白录音带1盘 试验过程 1 将电脑中存放的某段音乐复制一份 比较复制件与原件音乐的音色是否有明显变化 2 使用录音机将原声带中的某段音乐翻录到另一盘录音带上 比较原声带与翻录带的波形是否发生变化 试验总结 数字信号与模拟信号相比有什么优点 示波器 磁带录放机 光驱电脑 小试验 试验目的 做一个对比试验 试验准备 带光驱电脑1台 磁带录放机台 示波器1台 原声带1盘 空白录音带1盘 试验过程 1 将电脑中存放的某段音乐复制一份 比较复制件与原件音乐的音色是否有明显变化 2 使用录音机将原声带中的某段音乐翻录到另一盘录音带上 比较原声带与翻录带的波形是否发生变化 试验总结 数字信号与模拟信号相比有什么优点 第一节数字信号 练习 用一个发光二极管制作高 低电平的检测器 第一节数字信号 课堂小结 电子电路