第六课数字信号

1、第三章第三章 电子控制系统的信号处理电子控制系统的信号处理第一节第一节 数字信号数字信号复习引入复习引入1、常见在传感器有哪些？、常见在传感器有哪些？2、传感器的作用？、传感器的作用？获得外界的输入信息，并通过它将非电量信息转换成电信获得外界的输入信息，并通过它将非电量信息转换成电信号输出。号输出。3、电子控制系统的主要组成部分？、电子控制系统的主要组成部分？输入输入传感器传感器控制（处理）控制（处理）电子电路电子电路输出输出执行器等执行器等说明：对信号的分析、比较、判断、放大、运算、传输、变换等说明：对信号的分析、比较、判断、放大、运算、传输、变换等过程统称为过程统称为处理处理。电子控制系统

2、对信号的处理过程是用电子电路完成的电子电路处理的信号有两类：电子电路处理的信号有两类：1、模拟信号(analog signal) 2、数字信号(digital signal) 一、模拟信号与数字信号一、模拟信号与数字信号1.事物变化的规律：连续变化和非连续变化（离散）事物变化的规律：连续变化和非连续变化（离散）连续变化的量连续变化的量离散的量离散的量例如：环境的温度、水面的高度随时间发生连续变化。例如：环境的温度、水面的高度随时间发生连续变化。 某个单位人数、家电商城的货物数是非连续变化的某个单位人数、家电商城的货物数是非连续变化的说明：非连续变化：通常是说明：非连续变化：通常是1个人或个人或

3、1个货物等，计数单位是整数个货物等，计数单位是整数讨论：判断连续与非连续讨论：判断连续与非连续1.野外环境的亮度与地下仓库中的亮度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人的血压与人的脉搏3.运动员滑冰的轨迹与走相同距离所用的步数运动员滑冰的轨迹与走相同距离所用的步数4.时光的流逝与数字时钟所显示的时间的变化时光的流逝与数字时钟所显示的时间的变化说明：连续变化的量，用连续的说明：连续变化的量，用连续的曲线曲线或或直线直线表示。表示。 非连续变化的量，用非连续变化的量，用柱状图柱状图或或数字数字表示。表示。例如：体温变化、气温变化等用例如：体温变化、气温变化等用连续曲线连续曲线。

4、客车月度产量、售票处剩余票数用客车月度产量、售票处剩余票数用柱状图柱状图或或数字数字表示表示连续变化的量采用模拟信号方法连续变化的量采用模拟信号方法 电子控制系统需要处理的信息必须转化成电信号电子控制系统需要处理的信息必须转化成电信号声音由话筒转换成电压波形（信号），声音由话筒转换成电压波形（信号），电压波形与电压波形与声音声音波形一致，才能模拟声音的原貌，这种模拟声波形一致，才能模拟声音的原貌，这种模拟声音的信号称为模拟信号。音的信号称为模拟信号。 通常模拟信号泛指那些数值可连续变化的信号。通常模拟信号泛指那些数值可连续变化的信号。模拟信号模拟信号数字信号数字信号高电平低电平非连续变化的量可

5、以直接用数字表示非连续变化的量可以直接用数字表示表达的方法就是二进制表达的方法就是二进制用高和底两个电平（用高和底两个电平（level）代表二进制中的）代表二进制中的1和和0，高、底电平之间来回跳变的电信号就是数字信号。高、底电平之间来回跳变的电信号就是数字信号。马上行动马上行动 在右图所示数字信号中，在右图所示数字信号中， “1”代表高电平，代表高电平， “0”代表代表低电平（每低电平（每1格代表格代表1位二进位二进制数，共制数，共5位），则该信号代位），则该信号代表二进制数表二进制数_，它，它相当于十进制数相当于十进制数_。数字信号数字信号1001018说明：说明： 电平：在数字电路中，电

6、压（或电流）的大小分为高、底两级，通常电平：在数字电路中，电压（或电流）的大小分为高、底两级，通常 将这两个高、底不同的电压级（电流级）分别称为高电平和底电平。将这两个高、底不同的电压级（电流级）分别称为高电平和底电平。例如在例如在TTL电路中把电路中把2.45V的称高级，的称高级，00.8V称底级。称底级。思考：下列信号中，哪些是模拟信号，哪些是数字思考：下列信号中，哪些是模拟信号，哪些是数字信号？信号？1.220V交流电的电压（交流正弦波电压）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.手机短信息信号手机短信息信号“1”和和“0

7、”的推广应用的推广应用 1.古代的烽火台点火信号古代的烽火台点火信号(点与不点点与不点) 2.开关的开与关开关的开与关 3.灯的亮与灭灯的亮与灭 4.数学命题的真与假数学命题的真与假 5.信号的有和无信号的有和无马上行动：请判断下列各例中哪些适合用马上行动：请判断下列各例中哪些适合用1和和0表示表示1.举重比赛中试举成功与否举重比赛中试举成功与否2.自主招生面试的合格与不合格自主招生面试的合格与不合格3.学生的考试成绩等第（分学生的考试成绩等第（分A,B,C,E四等）四等）二、数字信号的优点二、数字信号的优点1.容易处理容易处理 数字信号只有高、低两个电平，容易识别，失数字信号只有高、低两个电

8、平，容易识别，失真和干扰对数字信号影响很小。真和干扰对数字信号影响很小。 识别有失真和受干扰影响的数字信号的方法是，设置一识别有失真和受干扰影响的数字信号的方法是，设置一个电压门槛（它应介于高电平和低电平之间），高于此门槛个电压门槛（它应介于高电平和低电平之间），高于此门槛的信号传过去后，输出为的信号传过去后，输出为1；低于此门槛的信号传过去后，；低于此门槛的信号传过去后，输出为输出为0。 随着数字技术，特别是信息技术的飞速发展与普及，在现代控制、通信及检测等领域，为了提高系统的性能指标，对信号的处理广泛采用了数字计算机技术。由系统的实际对象往往都是一些模拟量（如温度、压力、位移、图像等），要

9、使由系统的实际对象往往都是一些模拟量（如温度、压力、位移、图像等），要使计算机或数字仪表能识别、处理这些信号，必须首先将这些计算机或数字仪表能识别、处理这些信号，必须首先将这些模拟信号模拟信号转换成转换成数字数字信号信号；而经计算机分析、处理后输出的数字量也往往需要将其转换为相应模拟信号才能为执行机构所接受。这样，就需要一种能在模拟信号与数字信号之间起桥梁作用的电路-模数和数模转换器。 将模拟信号转换成数字信号的电路，称为模数转换器（简称A/D转换器或ADC,Analog to Digital Converter）；将数字信号转换为模拟信号的电路称为数模转换器（简称D/A转换器或DAC,Dig

10、ital to Analog Converter）；A/D转换器和D/A转换器已成为信息系统中不可缺少的接口电路。 转换精度与转换速度转换精度与转换速度是衡量A/D与D/A转换器的重要技术指标。A/D和和D/A转换器转换器2. 处理精度高处理精度高现在记录运动员成绩已经不用秒表，而用电子计时器，可现在记录运动员成绩已经不用秒表，而用电子计时器，可精确到百分之一秒。精确到百分之一秒。机械秒表和电子秒表机械秒表和电子秒表3. 便于记录保存便于记录保存 数字信号只有数字信号只有1和和0两个值，可用（有记忆功能）电路输出两个值，可用（有记忆功能）电路输出电压的高和底、电容上电荷的有与无、磁性物质的极化

11、方向电压的高和底、电容上电荷的有与无、磁性物质的极化方向等方式记录保存，也可用打孔的方法保存。等方式记录保存，也可用打孔的方法保存。光盘利用有无凹坑记录光盘利用有无凹坑记录0和和1，有是，有是0无是无是1，光盘逆时针转，激光射到盘上，光盘逆时针转，激光射到盘上以声波为例，把模拟的声波表示成数字形式的过程称为采样，以声波为例，把模拟的声波表示成数字形式的过程称为采样，如下图。如下图。模拟信号的数字表示模拟信号的数字表示课堂小结1、信号处理：对信号的分析、比较、判断、放大、运对信号的分析、比较、判断、放大、运算、传输、变换等过程统称为算、传输、变换等过程统称为处理处理。2、信号分类： （1）模拟信号）模拟信号：随时间连续变化的量，用连续的连续变化的量，用连续的曲线曲线或或直线直线表示