3.1电子控制系统的信息处理.ppt

1、1、开环电子控制系统的组成方框图：,输 出,输 入,被控 对象,信息,控制 （处理）,复习：,2、闭环电子控制系统的组成方框图：,输 入,输 出,被控对象,控制 （处理）,检 测,反馈,输入部分：,通常由各种传感器组成，输入信息可以有多少形式，可以是作用力，也可以是温度、湿度、磁场、光照强度等环境参数的变化，用传感器把采集的非电量变化转变为电量的变化。,光控电风扇,案例：,控制（处理）： 部分相当于人的（ ）,一般由具有各种控制功能的电子电路（或微处理器）组成。它能对送入的电信号进行比较、分析和处理，并发出指令。,大脑,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

2、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。,3、电子控制系统的信号处理,什么是模拟信号？ 什么是数字信号？ 数字信号的优点？,思考？,3.1 数字信号,是指哪些数值可连续变化的信号。,非连续变化的量可以用数字表示，二进制数中的“1”和“0”，形成在高、低电平之间来回跳变的电信号称为数字信号。,容易处理、处理精度高、便于记录保存。,第一节 数字信号,一、数字信号与模拟信号,二、数字信号的优点,一、数字信号与模拟信号,楼梯,滑滑梯,案例：,不连续,连续,思考？,钱江海潮,观察气温,钱江潮,家电商场,人口普查,

3、讨论？,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。,气象观察,气温变化,轿车生产流水线,生产量,月生产量,人日生产量,模拟信号,数字信号,0,0,u,u,t,t,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。,小辞典

4、,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0 V 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。,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,思考？,模拟信号,下列信号中，哪些是模拟信号，哪些是数字信号？ 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

5、机短信息信号。,模拟信号,数字信号,思考？,数字信号,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,思考？,合适,合适,不合适,二、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。,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,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

6、所到的歌声也会失真，且伴有“沙沙”的噪音。,模拟信号,案例：,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：,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,将模拟信号转换为敷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

7、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,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。,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

8、，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。,光盘是在塑料母片上用激光“烧”出许多直 径不到1m，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,案例：,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。

9、 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,试验：,电子电路所处理的信号有：数字信号和模拟信号两类。 信号波形模拟着信息的变化而变化信号称为模拟信号。 二进制数中的“1”和“0”，形成在高、低电平之间来回跳变的电信号称为数字信号。 数字信号容易处理、处理精度高、便于记录保存等优点。,小结：,3.1 数字信号,一、三种基本的逻辑门,二、与非门和或非门,第二节 逻辑门,三人表决器,甲、乙、丙三人参加表决，每人面前有一个按钮，表决时，按下按钮表示同意不按按钮表示不同意。表

10、决结果按少数服从多数规则处理，如表决通过则绿色指示灯亮，红色指示灯不亮；反之，绿色指示灯不亮，红色指示灯亮。,案例：,电子控制系统控制(处理)部分的输出信号与输入信号之间存在着一定的逻辑关系，其中输出信号对应于逻辑结论，输入信号对应于逻辑前提。 电子控制系统的控制(处理)部分于是依据各输出信号与输入信号之间的逻辑关系(因果关系)来处理的。为处理方便，将逻辑前提和逻辑结论均用字母A、B、C等表示，显然，这些字母都应当只有“真”和“假”两个状态，且非真即假，非假即真。 实现各种逻辑关系的电路称为数字电路(或逻辑电路)。在数字电路中，“真”用高电子(“1”)表示，“假”用低电子(“0”)表示。“1”

11、和“0”称为数字电路的真值或逻辑值。,任何复杂的逻辑关系都由“与”、“或”、“非”三种基本逻辑关系组合而成，实现这三种基本逻辑关系的电路分别称为与门(AND)、或门(OR)和非门(NOT)，它们的输入信号代表逻辑前提，输出信号代表逻辑结论。,一、三种基本的逻辑门,思考,请列举在日常生活中常见的与逻辑有关系的例子,与逻辑关系举例： 1火车在开动时，所有车门必须关好，如有车门没关不能放行。 2我国婚姻法规定，男女双方必须同时到场方可登记结婚。 3开学时班长宜布班级活动计划：三月份将选择一个晴朗的星期六去郊游。 4小明家走廊上有一盏节能路灯，天黑以后，有人通过并发出响声时，灯才亮，其他情况下灯不亮。

12、 5仓库的门通常用两把锁，由不同的人保管，开门时必须两个保管人同时到场。,“所有逻辑前提皆为真时，逻辑结论才为真”的逻辑关系称为“与”逻辑关系。,1、与门,A,B,L,断,通,真值表,断,断,断,断,通,断,断,通,通,通,若令开关通为真，断为假；灯亮为真，不亮为假，请判断该电路否为。,马上行动,两只开关控制一盏灯亮和灭的电路，在真值表内填入灯亮与否的情况。,与门,是与逻辑关系,B,A,F,真值表,与门波形图,与门逻辑符号,真值表的逻辑值用“1”和“0”表示，2个输入端的与门的真值表如下：,与逻辑关系在布尔代数中被定义为逻辑乘法，记作：F=AxB或F=AB或F=AB称为与门的逻辑表达式。,数字

13、电路的逻辑关系常常用波形图来描述，波形图记录门电路的输人信号或输出信号的电子随时间变化的情况，如右图所示。,右图中的与门在A和B两个波形的输入电压的作用下，得到如F波形所示的输出电压。,在画波形图时，常常省去坐标轴，但输入波形与输出波形之间的时间必须严格对应，如下图中虚线所示。图中第三个时间区间，输入A和输入B都为1，符合“全高出高”规则，因而输出F也为1，其他情况不符合，因而输出为0。,画出下面与门的输出信号波形。,画输出波形的方法是： (1)按输入波形的每一个变化画一条虚线，将时间轴划分成若干区间； (2)依据每个区间中的输人逻辑值计算出相应的输出逻辑值； (3)根据输出逻辑值画输出波形。

14、,练习：,如果用3只开关串联代替课本第47页“马上行动”所示电路中的2只开关串联，则该电路是否还代表与逻辑关系？如果是，请列出其真值表，井画出其逻辑符号及相应于图示输入波形的输出波形。,L,思考？,“逻辑前提中有一个或一个以上为真，逻辑结论就为真”的逻辑关系称为“或”逻辑关系。例如，到图书馆借书，可以凭本校学生证也可以凭借书证，两证中有一个即可，这里的逻辑关系就是或逻辑关系。,请列举在日常生活中常见的或逻辑有关系的例子,思考,或逻辑关系举例： 1暑假里，高二(3)班同学一起到青岛去旅游。从上海到青岛可以乘火车、汽车，飞机，还可以乘海轮。 2 高二(1)班教室有3把钥匙，班主任1把，班长1把，值

15、日生1把，谁先到校都可以开门。 3小明家楼顶的水箱通常在天黑以后进水，但若白天水箱的水用完了也能进水。 4班主任通知开家长会时要求：父亲来可以，母亲来也可以，父母一起来更好。,2、或门,或逻辑关系在布尔代数中定义为逻辑加法，记作：F = A 十 B 称为或门的逻辑表达式。,A,L,B,断,通,真值表,断,断,断,通,通,断,通,通,通,通,马上行动,两只开关控制一盏灯亮和灭的电路，在真值表内填入灯亮与否的情况。,A,B,F,真值表,或门波形图,或门逻辑符号,“逻辑前提为假时逻辑结论为真，逻辑前提为真时逻辑结论反而为假”，即逻辑结论与逻辑前提的逻辑值总是相反的逻辑关系称为非逻辑关系。记作：F =

16、 A F = A,读作“A非”。非逻辑关系的真值表如下表所示。从真值表可以看出： 0 = 1， 1 = 0,非逻辑的例子如机场或车站旅客入口处要进行安全检查，带有易燃易爆物品者不得入内。,3、非门,若以体温低于38为逻辑前提，则此逻辑前提与进单位办公和进观察室检查这两个逻辑结论之间，哪一个符合非逻辑关系？,思考,案例分析,“非典”流行时期，某单位的工作人员进单位办公均必须测体温，若体温超过38，则不能进入单位办公，且要进入观察室接受其他检查。这里，体温超过38 ，是逻辑前提，进单位办公和进观察室检查是两个逻辑结论，进单位办公与体温超过38之间是非逻辑关系，而进观察室检查与体温超过38之间则不是

17、非逻辑关系。,第二节 逻辑门,A,L,R,真值表,马上行动,下图是描述非逻辑关系的示意图。请说明在上述案例中应对逻辑前提A的逻辑结论L的真和假如何规定，才能符合非逻辑关系的定义?为什么?,A：开关合上为真； L：灯亮为真。 因为开关合上时，灯被开关短路，灯不亮；开关断开时，灯才亮。,A,F,真值表,非门波形图,非门逻辑符号,分析本节开始的三人表决器案例，输出与输入之间的逻辑关系应该怎样表达，可用哪些门电路实现。,案例：,该表决器有3个输入端，用A、B、C分别代表甲、乙、丙投票人，它们各在投赞成票时为1，不投赞成票时为0；有2个输出端，用L1表示表决通过（绿色指示灯亮），L2表示表决不通过（红色

18、指示灯亮）。 根据它们之间的逻辑关系，能使LI为1的情况有4种：甲、乙同意，乙、 丙同意，甲、丙同意和甲、乙、丙3人都同意。将这4种情况分别用1、2、3和4代表，显然： 只有A、B同为1时1才为1，所以1= A x B； 只有D、C同为1时2才为1，所以2= ； 只有A、C同为I时3才为1所以3= ； 只有A、B、C同为1时4才为1所以4= ： 上述4种情况中只要有一种或一种以上满足，绿色指示灯就亮，因此 L1与1、2、3、4之间符合或逻辑关系。 即L1= 。 1、2、3、4分别用4个与门实现，L1用一个或门实现。 至于代表红色指示灯亮的输出L2，因为它与输出L1，是相反的，所以L2= 。,BxC,AxC,AxBxC,1 x 2 x 3 x4=AB+BC+AC+ABC,L4,L4,二、与非门和或非门,“与非”关系和“或非”关系是从三种基本逻辑关系推演出来的复合逻辑关系。实现这两种逻辑关系的门电路分别称为与非门(NAND)和或非门(NOR)。 与非门的真值表和与门的真值表巾的输出逻辑值完全相反：与门的逻辑关系是“全高出高，有低出低”，而与非门的逻辑关系则是“全高出低，有低出高”，因此其逻辑关系相当于在与门后面再接一只非门。,真值表,波