数据采集与模拟信号数字化.ppt

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数据采集与模拟信号数字化.ppt

内容一：

数据采集与模拟信号的数字化第一讲：

采样技术、量化第二讲：

编码、孔径时间第三讲：

数据采集系统1.1采样技术信号转换过程信号转换过程信号转换过程信号转换过程及及及及作用：

作用：

采样采样采样采样/保持、量化、编码保持、量化、编码保持、量化、编码保持、量化、编码采样：

采样：

对连续的模拟信号对连续的模拟信号xx（t（t），按一定的时间间隔，按一定的时间间隔TTss，抽取相应的，抽取相应的瞬时值（离散化），这个过程称为采样。

瞬时值（离散化），这个过程称为采样。

采样信号：

xx（t（t）经过采样后转换为时间上离散的模拟信号经过采样后转换为时间上离散的模拟信号xxss（nT（nTss）即幅值仍是连续的模拟信号，简称为采样信号。

即幅值仍是连续的模拟信号，简称为采样信号。

1.1采样技术量化：

量化：

把把xxss（nT（nTss）以某个最以某个最小数量单位的整数倍来小数量单位的整数倍来度量，这个过程称为量度量，这个过程称为量化。

化。

xxss（nT（nTss）经过量化后，经过量化后，变换为变换为量化信号量化信号xxqq（nT（nTss）。

即，时间和幅值都是离即，时间和幅值都是离散的信号。

散的信号。

数字信号：

量化信号量化信号xxqq（nT（nTss），再经过，再经过编码编码转转换成数字信号换成数字信号xx（n（n）。

一、采样过程模拟信号采样器离散的脉冲信号1、1：

过程：

（采样过程，采样信号，采样时刻，采样时间，采样周期：

采样开关控制信号）2：

信号数学表示：

输入信号与输出信号的关系表达为：

（1.1.1）因为Ts，所以可以假设采样脉冲为理想脉冲，x（t）在脉冲出现瞬间nTs取值为x（nTs），故式（1.1.1）可以改写成：

通常:

考虑到时间为负值无物理意义，式（1.1.2）可以改写成：

（1.1.2）（1.1.3）（1.1.1）二、采样定理采样定理（香农定理）：

要想采样后不失真地还原原信号，采样频率必须大于原信号频谱中最高频率的两倍，即:

解释：

1.过程采样脉冲序列可以用傅里叶级数展开：

模拟信号的频谱：

（1.1.4）采样信号的频谱：

（1.1.5）将（1.1.4）和（1.1.5）代入上式：

两个变化采样因子频谱的周期延拓基带频谱调制频谱频率混叠频率混叠三、采样方式实时采样实时采样等效时间采样等效时间采样定时采样定时采样变步长采样（定点采样）变步长采样（定点采样）三、采样方式11、实时采样、实时采样（定时采样定时采样、变步长采样变步长采样）：

）：

优点：

（11）由于信号波形一到就采入，因此适用于任何形式的信号）由于信号波形一到就采入，因此适用于任何形式的信号波形，重复的或不重复的，单次的或连续的。

波形，重复的或不重复的，单次的或连续的。

（22）而且由于采样点以时间为顺序，所以易于实现波形的显）而且由于采样点以时间为顺序，所以易于实现波形的显示。

示。

缺点：

时间分辨率差。

每个采样点的采入，量化，存储必须在小时间分辨率差。

每个采样点的采入，量化，存储必须在小于采样间隔的时间内完成。

于采样间隔的时间内完成。

三、采样方式22、等效时间采样：

、等效时间采样：

要求波形是可以重复的。

1.2量化量化概念：

量化概念：

量化的工作过程方式：

（介绍一下介绍一下A/D,A/D,量化器，二进制代码的概念）量化器，二进制代码的概念）量化单位的确定：

量化单位的确定：

1.2量化量化方法量化方法量化方法量化方法只舍不入只舍不入有舍有入有舍有入量化误差量化误差：

最大量化误差：

emaxmax=q=q量化误差量化误差：

量化误差量化误差：

量化特性曲线与量化误差量化特性曲线与量化误差量化误差量化误差：

只舍不入量化误差：

平均误差：

量化误差的方差：

量化误差的标准差：

有舍有入量化误差：

量化特性曲线与量化误差量化特性曲线与量化误差平均误差平均误差（这种误差是无偏的这种误差是无偏的）：

最大量化误差：

eemaxmaxmaxmax=q/2=q/2=q/2=q/2量化误差的方差：

量化误差的方差：

量化误差的标准差：

1.3编码单极性二进制编码单极性二进制编码双极性二进制编码双极性二进制编码直接二进制直接二进制互补二进制互补二进制偏置二进制偏置二进制反码反码互补二进制互补二进制符号数值符号数值1.3编码单极性单极性直接直接二进制编码二进制编码88位单极性二进制编码表位单极性二进制编码表1.3编码双极性二进制编码双极性二进制编码1.3编码偏移二进制码1.3编码反码1.3编码2的补码1.3编码浮点运算常用符浮点运算常用符号数值编码号数值编码符号数值编码1.3编码四位表示一个数字（四位表示一个数字（0909）一个一个1212位的二进制代码可以表示一个三位的十位的二进制代码可以表示一个三位的十进制数。

进制数。

例：

523523BCD码0101010100100010001100111.4孔径时间（量化）正弦波信号估计最大正弦频率TTaa1.5数据采集系统微型计算机数据采集系统集散型数据采集系统1.5数据采集系统典型数据采集系统

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