测试技术和实验方法复习7.pptVIP

计算机软硬件技术的发展 1)多种多样的工业用计算机 ;2)尺寸小巧、功能强大的嵌入式计算机 ;3)灵活、方便的计算机虚拟仪器开发软件 ; 数字信号处理的优势 可以用数学计算和计算机显示代替复杂的电路和机械结构 ;本章学习要求; 数字信号处理的主要研究内容 　 数字信号处理主要研究用数字序列或符号序列表示信号，并用数字计算方法对这些序列进行处理，以便把信号变换成符合某种需要的形式。数字信号处理的主要内容包括频谱分析、数字滤波与信号的识别等。 ;测试信号数字化处理的基本步骤 ;§7－1 A/D、D/A转换 概念：把连续时间信号转换为其相应对应的数字信号的过程称为模－数（A/D)转换过程，反之则称为数－模（D/A)转换过程。 一、A/D转换 1、A/D转换过程 A/D转换过程包括采样、量化、编码，原理如图7; A/D转换过程;（1）采样——或称为抽样，就是利用采样脉冲序列p(t)，从连续时间信号x(t)中抽取一系列离散样值，使之称为采样信号x(n△t)的过程。其中，n＝0，1，2，……， △t称为采样间隔，1/ △t＝fs 称为采样频率。 （2）量化——又称幅值量化，把采样信号x(n△t)经过舍入或截尾的方法变为只有有限个有效数字的数，这一过程称为量化。 （3）编码——将离散幅值经过量化以后变为二进制数字 ;信号的6等分量化过程 ; 式中ai 取“0”或“1”。R称为量化增量或量化步长。 ★ 信号x(t)经过上述变换以后，即成为时间上离散、幅值上量化的数字信号。;2、 AD转换器的技术指标 1) 分辨力 　　A/D转换器的分辨力用其输出二进制数码的位数来表示。位数越多，则量化增量越小，量化误差越小，分辨力也就越高。 ;直接比较型：即将输入的模拟信号直接同作为标准的参考电压相比较而得出数字量。包括：逐次比较逼近，随动跟踪或伺服式、斜坡式。 间接比较型：是将输入模拟电压和参考电压都变成中间物理量，再进行比较，最后进行编码输出，这当中有电压－频率式，电压－时间式等。 下面介绍一种常用的A/D转换器——逐次逼近比较式A/D转换器，图7-3为转换的原理图。;p127 图7-4;二、采样信号的频率 时域采样 采样过程是通过采样脉冲序列p(t)与连续时间信号x(t)相乘来完成的。根据采样脉冲序列的形状可分为： 理想采样脉冲、矩形采样脉冲 理想脉冲采样原理如图7-4所示。 ;其采样脉冲序列;又，采样脉冲序列是一个周期函数，所以序列p(t)的傅立叶变换应为：;图7-4 理想脉冲采样原理图; 当采样脉冲为矩形脉冲序列时，此时傅立叶系数：;三、频混现象与采样定理 1、频混现象 当时域上的采样点不够密，即时间间隔Ts 不足够短时，则会造成频域的周期化间隔不足够大，从而导致周期谱图相互重叠，即谱图之间高频与低频部分发生重叠，此即频谱混叠现象。 图7-5为频谱混叠现象的原理图。;图7-5 采样信号的频谱混叠现象;2、采样定理 这一定理可以解释为：对于一个带宽为fm的带限信号，可以用等间隔采样的离散信号唯一的表示，而采样间隔必须不大于1/(2fm)，或者说最低采样频率为 2fm 。 也可以这样去理解：一个频带有限的信号，其频率大小，反映在时域内，就是它的波形变化速度，它的最高变化速度将受最高频率分量ωm 的限制，因此为了保留信号中这一频率分量的全部信息，在它的一个周期内，至少要采样三次，即必须满足ωs ≥2ωm。;§7-1 A/D、D/A转换;★ 为了符合采样定理，使信号在A/D转换时不发生频谱混叠，可采取两种措施： （1）提高采样频率fs （2）降低信号中的最高频率fm 四、D/A转换器 D/A转换是将数字信号恢复为连续波形的过程，一般由保持电路实现。例如：零阶保持与一阶多角保持电路等。;零阶保持：零阶保持是在两个采样值之间，令输出保持上一个采样值的值，如下图所示：;D/A转换器的主要技术指标 1) 分辨力 　D/A转换器的分辨力可用输入的二进制数码的位数来表示。位数越多，则分辨力也就越高。 2) 转换精度 　转换精度定义为实际输出与期望输出之比。以全程的百分比或最大输出电压的百分比表示。 3) 转换速度 　转换速度是指完成一次D/A转换所用的时间。转换时间越长，转换速度就越低。 ;§7-2 信号的截断、能量泄露及窗函数 一、信号的截断及能量泄漏效应 傅立叶变换是研究整个时间域和频率域的关系。然而，当运用计算机实现工程测试信号处理时，不可能对无限长的信号进行运算，而是取其有限的时间历程进行分析，这就需要截断。截断的方法就是将无限长的信号乘以窗函数（Window function）。这里的“窗”的含义是指透过窗口能够观测到整个外景的一部分