第二章2采样量化模拟开关.pdf

微机控制技术 第2章 输入/输出接口与过程通道 (二) 微机控制技术 2.3信号的采样和量化 • 在计算机控制系统中，模拟信号需要经过A/D转 换器变成计算机所需的数字信号。 • 转换过程大体上要解决采样和量化两个问题。 • 首先通过采样器，按预定的时间间隔采样连续信 号的瞬时值，形成等间隔的离散模拟信号，然后 再通过A/D转换器把离散信号进行量化处理，得 到一系列与离散值相对应的数字信号。这两个过 程是由不同的部件来完成的。 微机控制技术 2.3.1信号的采样 • 把时间连续的信号转换为一连串时间不连 续的脉冲信号，这个过程称为“采样”， 又称为“抽样”、“取样”。对连续信号 的采样过程，可用图2-4来描述。 微机控制技术 时间离散， 幅值连续 时间，幅值离散 时间，幅值连续 （a ）模拟信号数字化处理过程 图2-4 连续信号的采样过程 微机控制技术 图2-4 （b ）采样过程的模拟 • 图2-4 （b）是用乘法器来描述的采样过程。 • f （t ）为连续函数，s （t ）为开关函数，f s （t ） 为采样函数，即f （t ）离散后之值。 f s (t) f (t) s(t) 微机控制技术 • 在实际应用中，由于τ远小于T，即τ/T→0，故常 用单位脉冲函数δ （t ）来代替开关脉冲，用单位 脉冲序列δ （t ）代替开关函数s （t ）。可以证明， T 当t=nT时，单位脉冲序列可以表示为：   (t) (t nT ) T  式中，n=0，±1，±2，…，±∞；T为采样周期。 这样，就可以以离散函数f *(t)来代替f (t): s  f (t) f (t)  (t) f (t)  (t nT ) T    f (t) f (nT ) (t nT )  微机控制技术 2.3.2 采样定理及频率的选择 • 在讨论采样信号时，所关心的问题是离散后的函 数f * （t ）能否反映原模拟信号f （t ）的全部信息， 采样周期如何选择才能使f * （t ）不失真地反映f （t ）的变化。 • 采样频率越高，离散后的f * （t ）越能接近输入信 号f （t ）。但是，在实时控制系统中采样频率太 高，会把许多宝贵的时间用于采样，导致过多的 数据存储和运算，加重计算机的负担，实时性差。 微机控制技术 • 香农 （Shannon）采样定理： – 若信号的最高频率为f max ，只要采样频率f ≥ 2 f max ，采样信号就能完全恢复原信号。