[工学]第五章 数字信号处理1AD_DA_采样定律、能量泄漏090421.ppt

西安工业大学机电学院 3、数字信号处理技术 工程测试技术基础 本章学习要求： 1).了解信号模数转换和数模转换原理　　 2).掌握信号采样定理，能正确选择采样频率 3).了解数字信号处理中信号截断、能量泄露等现象　 1）测试信号数字化处理的基本步骤 物理信号 对象 传感器 电信号 放大调制 电信号 A/D 转换 数字信号 计算机 显示 D/A转换 电信号 控制 物理信号 3.1 数字信号处理概述 　 信号分析和 信号处理 模拟信号 处理 数字信号 处理 模拟滤波器 乘法器 微分 放大器等 预处理 A/D 滤波、限幅、隔直、解调等 从传感器获取的测试信号中大多数为模拟信号，进行数字信号处理之前，一般先要对信号作预处理和数字化处理。而数字式传感器则可直接通过接口与计算机连接，将数字信号送给计算机（或数字信号处理器）进行处理。 限幅-对输人信号的幅值进行处理，使信号幅值与A／D转换器的动态范围相适应； 滤波-衰减信号中不感兴趣的高频成分，减小频混的影响； 隔直-隔离被分析信号中的直流分量，消除直流分量的干扰等。 预处理是指在数字处理之前，对信号用模拟方法进行的处理。把信号变成适于数字处理的形式，以减小数字处理的困难，如： 把连续时间信号转换为与其相对应的数字信号的过程称之为A／D（模拟-数字）转换过程，反之则称为D／A（数字-模拟）转换过程，它们是数字信号处理的必要程序。 3.2 模数(A/D)和数模(D/A) 　 第五章、数字信号处理技术 采样――又称为抽样，是利用等时距的采样脉冲序列p(t)，从连续时间信号x(t)中抽取一系列离散样值，使之成为采样信号x(nTs)的过程。 n= 0，1…。Ts称为采样间隔，或采样周期， 1／Ts = fs 称为采样频率。  1）A/D转换 量化――又称幅值量化，把采样信号x（nTs）经过舍入或截尾的方法变为只有有限个有效数字的数。 编码――将经过量化的值变为二进制数字的过程。 信号x(t)经过上述变换以后，即变成了时间上离散、幅值上量化的数字信号。 4位A/D: XXXX X(1) ? 0101 X(2) ? 0011 X(3) ? 0000 2) A/D转换器的技术指标 　 (1) 分辨率; 用输出二进制数码的位数表示。位数越多，量化误差越小，分辨力越高。常用有8位、10位、12位、16位等。 某 A／D转换器输入模拟电压的变化范围为-10V～+10V，转换器为8位，若第一位用来表示正、负符号，其余 7位表示信号幅值，则最末一位数字可代表80mV模拟电压（10V×1／27≈80mV），即转换器可以分辨的最小模拟电压为80mV。而同样情况，用一个10位转换器能分辨的最小模拟电压为20mV（10V×1／29≈20mV）。 (2) 转换速度; (3) 模拟信号的输入范围; 如，5V， +/-5V，10V，+/-10V等。 转换速度是指完成一次转换所用的时间，即从发出转换控制信号开始，直到输出端得到稳定的数字输出为止所用的时间。转换时间越长，转换速度就越低。转换速度与转换原理有关。如:1ms(1KHz)； 10us(100kHz) 3.3 采样定理 　 采样是将采样脉冲序列p(t)与连续时间信号x(t)相乘，取离散点x(nt)的值的过程。 X(0), X(1), X(2), ……, X(n) 1)采样信号的频谱 采样：等间隔的脉冲序列p(t)与连续时间信号x(t)相乘。 理想脉冲采样过程如下： f f f f f f f f f f f f xs(t)=x(t)p(t) Xs(f)=X(f)*P(f) (6.3-5) 　 a.采样脉冲序列： b.采样信号 ： 根据频域卷积定理，有 xs(t)=x(t)p(t) Xs(f)=X(f)*P(f) Ts为时域采样周期 一个连续信号经过理想采样以后，它的频谱将沿着频率轴每隔一个采样频率fs ,重复出现一次，即其频谱产生了周期延拓。 即采样信号Xs(t)的频谱是间隔为fs的周期延拓， 此式表明： 信号经过时域采样后变成为离散信号，新信号的频率函数相应变为周期函数，周期为fs(即1/Ts) 2)采样定理 采样定理说明了一个问题，即当对时域模拟信号采样时，应以多大的采样周期（或称采样时间间隔）采样，方不致丢失原始信号的信息？或者说，可由采样信号无失真地恢复出原始信号？ 采样间隔太小（频率过高）－－对定长的时间记录来说，数字序列很长，计算工作量迅速增大，则可处理的时间历程缩短，会产生较大的误差； 采样间隔过大（频率过低）－－丢掉有用信息。 从时域信号波形来看这种情况。图a是频率正确的情况，以及其复原信号；图b是采样频率过低的情况，复原的是一个虚假的低频信号。 当采样信号的频率