3数字信号处理(精品·公开课件).ppt

机电工程测试技术 机电工程学院 工程测试技术教研组 王琨琦 数字信号处理 经过时域采样、时域截断和频域采样后， 信号变为时域离散的周期信号、 同时也是频域离散的周期信号。 这样一对傅立叶变换对称为 离散傅立叶变换 （DFT） * 数字信号处理 数字信号处理的目的: 数字信号处理就可以解决上述问题 3 数字信号处理 建立在模拟器件基础上的模拟信号处理，虽然可以消除或减弱噪声污染的影响，提取有用信号。但是用模拟仪器进行这些分析却很困难：带通滤波器的带宽应尽可能窄；分辨率低；分析时间长；只能用X-Y记录仪或荧光屏显示；不易实现再处理。。。 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、栅栏效应等现象　 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 数字信号处理步骤 　 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。 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； 衰减信号中不感兴趣的高频成分，减小频混的影响； 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： 3.1 数字信号处理的基本步骤 a. 预处理：解调、滤波、电平转换 数字信号处理 b. A/D转换：采样、保持、量化 c. 计算机处理：截断、加权、数字滤波、信号处理 y(t) x(t) 预处理 A/D转换 A/D转换 数字信号处理器 或 计算机 预处理 结果显示 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。 模数(A/D)和数模(D/A) 　 数字信号处理 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 由于后续的量化过程需要一定的时间τ，对于随时间变化的模拟输入信号，要求瞬时采样值在时间τ内保持不变，这样才能保证转换的正确性和转换精度，这个过程就是采样保持。正是有了采样保持，实际上采样后的信号是阶梯形的连续函数。 数字信号处理 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。 数字信号处理 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 数字信号处理 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）。 数字信号处理 (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) 数字信号处理 3）D/A转换过程和原理 　 D/A转换器是把数字信号转换为电压或电流信号的装置。 D/A转换器一般先通过T型电阻网络将数字信号转换为模拟电脉冲信号，然后通过零阶保持电路将其转换为阶梯状的连续电信号。只要采样间隔足够密，就可以精确地复现原信号。为减小零阶保持电路带来的电噪声，还可以在其后接一