山东理工大学：《数据采集与处理》课程教学课件（PPT讲稿）第2章 模拟信号的数字化处理

SPUT 第2章模拟信号的数字化处理 21概述 o22采样过程 23采样定理 24频率混淆及其消除的措施 26模拟信号的采样控制方式 2.7量化与量化误差 o28编码 教据采集与处理

1 SDUT 数据采集与处理 2.1 概述 2.2 采样过程 2.3 采样定理 2.4 频率混淆及其消除的措施 第2章 模拟信号的数字化处理 2.7 量化与量化误差 2.6 模拟信号的采样控制方式 2.8 编码

SPUT 第2章模拟信号的数字化处理 21概述 在数据采集系统中存在两种信号 信号(④模拟信号被采集物理量的电信号。 种类 ②数字信号一计算机运算、处理的信息。 在开发数据采集系统时,首先遇到的问题: 如何把传感器测量到的模拟信号转换 成数字信号? 教据采集与处理 2

2 SDUT 数据采集与处理 2.1 概述 第 2 章 模拟信号的数字化处理 在数据采集系统中存在两种信号： ①模拟信号— ②数字信号— 信号 种类 在开发数据采集系统时，首先遇到的问题： 如何把传感器测量到的模拟信号转换 成数字信号？ 被采集物理量的电信号。 计算机运算、处理的信息

SPUT 2.1概述 连续模拟信号转换成数字信号,经历了以下过程: ①时间断续 过程 量化 ②数值断续 编码 信号转换过程如图2.1所示。 教据采集与处理 3

3 SDUT 数据采集与处理 2.1 概 述 连续模拟信号转换成数字信号，经历了以下过程： ①时间断续 ②数值断续 过程 量化 编码 信号转换过程如图2.1所示

SPUT 2.1概述 (t) x() ants) 采样/保持 x(nT S 量化 Ts 2Ts 3TS xo(nts) x(n 39 编码 T2Ts3Ts… x(n) 计算机 图21信号转换过程 教据采集与处理 4

4 SDUT 数据采集与处理 x(t) xS (nTS ) xq (nTS ) x(n) 2.1 概 述 采样/保持 量化 编码 计算机 t x(t) t xS (nTS ) t xq (nTS ) x(n) n 001 011 100 010 010 011 图2.1 信号转换过程 q 2q 3q 4q TS 2TS 3TS … T S 2TS 3TS …

SPUT 第2章模拟信号的教字化处理 22采样过程 采样过程一一个连续的模拟信号x(0,通 过一个周期性开闭(周期为T 开关闭合时间为)的采样开 关K之后,在开关输出端输出 串在时间上离散的脉冲信号 x(nto 采样过程如图22所示。 教据采集与处理 5

5 SDUT 数据采集与处理 2.2 采样过程 第 2 章 模拟信号的数字化处理 采样过程— 一个连续的模拟信号x(t)，通 过一个周期性开闭（周期为TS， 开关闭合时间为τ）的采样开 关K 之后，在开关输出端输出 一串在时间上离散的脉冲信号 xs (nTs )。 采样过程如图2.2所示

SPUT 22采样过程 x() xs(nts) x()「1xs(mTs) K Ts2Ts3T。 图22采样过程 图22中 xT)一采样信号;0,T,2Ts一呆样时刻 7—采样时间;T-采样周期。 教据采集与处理 6

6 SDUT 数据采集与处理 2.2 采样过程 图2.2中： xs (nTs ) — 0, TS , 2 TS — τ — TS — 图2.2 采样过程 t x(t) x(t) K δTs(t) xS (nTS ) t xS (nTS ) τ TS TS 2TS 3TS … 采样信号; 采样时刻 采样时间； 采样周期

SPUT 22采样过程 应该指出,在实际应用中,x<<Ts。 釆样周期T决定了采样信号的质量和数量: Ts,xs(n)↑,内存量↑; s↑,x(mT)↓,丢失的某些信息。 不能无失真地恢复成原来的信号,出 现误差。 因此,采样周期必须依据某个定理来选择。 教据采集与处理 7

7 SDUT 数据采集与处理 应该指出，在实际应用中， τ << TS 。 采样周期 TS 决定了采样信号的质量和数量： TS ↓， xs (nTs ) ↑，内存量↑； TS ↑， xs (nTs ) ↓，丢失的某些信息。 因此，采样周期必须依据某个定理来选择。 2.2 采样过程 不能无失真地恢复成原来的信号，出 现误差

SPUT 第2章模拟信号的教字化处理 23采样定理 1.采样定理 设有连续信号x(),其频谱X(,以采 样周期T采得的信号为xm。如果频谱 和采样周期满足下列条件: ①频谱X为有限频谱,即当时∥f,X)=0 ②Ts≤ 2 f a 教据采集与处理 8

8 SDUT 数据采集与处理 2.3 采样定理 1. 采样定理 设有连续信号x(t)，其频谱X(f)，以采 样周期TS采得的信号为xs (nTs )。如果频谱 和采样周期满足下列条件： ① 频谱X(f)为有限频谱，即当时| f |≥ fc， X(f) =0 ② TS ≤ C 2 f 1 第 2 章 模拟信号的数字化处理

SPUT 23采样定理 则连续信号 SIn (t -nt) x()=∑x,(n7) t-nt 唯一确定。 式中n=0,±1,士2,… f一信号的截止频率 教据采集与处理 9

9 SDUT 数据采集与处理 2.3 采样定理 则连续信号 (2 2) ( ) sin ( ) ( ) ( ) − − − =  + n=− s s s s s s t nT T t nT T x t x nT   唯一确定。 式中 n =０，±１， ±２，……， fc — 信号的截止频率

SPUT 23采样定狸 采样定理指出:对一个频率在0~f内的连 续信号进行采样,当采样 频率为f≥2f时,由采样 信号xmT)能无失真地恢 复为原来信号x(1)。 2.采样定理中两个条件的物理意义 (1)条件1的物理意义 模拟信号x(的频率范围是有限的,只 包含低于f的频率部分。 教据采集与处理

10 SDUT 数据采集与处理 采样定理指出：对一个频率在0～ fc 内的连 续信号进行采样，当采样 频率为 fs ≥2 fc 时，由采样 信号 xs (nTs )能无失真地恢 复为原来信号x(t) 。 2. 采样定理中两个条件的物理意义 ⑴ 条件1的物理意义 模拟信号x(t)的频率范围是有限的，只 包含低于fc的频率部分。 2.3 采样定理