工程测试技术基础(第六章数字信号处理技术)

《工程测试技术基础(第六章数字信号处理技术)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工程测试技术基础(第六章数字信号处理技术)（77页珍藏版）》请在文档大全上搜索。

1、重庆交通大学航海学院重庆交通大学航海学院第六章、数字信号处理技术第六章、数字信号处理技术工程测试技术基础工程测试技术基础本章学习要求：本章学习要求：1.1.了解信号模数转换和数模转换原理了解信号模数转换和数模转换原理 2.2.掌握信号采样定理，能正确选择采样频率掌握信号采样定理，能正确选择采样频率 3.3.了解数字信号处理中信号截断、能量泄露了解数字信号处理中信号截断、能量泄露、栅栏效应等现象、栅栏效应等现象 4.4.掌握常用的数字信号处理方法掌握常用的数字信号处理方法重庆交通大学航海学院重庆交通大学航海学院6.1 6.1 数字信号处理概述数字信号处理概述 第六章、数字信号处理技术第六章、数字

2、信号处理技术1 1、数字信号处理的主要研究内容、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来表示测数字信号处理主要研究用数字序列来表示测试信号，并用数学公式和运算来对这些数字序列试信号，并用数学公式和运算来对这些数字序列进行处理。内容包括数字波形分析、幅值分析、进行处理。内容包括数字波形分析、幅值分析、频谱分析和数字滤波。频谱分析和数字滤波。0AtX(0)X(1)X(2)X(3)X(4)(1iXNE重庆交通大学航海学院重庆交通大学航海学院第六章、数字信号处理技术第六章、数字信号处理技术2 2、测试信号数字化处理的基本步骤、测试信号数字化处理的基本步骤 物理信号物理信号对象对象传

3、传感感器器电信号电信号放放大大调调制制电信号电信号A/D转换转换数字信号数字信号计计算算机机显显示示D/A转换转换电信号电信号控制控制物理信号物理信号重庆交通大学航海学院重庆交通大学航海学院6.1 数字信号处理概述数字信号处理概述 3 3、数字信号处理的优势、数字信号处理的优势 1)1)用数学计算和计算机显示代替复杂的电路用数学计算和计算机显示代替复杂的电路 和机械结构和机械结构NnnxNtxE022)(1)(重庆交通大学航海学院重庆交通大学航海学院6.1 数字信号处理概述数字信号处理概述 2)2)计算机软硬件技术发展的有力推动计算机软硬件技术发展的有力推动a)a)多种多样的工业用计算机。多种

4、多样的工业用计算机。 重庆交通大学航海学院重庆交通大学航海学院6.1 数字信号处理概述数字信号处理概述 b)b)灵活、方便的计算机虚拟仪器开发系统灵活、方便的计算机虚拟仪器开发系统重庆交通大学航海学院重庆交通大学航海学院6.1 数字信号处理概述数字信号处理概述 案例：铁路机车案例：铁路机车FSKFSK信号检测与分析信号检测与分析京广线计划提速到京广线计划提速到200200公里公里/ /小时小时合作任务：机车状态信号识别合作任务：机车状态信号识别( (频率解调频率解调) )虚拟仪器设计方案虚拟仪器设计方案重庆交通大学航海学院重庆交通大学航海学院6.2 6.2 模数模数(A/D)(A/D)和数模和

5、数模(D/A) (D/A) 第六章、数字信号处理技术第六章、数字信号处理技术采样采样利用采样脉冲序列，从信号中抽取一系列利用采样脉冲序列，从信号中抽取一系列 离散值，使之成为采样信号离散值，使之成为采样信号x(nTsx(nTs) )的过程的过程 编码编码将经过量化的值变为二进制数字的过程。将经过量化的值变为二进制数字的过程。 量化量化把采样信号经过舍入变为只有有限个有把采样信号经过舍入变为只有有限个有 效数字的数，这一过程称为量化效数字的数，这一过程称为量化1 1、A/DA/D转换转换 重庆交通大学航海学院重庆交通大学航海学院第六章、数字信号处理技术第六章、数字信号处理技术4 4位位A/D:

6、XXXXA/D: XXXXX(1) 0101X(2) 0011X(3) 0000重庆交通大学航海学院重庆交通大学航海学院实验：实验： 6.2 模数模数(A/D)和数模和数模(D/A) 重庆交通大学航海学院重庆交通大学航海学院2) A/D2) A/D转换器的技术指标转换器的技术指标 6.2 模数模数(A/D)和数模和数模(D/A) (3) (3) 模拟信号的输入范围模拟信号的输入范围; ; 如，如，5V5V， +/-5V+/-5V，10V10V，+/-10V+/-10V等。等。 (1) (1) 分辨率分辨率; ; 用输出二进制数码的位数表示。位数越多，用输出二进制数码的位数表示。位数越多，量化误

7、差越小，分辨力越高。常用有量化误差越小，分辨力越高。常用有8 8位、位、1010位、位、1212位、位、1616位等。位等。 (2) (2) 转换速度转换速度; ; 指完成一次转换所用的时间，如指完成一次转换所用的时间，如:1ms(1KHz):1ms(1KHz)； 10us(100kHz) 10us(100kHz) 重庆交通大学航海学院重庆交通大学航海学院2 2、D/AD/A转换过程和原理转换过程和原理 6.2 模数模数(A/D)和数模和数模(D/A) D/A D/A转换器是把数字信号转换为电压或电流转换器是把数字信号转换为电压或电流信号的装置。信号的装置。 D/AD/A转换器的技术指标转换器

8、的技术指标 分辨率分辨率; ; 转换速度转换速度; ; 模拟信号的输出范围模拟信号的输出范围; ;重庆交通大学航海学院重庆交通大学航海学院A/DA/D、D/AD/A转换过程中的量化误差实验：转换过程中的量化误差实验： 6.2 模数模数(A/D)和数模和数模(D/A) 重庆交通大学航海学院重庆交通大学航海学院6.3 6.3 采样定理采样定理 第六章、数字信号处理技术第六章、数字信号处理技术 采样是将采样脉冲序列采样是将采样脉冲序列p(t)p(t)与信号与信号x(t)x(t)相相乘，取离散点乘，取离散点x(ntx(nt) )的值的过程。的值的过程。重庆交通大学航海学院重庆交通大学航海学院第六章、数

9、字信号处理技术第六章、数字信号处理技术X(0), X(1), X(2), , X(n) 重庆交通大学航海学院重庆交通大学航海学院第六章、数字信号处理技术第六章、数字信号处理技术每周期应该有多少采样点每周期应该有多少采样点 ？最少最少2 2点点: :重庆交通大学航海学院重庆交通大学航海学院第六章、数字信号处理技术第六章、数字信号处理技术重庆交通大学航海学院重庆交通大学航海学院第六章、数字信号处理技术第六章、数字信号处理技术实验：实验： 重庆交通大学航海学院重庆交通大学航海学院频域解释频域解释 6.3 采样定理采样定理 0t0f0t0ft00f重庆交通大学航海学院重庆交通大学航海学院采样定理采样定

10、理 6.3 采样定理采样定理 为保证采样后信号能真实地保留原始模拟信为保证采样后信号能真实地保留原始模拟信号信息，信号采样频率必须至少为原信号中最高号信息，信号采样频率必须至少为原信号中最高频率成分的频率成分的2 2倍。这是采样的基本法则，称为采倍。这是采样的基本法则，称为采样定理。样定理。Fs 2 Fmax 重庆交通大学航海学院重庆交通大学航海学院6.3 采样定理采样定理 需注意，满足采样定理，只保证不发生频率需注意，满足采样定理，只保证不发生频率混叠，而不能保证此时的采样信号能真实地反映混叠，而不能保证此时的采样信号能真实地反映原信号原信号x(t)x(t)。工程实际中采样频率通常大于信号。

11、工程实际中采样频率通常大于信号中最高频率成分的中最高频率成分的3 3到到5 5倍。倍。重庆交通大学航海学院重庆交通大学航海学院6.3 采样定理采样定理 频混现象实验：频混现象实验： 重庆交通大学航海学院重庆交通大学航海学院6.3 采样定理采样定理 频混计算：频混计算： FsFsFsFs频混频混正常正常Fs/2工程处理：工程处理：混迭频率混迭频率=Fs-=Fs-信号频率信号频率重庆交通大学航海学院重庆交通大学航海学院6.3 采样定理采样定理 A/DA/D采样前的抗混迭滤波：采样前的抗混迭滤波： 物理信号物理信号对象对象传传感感器器电信号电信号放放大大调调制制电信号电信号A/D转换转换数字信号数字