3.1數(shù)字信號(hào)課件-高中通用技術(shù)蘇教版選修1

1、數(shù)字信號(hào)復(fù)習(xí)引入1.常見(jiàn)在傳感器有哪些？2.傳感器的作用？獲得外界的輸入信息，并通過(guò)它將非電量信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。3.電子控制系統(tǒng)的主要組成部分？輸入傳感器控制（處理）電子電路輸出執(zhí)行器等一、模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)1.事物變化的規(guī)律：連續(xù)變化和非連續(xù)變化（離散）連續(xù)變化的量離散的量例如：環(huán)境的溫度、水面的高度隨時(shí)間發(fā)生連續(xù)變化。 某個(gè)單位人數(shù)、家電商城的貨物數(shù)是非連續(xù)變化的。連續(xù)量連續(xù)量有如下特點(diǎn)：它從一種程度到另一種程度是“連續(xù)地”變化的，即從一種程度開(kāi)始，要經(jīng)過(guò)無(wú)限多種程度的連續(xù)更替才能變化到另一種程度。例如，某物體的溫度從13.2變化到14.2，就必須從13.2開(kāi)始，經(jīng)過(guò)13.3、13.4

2、、13.5最后才變到14.2；而從13.2變到13.3時(shí)要經(jīng)過(guò)13.21、13.2213.29等各種不同的程度；再進(jìn)一步，我們還會(huì)看到，從13.21到13.22也不是跳躍地變化的，中間還會(huì)有無(wú)限多種程度的更替。又如長(zhǎng)度、重量、體積、速度、時(shí)間等都是連續(xù)量。連續(xù)量的程度可以用小數(shù)來(lái)表示。不連續(xù)量-不連續(xù)量有如下特點(diǎn)：它從一種程度到另一種程度是“跳躍地”變化的，即從一種程度開(kāi)始，只要經(jīng)過(guò)有限多種程度的逐次更替就能變化到另一種程度。如我們數(shù)一個(gè)班的學(xué)生人數(shù)時(shí)，從1開(kāi)始，逐次經(jīng)過(guò)2、3、4、5、最后變化到45，說(shuō)明這個(gè)班的學(xué)生是45人。又如圖書(shū)館的圖書(shū)冊(cè)數(shù)，學(xué)校里足球的個(gè)數(shù)，都是不連續(xù)量。不連續(xù)量只能

3、用整數(shù)來(lái)表示其程度，不連續(xù)量又叫離散量。討論：判斷連續(xù)與非連續(xù)野外環(huán)境的亮度與地下倉(cāng)庫(kù)中的亮度；人的血壓與人的脈搏；運(yùn)動(dòng)員滑冰的軌跡與走相同距離所用的步數(shù)；時(shí)光的流逝與數(shù)字時(shí)鐘所顯示的時(shí)間的變化。說(shuō)明：連續(xù)變化的量，用連續(xù)的曲線或直線表示。 非連續(xù)變化的量，用柱狀圖或數(shù)字表示。例如：體溫變化、氣溫變化等用連續(xù)曲線?？蛙?chē)月度產(chǎn)量、售票處剩余票數(shù)用柱狀圖或數(shù)字表示。連續(xù)變化非連續(xù)變化電信號(hào)傳感器控制部分執(zhí)行機(jī)構(gòu)多彩世界信息電信號(hào)數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)信息電子控制系統(tǒng)對(duì)信號(hào)的處理過(guò)程是用電子電路完成的。電子電路處理的信號(hào)有兩類(lèi)：1.模擬信號(hào)（analog signal） 2.數(shù)字信號(hào)（digital s

4、ignal） 連續(xù)變化的量采用模擬信號(hào)方法電子控制系統(tǒng)需要處理的信息必須轉(zhuǎn)化成電信號(hào)。如聲音必須經(jīng)話(huà)筒轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)后才能進(jìn)行放大處理，轉(zhuǎn)換時(shí)，話(huà)筒輸出電壓信號(hào)的波形與聲音波形一致，即模擬聲音強(qiáng)弱的變化，否則就不能反映聲音強(qiáng)弱的原貌。這種模擬聲音波形的信號(hào)稱(chēng)為模擬信號(hào)。 通常模擬信號(hào)泛指那些數(shù)值可連續(xù)變化的信號(hào)。模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)高電平低電平非連續(xù)變化的量可以直接用數(shù)字表示表達(dá)的方法就是二進(jìn)制用高和低兩個(gè)電平（level）代表二進(jìn)制中的“1”和“0”，則其形成的在高、底電平之間來(lái)回跳變的電信號(hào)就是通常所說(shuō)的數(shù)字信號(hào)。 在右圖所示數(shù)字信號(hào)中， “1”代表高電平， “0”代表低電平（每1格代表1位二

5、進(jìn)制數(shù)，共5位），則該信號(hào)代表二進(jìn)制數(shù)_，它相當(dāng)于十進(jìn)制數(shù)_。數(shù)字信號(hào)1001018說(shuō)明：電平：在數(shù)字電路中，電壓（或電流）的大小分為高、低兩級(jí)，通常將這兩個(gè)高、低不同的電壓級(jí)（電流級(jí)）分別稱(chēng)為高電平和低電平。 高低電平也可用于電流、頻率、時(shí)間等電信號(hào)參量。例如：在TTL電路中，高電平：2.45V低電平：00.8V例如：在COMS電路中，高電平：35V低電平：02V思考：下列信號(hào)中，哪些是模擬信號(hào)，哪些是數(shù)字信號(hào)？1.220V交流電的電壓（交流正弦波電壓）2.海洋上船只與船只之間的燈光聯(lián)絡(luò)信號(hào)“1”和“0”的推廣應(yīng)用 1.古代的烽火臺(tái)點(diǎn)火信號(hào)（點(diǎn)與不點(diǎn)） 2.開(kāi)關(guān)的開(kāi)與關(guān) 3.燈的亮與滅 4.

6、數(shù)學(xué)命題的真與假 5.信號(hào)的有和無(wú) 下列信號(hào)中，哪些是模擬信號(hào)，哪些是數(shù)字信號(hào)？1.220V交流電的電壓（交流正弦波電壓）;2.海洋上船只與船只之間的燈光聯(lián)絡(luò)信號(hào)；3.手機(jī)短消息信號(hào)。220V交流電的電壓的波形顯示船只之間的燈光聯(lián)絡(luò)信號(hào)手機(jī)信號(hào)的脈沖編碼波形模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)1 .數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)生活中，還有哪些數(shù)字信號(hào)，或者模擬信號(hào)？/News/ynzx/526.Html馬上行動(dòng)請(qǐng)判斷下列各例中哪些適合用1和0表示。1.舉重比賽中試舉成功與否；2.學(xué)生的考試成績(jī)是否及格；3.個(gè)人的生與死；4.個(gè)人是好人還是壞人。合適合適合適不合適二、數(shù)字信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)1.容易處理 數(shù)字信號(hào)只有高、低兩個(gè)

7、電平，容易識(shí)別，失真和干擾對(duì)數(shù)字信號(hào)影響很小。識(shí)別有失真和受干擾影響的數(shù)字信號(hào)的方法是，設(shè)置一個(gè)電壓門(mén)檻（它應(yīng)介于高電平和低電平之間），高于此門(mén)檻的信號(hào)傳過(guò)去后，輸出為1，低于此門(mén)檻的信號(hào)傳過(guò)去后，輸出為0。2.數(shù)字信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)255（1）.容易處理255255容易識(shí)別失真和干擾對(duì)數(shù)字信號(hào)影響小模擬信號(hào)在處理過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生失真,并受到各種干擾;數(shù)字信號(hào)在處理過(guò)程同樣也產(chǎn)生失真,受到干擾,但它所代表的數(shù)字(高低)并不改變。演員的歌聲經(jīng)話(huà)筒轉(zhuǎn)換成的電信號(hào)是模擬信號(hào)，一種處理方法是直接放大模擬信號(hào)，然后送到揚(yáng)聲器，人們便可欣賞到演員動(dòng)人的歌喉。由于信號(hào)在處理過(guò)程中，不可避免地會(huì)產(chǎn)生失真并受到各種干擾因素

8、的影響，因而聽(tīng)眾所到的歌聲也會(huì)失真，且伴有“沙沙”的噪音。模擬信號(hào)另一種處理方法是先將此信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，處理以后再將數(shù)字信號(hào)還原成模擬信號(hào)使揚(yáng)聲器發(fā)聲。雖然數(shù)字信號(hào)在處理過(guò)程中同樣會(huì)產(chǎn)生失真，受到干擾，其形狀也會(huì)發(fā)生變化，但它所代表的數(shù)字（即“高”和“低”）并未改變?？梢?jiàn)數(shù)字信號(hào)在處理過(guò)程中，受波形失真和干擾的影響很小，所以聽(tīng)眾能聽(tīng)到音色逼真，不帶噪音的歌聲。數(shù)字信號(hào) 隨著數(shù)字技術(shù)，特別是信息技術(shù)的飛速發(fā)展與普及，在現(xiàn)代控制、通信及檢測(cè)等領(lǐng)域，為了提高系統(tǒng)的性能指標(biāo)，對(duì)信號(hào)的處理廣泛采用了數(shù)字計(jì)算機(jī)技術(shù)。由系統(tǒng)的實(shí)際對(duì)象往往都是一些模擬量（如溫度、壓力、位移、圖像等），要使計(jì)算機(jī)或數(shù)字儀表

9、能識(shí)別、處理這些信號(hào)，必須首先將這些模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；而經(jīng)計(jì)算機(jī)分析、處理后輸出的數(shù)字量也往往需要將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)模擬信號(hào)才能為執(zhí)行機(jī)構(gòu)所接受。這樣，就需要一種能在模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)之間起橋梁作用的電路-模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器。將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的電路，稱(chēng)為模數(shù)轉(zhuǎn)換器（簡(jiǎn)稱(chēng)A/D轉(zhuǎn)換器或ADC，Analog to Digital Converter）；將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的電路稱(chēng)為數(shù)模轉(zhuǎn)換器（簡(jiǎn)稱(chēng)D/A轉(zhuǎn)換器或DAC，Digital to Analog Converter）；A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器已成為信息系統(tǒng)中不可缺少的接口電路。轉(zhuǎn)換精度與轉(zhuǎn)換速度是衡量A/D與D/A轉(zhuǎn)換器的重要

10、技術(shù)指標(biāo)。A/D和D/A轉(zhuǎn)換器電信號(hào)傳感器控制部分執(zhí)行機(jī)構(gòu)多彩世界信息電信號(hào)電信號(hào)傳感器多彩世界信息模擬信號(hào)電信號(hào)電信號(hào)控制部分010001011100101數(shù)字信號(hào)（Analog Signal ）電信號(hào)執(zhí)行機(jī)構(gòu)模擬信號(hào)（Analog Signal ）（Digital signal） ADDA模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）：將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的電路。數(shù)模轉(zhuǎn)換器（D/A）：將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的電路。怎么辦？將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為敷字信號(hào)的過(guò)程可分為采樣、保持、量化、編碼四步。采樣：每隔一段時(shí)間對(duì)模擬信號(hào)的幅值抽取樣品，使圖（a）中的模擬信號(hào)變成圖（b）中的脈沖信號(hào)；保持：將圖（b）中的脈沖信號(hào)變成圖

11、（c）中的階梯信號(hào)，以便處理；量化：將圖（c）巾每個(gè)階梯的幅值舍去零頭，保留整數(shù)，得到圖（d）；編碼：將圖（d）中每個(gè)階梯的幅值對(duì)應(yīng)的數(shù)字用二進(jìn)制數(shù)字表示，并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，如圖（e）所示。模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)之間的相互轉(zhuǎn)換 圖（a）圖（b） 圖（c）圖（d） 圖（e） 3.模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）采樣：每隔一段時(shí)間對(duì)模擬信號(hào)的幅值抽取樣品，使模擬信號(hào)變成脈沖信號(hào)。保持：將脈沖信號(hào)變成階梯信號(hào)，以便處理。量化：將階梯信號(hào)中每個(gè)階梯的幅值舍去零頭，保留整數(shù)。編碼：將量化的信號(hào)中每個(gè)階梯的幅值對(duì)應(yīng)的數(shù)字用二進(jìn)制數(shù)字表示，并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。處理精度高現(xiàn)在記錄運(yùn)動(dòng)員成績(jī)已經(jīng)不用秒表，而用電子計(jì)時(shí)器，它可將時(shí)間精確到百分之一秒。機(jī)械秒表和電子秒表便于記