北理工數(shù)據(jù)采集課后作業(yè)

1、第一章作業(yè):.舉日常生活的例子說明數(shù)據(jù)采集的應(yīng)用工業(yè)部門：可以通過對信號的測量（數(shù)據(jù)獲取）、處理控制及管理，實(shí)現(xiàn)對生 產(chǎn)過程的測、控自動(dòng)化與一體。天氣預(yù)報(bào)：氣象信息的采集、分析網(wǎng)絡(luò)輿情：微信、博社交媒體等息的采集分析.舉日常生活的例子說明什么是信號上下課的鈴聲，交通燈信號，汽車的鳴鏑聲，鬧鐘，眼神、表情，肢體動(dòng)作，體 育比賽時(shí)的信令槍等。.用自己的語言說明信號與信息的區(qū)別與聯(lián)系信號是信息系統(tǒng)的實(shí)際工作對象，信號是多種多樣的，通常表現(xiàn)為隨時(shí)間變化的 某些物理量。信號是信息的載體。信號是信息的物理表現(xiàn)形式，或者說傳遞函數(shù)。 信號是含有能量的物質(zhì)，具可觀測性。信息既不是物質(zhì)，也不是能量。信息是號 的

2、內(nèi)容。.什么是系統(tǒng)？系統(tǒng)是由若干相互依賴、作用的事物組合而成具有特定功能的整體。一個(gè)系統(tǒng)， 對于給定的輸入（激勵(lì)），將會(huì)有既的輸出（響應(yīng)）。系統(tǒng)是一個(gè)相對的概念， 可以分為多小的組成。.什么是數(shù)據(jù)采集，其主要目標(biāo)是什么？就是將要獲取的信息通過傳感器轉(zhuǎn)換為信號，并經(jīng)信號調(diào)理、采樣、量化、編碼 和傳輸?shù)炔襟E，最后送到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行處理、分析、存儲和顯示。兩個(gè)目標(biāo)： 精度、速度。.請畫出典型的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)框圖信號調(diào)理部件傳感器信號調(diào)理部件I i擬傳感器前置放大器濾波電路路模濾波電J路胃 !口開用關(guān)傳感器信號調(diào)理部件I i擬傳感器前置放大器濾波電路路模濾波電J路胃 !口開用關(guān)數(shù)據(jù)采集部件SHA -*

3、 ADC時(shí)序控制二數(shù)字I/O接口與原線數(shù)據(jù)處理部件I數(shù)據(jù)存儲部件存儲器.數(shù)據(jù)處理的主要任務(wù)具體有哪些?對采集信號作標(biāo)度變換消除數(shù)據(jù)中的干擾信號-分析計(jì)算數(shù)據(jù)的內(nèi)在特征.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)有哪些?系統(tǒng)分辨率-系統(tǒng)精度：是指當(dāng)系統(tǒng)工作在額定采集速率下，整個(gè)數(shù)據(jù)所能 達(dá)到的轉(zhuǎn)換精度。-采集速率：系統(tǒng)每個(gè)通道、每秒可采集的有效數(shù)據(jù)量。動(dòng) 態(tài)范圍：是指某個(gè)確定的物理量變化范圍。非線性失真：是由電路系統(tǒng)的非線 性而引起的波形失真。第二章1下圖所示信號中，acd是連續(xù)信號，b是離散信號，d是周期信號，abc是非周 期信號，a是能量信號，bcd是功率信號，abc是物理可實(shí)現(xiàn)信號。(d)信號的自變量連續(xù)

4、，稱為連續(xù)信號。信號的自變量離散，稱為離散信號。若自變量和幅值都連續(xù)變化，稱為模擬信號；變量連續(xù)，幅值離散稱為量化信 號。若自變量和幅值均離散，則稱為數(shù)字信號。自變量離散，幅值連續(xù)則可稱為被采樣信號。確定性信號：只要信號可以用明確數(shù)學(xué)關(guān)系式來描述，則稱為確定性信號非確定性信號：也稱為隨機(jī)信號，是一種不能準(zhǔn)確預(yù)測其未來瞬時(shí)值，也無法 用數(shù)學(xué)關(guān)系式來描述的信號，其幅值、相位變化是不可預(yù)知的，所描述的物理 現(xiàn)象是一種隨機(jī)過程能量信號：一般持續(xù)時(shí)間有限的瞬態(tài)信號是能量信號功率信號：一般持續(xù)時(shí)間無限的信號都屬于功率信號，周期及隨機(jī)信號一定是 功率信號。物理可實(shí)現(xiàn)信號又稱為單邊信號，滿足條件”匕。時(shí).x(

5、t) = O,即在時(shí)刻小于 零的一側(cè)全為零物理不可實(shí)現(xiàn)信號*在事件發(fā)生前(K口)就預(yù)知信號且 3V11-3V2.計(jì)算t8(t - 3)=3t8(t 3)/t尸 eT6Q-3)dt=eA-3單位沖激信號(3函數(shù))特性對稱性：對任意非零的1 6。)= 0 = 5(-0時(shí)域壓擴(kuò)性：S3)=百匹 (a*0)抽樣特性:汽w f(o川w.，譏士 一 %)二汽環(huán)(s - %)積分特性：黑人亡”山0),心/照一的由/(t0)|3.下列各式中正確的是(A) 26Q) 6(2922(B) 6(2。6(。22 (C) 6(29 6(。 (D)6(2。26 4.試用階躍函數(shù)的組合表示下圖所示信號。f t) u(t)

6、2u( t-1 ) + u( t -2 )f t) u (t) + u (t - T) + u(t -2 T)5. cos %的復(fù)指數(shù)形式？復(fù)指數(shù)函數(shù)對任意復(fù)數(shù)Z = x + w，其復(fù)指數(shù)函數(shù)為： ez =/+W = e J/歐拉公式ey = cosy + j siny所以ez = ez(cosy + j sin y)6.判斷下列方程所表示的系統(tǒng)是不是線性、時(shí)不變、因果、穩(wěn)定的y a ) Ia)1y(t) = x(t)cos(2nt)線性系統(tǒng)：系統(tǒng)的輸入量與輸出量成正比關(guān)系./f Ia)，電f + S i-iS + 叩式:非線性系統(tǒng):系統(tǒng)的輸入量與輸出量之間不具有線性關(guān)系。時(shí)不變系統(tǒng)：系統(tǒng)的信

7、號在時(shí)間上有平移，但波形未變 馬fM，)，吃一叫.若七=修(修0),則%0)=y%),時(shí)變系統(tǒng)：系統(tǒng)的輸入量與輸出量之間不具有線性關(guān)系口小(。一丁1(。，王式。一叫若電Fi(fo)1力(猊h4)因果系統(tǒng)：當(dāng)且僅當(dāng)輸入信號激勵(lì)系統(tǒng)時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)輸出的 系統(tǒng)。即因果系統(tǒng)的輸出僅與當(dāng)前與過去的輸入有關(guān)I而與 將來的輸入無關(guān)的系統(tǒng)。因果系統(tǒng)是“物理可實(shí)現(xiàn)的1如：y)尤(。九，y() = Zb-8以人)非因果系統(tǒng)指當(dāng)前時(shí)刻的輸出不僅取決于當(dāng)前的輸入：還 取決于將來的輸入的系統(tǒng)口物理不可實(shí)現(xiàn)！如:y(f) =x(f+l), y(n) =+1) -x(n)穩(wěn)定系統(tǒng)：對任何有界的輸入，輸出必有界的系統(tǒng)C不穩(wěn)定系

8、統(tǒng)：輸入有界，輸出不一定有界的系統(tǒng)。一個(gè)能實(shí)際應(yīng)用的系統(tǒng)必須是穩(wěn)定的！7.求|cosx|的均值22“和均方值122均值均值研式表示集合平均值|或數(shù)學(xué)期望值4 = 4 = Ex(t) = lim)T MW均方值信號1的均方值石(3，均方值信號1的均方值石(3，也稱為平均功率1嗎=E-=期-TT8 J也是信號平均能量的一種表達(dá)方差x2(t)dt反-討dt o反映了信號繞均值的波動(dòng)程度8求下圖所示周期信號的三角形式的傅里葉級數(shù)表示式。9求周期沖激序列信號5 (t) = E b (t - nT)n=-8的指數(shù)形式的傅里葉級數(shù)表示式10求下圖示信號的傅里葉變換。11設(shè)有信號f1 ( t) cos4 兀t

9、i1,t |T試求f1 ( t) f2 ( t )的頻譜函數(shù)，并大致畫出其幅度頻譜。12 一濾波器的頻率特性如下圖所示，當(dāng)輸入為所示的f( t)信號時(shí)，求相應(yīng)的輸 出 y (t )。13試求信號f( t) 1 + 2cos t + 3cos31的傅里葉變換。.已知某信號的自相關(guān)函數(shù)Rx(T)100cos100(兀T)，試求信號的均方值和功率譜 均方值為T=0時(shí)，Rx(0) 100。.已知信號x(t)由兩個(gè)頻率和相位角均不相等的余弦函數(shù)疊加而成，其數(shù)學(xué)表 達(dá)式為41cos(3/ + 31) +42 cos(a2t +。2)，求該信號的自相關(guān)函數(shù)Rx ( t)第三章作業(yè).什么是系統(tǒng)誤差？其與測量準(zhǔn)

10、確度的關(guān)系是什么？在重復(fù)性條件下，對同一被測量進(jìn)行無限多次測量所得結(jié)果的平均值與被測量的 真值之差。準(zhǔn)確度是反映測量結(jié)果的平均值與真符合程度，表征測量結(jié)果系統(tǒng)誤差大小的 量。準(zhǔn)確度越高，測量的系統(tǒng)誤差越小。.什么叫測量結(jié)果的不確定度？其能用于表示測量結(jié)果與真值之間的差異嗎？不確定度是指由于測量誤差的存在，對被測量值的不能肯定的程度。不能。.測量結(jié)果質(zhì)量的評價(jià)內(nèi)容有哪些？具體含義是什么？、測量結(jié)果質(zhì)量的評價(jià)內(nèi)容包括：精密度、準(zhǔn)確度和精確度 ，精密度是描述重復(fù)測量結(jié)果之間的離散程度，表征測量結(jié) 果的偶然誤差大小的量,若精密度高則測量的重復(fù)性好，離散程度小測量的偶然誤差 小，但系統(tǒng)誤差的大小未明確口

11、準(zhǔn)確度是反映測量結(jié)果的平均值與真值的符合程度表征 測量結(jié)果的系統(tǒng)誤差大小的量口若準(zhǔn)確度高則平均值較接近真值，測量的系統(tǒng)誤差較小但偶 然誤差的大小未明確口,精確度是對系統(tǒng)誤差和偶然誤差大小的綜合評定，可用來 全面描述測量結(jié)果的質(zhì)量口精確度高就是精密度和準(zhǔn)確度都高偶然誤差和系統(tǒng)誤差都小二.測量誤差的來源分哪幾類？人為誤差。環(huán)境誤差。量化誤差。設(shè)備誤差。.隨機(jī)誤差有哪些特點(diǎn)？隨機(jī)誤差的特點(diǎn)如下：隨機(jī)誤差的絕對值實(shí)際上不會(huì)超過一定界限，即隨機(jī)誤差是有界的；隨機(jī)誤差的正負(fù)誤差出現(xiàn)的機(jī)會(huì)是相同的；隨機(jī)誤差的算術(shù)平均值隨著測量次數(shù)的無限增加而趨近于零；大多數(shù)測量結(jié)果的隨機(jī)誤差的分布形式接近于正態(tài)分布，也有部

12、分測量 結(jié)果屬于均勻分布或其他形式的分布口.測量不確定度的方法有哪兩種？統(tǒng)計(jì)方法（A類不確定度）非統(tǒng)計(jì)方法（B類不確定度）.指出下列情況屬于偶然誤差還是系統(tǒng)誤差？（1）視差；（2）游標(biāo)尺零點(diǎn)不準(zhǔn)；（3）天平零點(diǎn)漂移；（4）水銀溫度計(jì)毛細(xì) 管不均勻。偶然誤差1，3系統(tǒng)誤差2, 4. 一個(gè)物體經(jīng)過五次重復(fù)稱重，其質(zhì)量（以克計(jì)）分別為738.29、738.21、738.27、38.28、738.25，求此物體的平均質(zhì)量、平均誤差和標(biāo)準(zhǔn)誤差.測量某電路的電流I 22.5mA，電壓U 12.6V，測量的標(biāo)準(zhǔn)差分別為% = 0.564%= 0.1，求所耗功率P UI及其標(biāo)準(zhǔn)差4.將下列數(shù)據(jù)舍入到小數(shù)點(diǎn)后3

13、位：3.14159 3.142 ； 2.71729 2.717 ； 4.510150 4.510 ； 3.21650 3.216 ； 5.6235 5.624 ； 7.691499 7.691。第九+1位的數(shù)字小于第幾位的單位數(shù)字的0.5就舍去,第h+1位的數(shù)字大于第幾位的單位數(shù)字的05第位的數(shù)字就進(jìn)第位的數(shù)字等于第幾位的單位數(shù)字的05就采取如下措施：第門位的數(shù)字為偶數(shù)，就舍去后面的數(shù)字；第日位的數(shù)字為奇數(shù)，第月位的數(shù)字就加葭11.根據(jù)某次實(shí)驗(yàn)獲取的數(shù)據(jù)，用回歸分析法求出y與1的近似關(guān)系。1234567X385.73380.59373.76364.90358.49351.31345.60Y22

14、6.24236.92244.99257.00268.24277.50287.5412.對某電阻進(jìn)行了 12次等精度測量，測得的數(shù)值（程）為20.46、20.52、20.50、20.52、20.48、20.47、20.50、20.49、20.47、20.49、20.51、20.51,若要求置信概 率95%,其真值的置信區(qū)間是多少？ 13.對某電壓三組不等精密度測量的算術(shù)平均值分別為20.5V、20.1V、20.3V,標(biāo)準(zhǔn)差分別為：0.05、0.02、0.10。求電壓的估計(jì)值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。14：用一個(gè)測量系統(tǒng)測量電壓，由使用的經(jīng)驗(yàn)可知測量系統(tǒng)的不確定度三1%,某次測量共計(jì)獲取了 16個(gè)數(shù)據(jù)，按時(shí)間順

15、序列在下表所示。試分析測量誤差并 且給出被測電壓的數(shù)值。12345678205.3204.94205.63205.24206.65204.97205.36205.16910111213141516205.71204.70204.86205.35205.21205.19205.21205.32第四章.理想的測量系統(tǒng)應(yīng)該具有什么關(guān)系？理想的測量系統(tǒng)應(yīng)該具有單值的、確定的輸入一輸出關(guān)系。對于每一輸入量都應(yīng) 該只有單一的輸出量與之對應(yīng)。.衡量測量系統(tǒng)靜態(tài)特征的主要指標(biāo)有哪些？靈敏度非線性度回程誤差重復(fù)性.測量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性是指什么？測量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性是指測量系統(tǒng)對隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性.實(shí)現(xiàn)不失

16、真測量的理想條件是什么？對一個(gè)理想的測量系統(tǒng)，必須能夠精確地復(fù)制被測信號的波形，且在時(shí)間上沒有 任何的延時(shí)從頻率上分析，要求測量系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù)H(w)滿足放大倍數(shù)為 常數(shù)，相位為零。.電子信息系統(tǒng)中噪聲產(chǎn)生的三種主要機(jī)制是什么？噪聲產(chǎn)生的三種主要機(jī)制：*熱噪聲是由導(dǎo)體中電荷載流子的隨機(jī)熱激振動(dòng)引起的I功率譜密度曲線 平坦：均勻包含著各種頻率成分I因此稱為白噪聲口過剩噪聲由于碳質(zhì)電阻的不均勻，使得電流總是參差不齊地流過電阻（有 些區(qū)域密集），由此產(chǎn)生過剩噪聲。過剩噪聲功率同頻率成反比散彈噪聲在真空電子器件、半導(dǎo)體器件中I由于電流流動(dòng)的不連續(xù)和不平 滑導(dǎo)致的噪聲6.電子測量系統(tǒng)中的干擾形成的三

17、要素是什么？干擾形成的三要素干擾源傳播路徑（傳導(dǎo)、輻射）敏感器件（容易被干擾的對象）抗干擾的基本原則抑制干擾源減小干擾源電壓和電流的變化率切斷干擾傳播路徑傳導(dǎo)干擾：根據(jù)信號和噪聲的頻帶不同增加濾波器，或者隔離耦輻射干擾：增加干擾源與敏感器件的距離用地線隔離或在敏感 器件上加屏蔽罩*提高敏感器件的抗干擾性能從布線的角度提高抗干擾性能第五章.如周期為Ts的理想沖激脈沖信號，對一最高頻率為3m的信號進(jìn)行采樣，試 推導(dǎo)：如要恢復(fù)原始信號，需要采用的低通濾波器的頻譜響應(yīng).試推導(dǎo)理想采樣定理中信號重建的公式.設(shè)信號f（t）為包含03m分量的頻帶有限信號，試確定f（3t）的奈奎斯特 采樣頻率。. “只舍不入

18、”法和“有舍有入”法引起的量化誤差各自都有哪些特點(diǎn)？(e - e)2p(e)de即使模擬信號，團(tuán)為無噪聲信號,經(jīng)過量化器量化后，量化信號為(叫)將包含均值為方差為徐勺噪聲口噪聲的標(biāo)準(zhǔn)差產(chǎn)0.29 q有(e - e)2p(e)de即使模擬信號，團(tuán)為無噪聲信號,經(jīng)過量化器量化后，量化信號為(叫)將包含均值為方差為徐勺噪聲口噪聲的標(biāo)準(zhǔn)差產(chǎn)0.29 q有舍有入”法弓|起的量化誤差平均誤差等于零故稱為無偏的。最大量化誤差為出皿但量化誤差的方差為量化誤差在-卜白之間：均勻分布 占Ei平均誤差或誤差的數(shù)學(xué)期望為：+ 00(e e)2pe)de =百二匚0p(e)de 二 籍，只舍不入“法弓|起的量化誤差=仁

19、: ep(e)de = fede=平均誤差不等于零，故稱為有偏的口量化誤差的方差為量化誤差只能是正誤差。取0 g之間的任意值，均勻分布平均誤差或誤差的數(shù)學(xué)期望為：即使模擬信號4t）為無噪聲信號.經(jīng)過量化器量化后，量化信 號勺將包含均值為0、方差為的噪聲.噪聲的標(biāo)準(zhǔn)差829 q5量化誤差信噪比與量化器位數(shù)的關(guān)系,量化誤差（噪聲）與量化器位數(shù)的關(guān)系量化誤差可按照一系統(tǒng)在寸/2之間的斜率不同的線性段處理設(shè)模擬信號式土）的信號功率為FSR（fullsca怕range）則相應(yīng)的量化 信噪比為：（S FSR2 FSR2 fFSR2因?yàn)閝=詈所以得）=I? X 2如若以分貝數(shù)表示，則有（勃mb _ 1012

20、 X 2” - 10.79 + 6,02n位數(shù)門每增加一位信噪比增加6dB !6設(shè)有一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器，輸入二進(jìn)制數(shù)碼為：110101,基準(zhǔn)電壓UREF = FSR =10V,求 UOUT例：設(shè)有一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器，輸入二進(jìn)制數(shù)碼為：110101,基準(zhǔn)電壓U咫F = FSR=10V1 求 Uqut=?/Ill 111 D=1x-f1x-f0 x-+1x一 + 0 x一十 1 x- = 0,828125248163264/則 Uout-/REF-D=10 x0.828125=8.28125（V）7一個(gè)8位系統(tǒng)的滿量程電壓是一10V+10V,如果測量電壓為5V,請分別給出 符號-數(shù)值碼和偏移二進(jìn)制碼的表示。偏移二進(jìn)制碼以上偏移情況可以用表達(dá)式概括如下:第六章作