数字信号处理技术.ppt

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1、测试技术基础测试技术基础第5章数字信号处理技术本章学习要求：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、能量泄漏、栅栏效应等现象4.掌握常用的数字信号处理方法(FFT、DFT及数字滤波技术)测试技术基础§14.1数字信号处理概述1、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、频谱分析和数字滤波。0AtX(0)X(1)X(2)X(3)X(4)2、

2、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§14.1数字信号处理概述3、数字信号处理的优势1)用数学计算和计算机显示代替复杂的电路和机械结构§14.1数字信号处理概述2)计算机软硬件技术发展的有力推动a)多种多样的工业用计算机。§14.1数字信号处理概述b)灵活、方便的计算机虚拟仪器开发系统2)计算机软硬件技术发展的有力推动§14.1数字信号处理概述案例：铁路机车FSK信号检测与分析京广线计划提速到200公里/小时合作任务：机车

3、状态信号识别(频率解调)§14.1数字信号处理概述采样――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x(nTs)的过程。Ts称为采样间隔，或采样周期，1/Ts=fs称为采样频率。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。1、A/D转换模拟信号0,1,2,3,2,1,…采样量化数字信号§14.2模数(A/D)和数模(D/A

4、)012345678012345编码―将离散幅值经过量化以后变为二进制数的过程4位A/D:XXXXX(1)0101X(2)0011X(3)0000量化―把采样信号经过舍入或截尾的方法变为只有有限个有效数字的数，称为量化。x(1)=5x(2)=4x(3)=0x(4)=0x(5)=4x(6)=5x(7)=1x(8)=0信号的六等份量化过程§14.2模数(A/D)和数模(D/A)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、

5、16位等。(2)转换速度指完成一次转换所用的时间，如:1ms(1kHz)；10us(100kHz)(3)模拟信号的输入范围如，5V，+/-5V，10V，+/-10V等。§14.2模数(A/D)和数模(D/A)2)A/D转换器的技术指标(4)转换精度A/D转换器中采用分辨率和转换误差来描述转换精度。a)分辨率用来说明A/D转换器对输入信号的分辨能力，有n位输出的A/D转换器能区分2n个不同等级，因此分辨率=VImax/2n，式中，VImax是输入模拟信号的最大值。b)A/D转换器的转换误差通常以输出误差的最大

6、值形式给出，它表示实际输出数字量和理论上应得到的数字量之间的差别，通常规定应小于＋1/2LSB。§14.2模数(A/D)和数模(D/A)2、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，就可以精确的复现原信号。为减小零阶保持电路带来的电噪声，还可以在其后接一个低通滤波器。§14.2模数(A/D)和数模(D/A)D/A转换器的技术指标(1)分辨率D/

7、A转换器的分辨力用可用输入的二进制数码的位数来表示。位数越多，则分辨力也就越高。常用的有8位、10位、12位、16位、24位、32位等。12位D/A转换器的分辨率为1/212=0.024%。§14.2模数(A/D)和数模(D/A)D/A转换器的技术指标(2)转换精度转换精度定义为实际输出与期望输出之比。以全程的百分比或最大输出电压的百分比表示。理论上D/A转换器的最大误差为最低位的1/2，10位D/A转换器的分辨率为1/210，约为0.1%，它的精度为0.05%。如10位D/A转换器的满程输出为10V，则它

8、的最大输出误差为10V×0.0005=5mV。§14.2模数(A/D)和数模(D/A)D/A转换器的技术指标(3)转换速度转换速度是指完成一次D/A转换所用的时间。转换时间越长，转换速度就越低。§14.2模数(A/D)和数模(D/A)A/D、D/A转换过程中的量化误差实验：§14.2模数(A/D)和数模(D/A)一、信号采样采样是将采样脉冲序列p(t)与信号x(t)相乘，取离散点x(nt)值的过程。p(t)x(t