汽车测试技术教学配套课件作者樊继东第7章 数字信号处理.ppt

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1、第七章数字信号处理基础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、能量泄露、栅栏效应等现象4.掌握常用的数字信号处理方法数字信号处理基础第七章数字信号处理基础7.1信号数字化的基本原理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。其主要内容包括数字波形分析、幅值分析、频谱分析和数字滤波。2、测试信号数字化处理的基本步骤第七章数字信号处理基础7.1.1采样和采样定理2）提高信噪比——信号进入A/D前，进行必要的滤

2、波，去除信号中的高频噪声以提高信噪比。3）隔离——隔离信号中不必要的直流分量。4）解调——对已调信号在输入A/D之前必需进行解调。1）电压幅值调理——该过程是为了适宜于信号采样。既：要根据A/D转换器的参考电压，调整输入信号电压保证全额转换，又不能超出而溢出。第七章数字信号处理基础模数(A/D)和数模(D/A)1、A/D转换编码――将离散幅值经过量化以后变为二进制数字的过程。量化――把采样信号x（nTs）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．采样――利用采样脉冲序列s(t)，从连续时间信号x(t)中抽取一系列离散样值，使之成为采

3、样信号x(nTs)的过程．第七章数字信号处理基础4位A/D:XXXXX(1)0101X(2)0011X(3)0000第七章数字信号处理基础若取信号x（t）可能出现的最大值A，令其分为D个间隔，则每个间隔长度为R=A／D，R称为量化增量或量化步长。当采样信号x（nTs）落在某一小间隔内，经过舍入或截尾方法而变为有限值时，则产生量化误差。量化增量D愈大，则量化误差愈大，量化增量大小，一般取决于计算机A/D的位数。例如，8位二进制为28=256，即量化电平R为所测信号最大电压幅值的1／256。A/D、D/A转换过程中的量化误差第七章数字信号处理

4、基础AD转换器的技术指标A／D转换器的分辨力用其输出二进制数码的位数来表示。位数越多，则量化增量越小，量化误差越小，分辨力也就越高。常用的有8位、10位、12位、16位、24位、32位等。某A／D转换器输入模拟电压的变化范围为-10V～+10V，转换器为8位，若第一位用来表示正、负符号，其余7位表示信号幅值，则最末一位数字可代表80mV模拟电压（10V×1／27≈80mV），即转换器可以分辨的最小模拟电压为80mV。而同样情况，用一个10位转换器能分辨的最小模拟电压为20mV（10V×1／29≈20mV）。(1)分辨率;例如第七章数字信号处理基

5、础具有某种分辨力的转换器在量化过程中由于采用了四舍五入的方法，因此最大量化误差应为分辨力数值的一半。例如,8位转换器最大量化误差应为40mV（80mV×O.5=40mV），全量程的相对误差则为0.4[(40mV／10V)×100％]。可见，A／D转换器数字转换的精度由最大量化误差决定。实际上，许多转换器末位数字并不可靠，实际精度还要低一些。由于含有A／D转换器的模数转换模块通常包括有模拟处理和数字转换两部分，因此整个转换器的精度还应考虑模拟处理部分（如积分器、比较器等）的误差。一般转换器的模拟处理误差与数字转换误差应尽量处在同一数量级，总误差则

6、是这些误差的累加和。例如，一个10位A／D转换器用其中9位计数时的最大相对量化误差为29×0.5≈0.l％，若模拟部分精度也能达到0.l％，则转换器总精度可接近0.2％。(2)转换精度;第七章数字信号处理基础转换速度是指完成一次转换所用的时间，即从发出转换控制信号开始，直到输出端得到稳定的数字输出为止所用的时间。转换时间越长，转换速度就越低。转换速度与转换原理有关，还与转换器的位数有关，一般位数少的（转换精度差）转换器转换速度高。一般在几微秒至几百毫秒之间。(3)转换速度;(4)模拟信号的输入范围;如，5V，±5V，10V，±10V等。第七章数

7、字信号处理基础2、D/A转换过程和原理D/A转换过程D/A转换器是把数字信号转换为模拟电压或电流信号的装置。D/A转换器的技术指标(1)分辨率;(2)转换精度;(3)转换速度;第七章数字信号处理基础(1)分辨率;用输出二进制数码的位数表示。位数越多，分辨力越高，量化误差越小。常用有8位、10位、12位、16位等。(2)转换精度;理论上D/A转换器的最大误差为最低位的1/2。(3)转换速度;指完成一次转换所用的时间，如:100ms(10Hz)；10us(100kHz)10位D/A转换器的分辨力为1/1024，约为0.1%，它的精度为0.05%。如

8、果10位D/A转换器的满程输出为10V，则它的最大输出误差为10V*0.0005=5mV。第七章数字信号处理基础采样定理1)采样信号的频谱采样过程是将