第3章-采样与数据保持
传感器数据采集
数据采集站一般是由单片机数据采集装 置组成，位于生产设备附近，可独立完 成数据采集和预处理任务，还可将数据 以数字信号的形式传送给上位机。
数据采集站与上位机之间通常采用异步 串行传送数据。数据通信通常采用主从 方式，由上位机确定与哪一个数据采集 站进行数据传送。
1.3 数据采集系统的结构形式
系统特点
信号 类型
①由传感器输出的电压信号 ②由仪表输出的电流信号
0～10mA 4～20mA
1.2 数据采集系统的基本功能
信号 处理
①将采样信号
→ 数字信号
②将转换的数字信号作标度变换
3. 数字信号处理 数字信号—
指在有限离散瞬时上取值间 断的信号。
特点：
时间和幅值都不连续的信号。
1.2 数据采集系统的基本功能
9 第9章 数字信号的采集
①传感器 — 将非电量转换为电信号。
②多路开关 — 分时切换各路模拟量与 采样／保持器的通路。
系统
③程控放大器— 对模拟信号进行放大
组成
。
④采样/保持器— 保持模拟信号电压。
⑤A/D转换器— 将模拟信号转换为数字 信号。
电子信息工程《数字图像处理》总复习题(第1-7章)(1)
二.选择题
1. 下面说法正确的是：（ B ）
A、基于像素的图像增强方法是一种线性灰度变换；
B、基于像素的图像增强方法是基于空间域的图像增强方法的一种；
C、基于频域的图像增强方法由于常用到傅里叶变换和傅里叶反变换，所以总比基于图
像域的方法计算复杂较高；
D、基于频域的图像增强方法比基于空域的图像增强方法的增强效果好。
灰度图像是指每个像素的信息由一个量化后的灰度级来描述的数字图像，灰度图像中 不包含彩色信息。标准灰度图像中每个像素的灰度值是 0-255 之间的一个值，灰度级数为 256 级。
彩色图像是根据三原色成像原理来实现对自然界中的色彩描述的。红、绿、蓝这三种 基色的的灰度分别用 256 级表示，三基色之间不同的灰度组合可以形成不同的颜色。
4. 图像与灰度直方图间的对应关系是：（ B ）
A、 一一对应 B、 多对一
C、 一对多
D、 都不对
一幅图像只有一个灰度直方图与之对应；但是内容不同的图像，他们的直方图有可能一
样。
5. 下列算法中属于局部处理的是：（ D ）
A、 灰度线性变换 B、二值化 C、 傅立叶变换 D、 中值滤波
6. 一幅 256*256 的图像，若灰度级数为 16，则该图像的大小是：（ B ）
分析。 ⑤图像识别与理解：通过对图像中各种不同的物体特征进行定量化描述后，将其所期望获
得的目标物进行提取，并且对所提取的目标物进行一定的定量分析。 2. 简述图像几何变换与图像变换的区别。
①图像的几何变换：改变图像的大小或形状。比如图像的平移、旋转、放大、缩小等，这 些方法在图像配准中使用较多。
②图像变换：通过数学映射的方法，将空域的图像信息转换到频域、时频域等空间上进行 分析。比如傅里叶变换、小波变换等。 3. 简述数字图像处理的至少 4 种应用。
3章 数据采集技术解读
第三章 数据采集技术
测量放大器
模拟多路转换器
采样保持电路
A/D转换器(ADC)及其接口设计 数据采集系统设计及举例
数据采集技术
将温度、压力、流量、位移等模拟量进行采集、量化转换成 数字量后，再收集到微机进一步进行显示、处理、记录和传 输的过程。
智能仪器的数据采集系统
简称DAS（Data Acquisition System），是指将温度、压
力、流量、位移等模拟量进行采集、量化转换成数字量后， 以便由计算机进行存储、处理、显示或打印的系统或装置。
第一节 数据采集系统的组成结构
传感器
模拟信号调理
数据采集电路
微机系统
图3.1 数据采集系统的基本组成
一、数据采集系统的结构框图
输入信号有各自独立的 参考电压，或者信号长 传输引起严重共模干扰。 发挥共模抑制能力，通 道数一半
图3-12 模拟多路转换器的配置
伪差动式
3.3.3
常用的半导体多路转换器芯片
图 图3-13 3-13 AD7501(AD7503) AD7501(AD7503)和 和AD7502 AD7502的功能框图 的功能框图
00:02:48
图3-15 多路切换系统的等效电路 a)低频等效电路 b)高频等效电路
N-1通道被关断的信号在负载上产生的泄漏电压总和：
Ri+Ron<<RL<<(Ri+Roff)/(N-2) 2Ri+Ron<<Roff
1)减小Ri，为此前级应采用电压跟随器。 2)选用Ron极小、Roff极大的开关管。 3)减少输出端并联的开关数N。
对称结构使得具有很高的共模抑制能力 电路参数应对称以保证共模抑制能力 R1=R2,R3=R3, R5=R6
面波数据处理SurfSeis Manual
2
第二章 全自动处理
当选择全自动处理模式时，一条多道地震记录仅能得到一条横波速度剖面。 处理过程中所用的参数（例如：最佳频率、深度范围）根据预先给定的正常数据 属性，由软件自动给定。此模式适合于高信噪比（S/N）的地震记录。
全自动处理的结果产生以下几个文件： z 频散曲线文件（*.DC）。 z 含有反演所需所有参数的文件（*.IND）。 z 反演结果输出文件，含有理论频散数据和层模型信息（*.IVO）。 z 另外一个反演结果输出文件，它含有迭代反演处理的所有历史信息
从某种程度上而言这一阶段的开始便意味着 VS 剖面计算的开始。它对 VS 剖 面计算是至关重要的，因为它很大程度上影响着 VS 剖面的可信度，换言之，频散 曲线提供给反演阶段的可信度越高则 VS 剖面的可信度越高，这是因为反演所用的 频散曲线仅是一个经验数据，反演程序不参考原始地震记录。频散曲线可信度的 高低可通过沿曲线回放信噪比 S/N 来估计。频散分析的信号是面波中的基振型。 影响频散分析给果的因素有以下两种：
输入地震文件一旦被选定，软件会自动对其进行“预处理”，并给予显示。 此过程的结果为用户在所查看的显示区提供了一个面波初至的大致范围，并且由 程序给予标记，如图 2.1.2 所示。该范围是由相速度的较低值和较高值确定的， 频散曲线的相速度往往在这个区间内下降。如果被标记区包含了面波中的大部 分，则其余的过程将会进行的较为顺利，然而如果被标记区不含有面波初至信息， 则该过程需要一步一步按程序进行处理（参见第三章）。
此处有两种分析类型可供选择，即：“正常”和“参考道辅助”.
图3.3.1 常规分析(Normal)
图 2.1.1
图 2.1.2
○1 当输入文件为多道时，第一道记录将会被选定进行预处理。
第三章模拟量输入通道介绍
也可以将2个8路4051并联起来，组成1个单端的16路开关。
例题3-1 试用两个CD4051扩展成一个1×16路的模拟开关。 例题分析：图3-4给出了两个CD4051扩展为1×16路模拟开关的 电路。数据总线D3~D0作为通道选择信号，D3用来控制两个 多路开关的禁止端。当D3=0时，选中上面的多路开关，此时当 经反相器变成低电平，选中下面的多路开关，此时当D2、D1、 D0从000变为111，则依次选通S8~S15通道。如此，组成一个16 路的模拟开关。
在控制系统Байду номын сангаас，对被控量的检测往往采用各种 类型的测量变送器，当它们的输出信号为0 - 10 mA或4 -20 mA的电流信号时，一般是采用电阻分压 法把现场传送来的电流信号转换为电压信号，以下 是两种变换电路。
1. 无源I/V变换
2. 有源I/V变换
1.无源I/V变换
无源I/V变换电路是利用无源器件—电阻 来实现，加上RC滤波和二极管限幅等保护，如 图3-2（a）所示，其中R2为精密电阻。对于0-
当系统各个物理量随时间变化的规律不能用连续函数描述 时，而只在离散的瞬间给出数值，这种系统称为离散系
统。
离散系统的采样形式--有周期采样、多阶采样和随 机采样。应用最多的是周期采样。 周期采样--就是以相同的时间间隔进行采样，即把 一个连续变化的模拟信号y(t)，按一定 的时间间隔T 转变为在瞬时0，T， 2T，…的一连串脉冲序列信号 y*(t)， 如图3-7所示。
R2 + R3 A R4 (b) 有源I/V变换电路 R5 V
(a) 无源I/V变换电路
图 2-2 电流/电压变换电路
图 3-2 电流/电压变换电路
第三章 数控系统插补原理
第三章 数控系统插补原理3.1 概述3.2 基准脉冲插补3.2.1 逐点比较插补法3.2.2 数字积分插补法3.3 数据采样插补3.3.1 直线函数法3.3.2 扩展DDA 法3.4 刀具补偿原理3.5 CNC 装置的加减速控制零件的轮廓形状是由各种线型组成的，这些线形包括：直线、圆弧以及螺旋线、抛物线、自由曲线等。
因此如何控制刀具与工件的相对运动，使加工出来的零件满足几何尺寸精度和粗糙度的要求，是机床数控系统的核心问题。
数控加工中是利用小段直线或圆弧来逼近或拟合零件的轮廓曲线。
3.1 概述插补运算是根据数控语言G 代码提供的轨迹类型（直线、顺圆或逆圆）及所在的象限等选择合适的插补运算公式，通过相应的插补计算程序，在所提供的已知起点和终点的轨迹上进行“数据点的密化”。
过去，插补是由硬件实现的；现在的CNC 系统，插补工作一般是由软件实现的。
3.1.1 插补的基本概念3.1.2 插补原理所谓插补就是指数据点的密化过程：对输入数控系统的有限坐标点（例如起点、终点），计算机根据曲线的特征，运用一定的计算方法，自动地在有限坐标点之间生成一系列的坐标数据，以满足加工精度的要求。
目前应用的插补算法分为：逐点比较插补法、数字积分插补法和数据采样插补法。
前两种方法也称作脉冲增量插补法。
y x图3.3.2 插补轨迹A(8,6)O用折线来加工直线的例子。
图3.3.8 逆圆插补轨迹A(6,0)B(0,6)插补轨迹理想轨迹yxO用折线来加工圆弧的例子。
3.1.3 脉冲增量插补脉冲增量插补，适用于以步进电机为驱动装置的开环数控系统。
其特点是：每次插补计算结束后产生一个行程增量，并以脉冲的方式输出到坐标轴上的步进电机。
单个脉冲使坐标轴产生的移动量叫脉冲当量，一般用δ来表示。
其中逐点比较插补法和数字积分插补法得到了广泛的应用。
下面分别讲述。
逐点比较法的基本原理是计算机在控制过程中逐点地计算和判断加工偏差，并根据偏差决定下一步的进给方向，以折线来逼近直线或圆弧曲线。
第3章 数据采集的输入通道采样定理-顾继俊
2) 量化与编码 输入的模拟信号经取样—保持后， 得到的是阶梯 形模拟信号。必须将阶梯模拟信号的幅度分成n级， 7 6 然后将阶梯电平分别归并到最邻近的基准电平上 5 量化中的基准电平称为量化电平，采样保持后未 量化的电平U0值与量化电平Uq值之差称为量化误 差： = U0- Uq。 量化的方法：只舍不入法和有舍有入法（或称四 舍五入法）。 编码：用二进制数码来表示各个量化电平的过程 称为编码。图中表示了两种不同的量化编码方法。
(LSB) D0 D1 D2 (MSB) D3 Rf
iΣ
A
+
vo
S0 2R 2R I 16 R I 16 I 8 2R
S1 I 8 R I 4 2R
S2 I 4 R I 2 2R
S3 I 2 +V REF I
计算机科学导论：第三章-数据存储
三数据存储3.1 数据类型如今，数据以不同的形式出现，如: 数字、文本、音频、图像和视频.人们需要能够处理许多不同的数据类型:•工程程序使用计算机的主要是目的是处理数字:进行算术运算、求解代数或三角方程、找出微分方程的根等。
•文字处理程序使用计算机的主要目的是处理文本: 调整对齐、移动、删除等。
•计算机同样也处理音频数据。
我们可以使用计算机播放音乐，并且可以把声音作为数据输入到计算机中。
•图像处理程序使用计算机的主要目的是处理图像:创建、收缩、放大、旋转等。
•最后，计算机不仅能用来播放电影，还能创建我们在电影中所看到的特技效果。
计算机行业中使用术语多媒体来定义包含数字、文本、图像、音频和视频的信息。
计算机内部的数据格式•位(bit): 是存储在计算中的最小单位，0或1，代表设备的某一种状态•位模式(位流): 表示数据的不同类型，长度为8的位模式称为一个字节(byte)属于不同数据类型的数据可以以同样的位模式存储于内存中•字: 通常用于代表更长的位模式3.2 存储数字整数是完整的数字(即没有小数部分)。
整数可以被当作小数点位置固定的数字: 小数点固定在最右边。
因此，定点表示法用于存储整数，在这种表示法中，小数点是假定的，但并不存储。
整数通常使用定点表示法存储在内存中。
3.2.1 无符号整数无符号整数是指非负整数。
它的范围在$[0,+\infy)$。
计算机通常会定义一个2n−1表示最大的整数；其中n表示用于存储整数的二进制位数。
无符号整数的存储过程1.输入无符号整数2.将输入的无符号整数转为二进制表示，•如果二进制位数不足n，则在其最左端用0补齐•如果二进制位数超过n，则其不能存储在计算机中，出现溢出现象。
无符号整数存储溢出现象因为大小(即存储单元的位的数量)的限制，可以表达的整数范围是有限的。
在n位储单元中,我们可以存储的无符号整数仅为0到2n−1之间。
如果发生溢出现象则计算机丢掉最左边的位,并保留最右边无符号整数的应用无符号整数表示法可以提高存储的效率，因为不必存储整数的符号。
《计算机控制技术》课后习题答案(于海生)
课 (3)采样保持器：A/D 转换器完成一次 A/D 转换总需要一定的时间。在进行 A/D 转换时间内，希望输入信号不再变化，以免
造成转换误差。这样，就需要在 A/D 转换器之前加入采样保持器。 (4)A/D 转换器：模拟量输入通道的任务是将模拟量转换成数字量，能够完成这一任务的器件，称为之模 /数转换器 (Analog/Digital Converter，简称 A/D 转换器或 ADC)。
电路原理图如图所示三相单三拍控制方式输出字表xyxyxx轴步进电机输出字表yy轴步进电机输出字表9存储地址标号低八位输出字存储地址标号高八位输出字adx101hady101hadx101hady101haaddxx1100000000000000110011hhaaddyy1100000000000000110011hhadx202hady202hadx202hady202hadx200000000000011000022hhaaddyy2200000000000011000022hhadx2adx304hady304hadx304hady304hadx3adx300000000001100000044hhaaddyy3300000000001100000044hh三相双三拍控制方式输出字表xyxyxx轴步进电机输出字表yy轴步进电机输出字表存储地址标号低八位输出字存储地址标号高八位输出字adx103hady103hadx103hady103hadx1adx100000000000011110033hhaaddyy1100000000000011110033hhadx206hady206hadx206hady206haaddxx2200000000001111000066hhaaddyy2200000000001111000066hhadx305hady305hadx305hady305haaddxx3300000000001100110055hhaaddyy3300000000001100110055hh三相六拍控制方式输出字表xyxyxx轴步进电机输出字表yy轴步进电机输出字表存储地址标号低八位输出字存储地址标号高八位输出字adx101hady101hadx101hady101haaddxx1100000000000000110011hhaaddyy1100000000000000110011hhadx203hady203hadx203hady203haaddxx2200000000000011110033hhaaddyy2200000000000011110033hhadx302hady302hadx302hady302haaddxx3300000000000011000022hhaaddyy3300000000000011000022hh网adx406hady406hadx406hady406haaddx
电力系统继电保护第 3章 微机保护基知识
每周期采样N=24点或12点。
微机保护基础知识
17 2019/7/1
（3）ALF分类与电路
• 有源ALF • 无源ALF
• 由RC网络加上运算放大器构成，其特性较稳定， 不受时间、温度变化的影响，可以避免采用大电 容，有好的特性及快的速度。
• 无源滤波器通常是由RLC等元件组成，滤波特性受 温度变化发生漂移，而且保护带来延时，在微机 保护ALF中很少应用。
I2
UR 4R
I3
UR 8R
I4
UR 16R
I = U R R (B 1 2 -1 + B 22 -2+ B 3 2 -3 + B 42 -4 )U R R D可压字见正量，比D 。输于出输模入拟的电数
微机保护基础知识
23 2019/7/1
采样电压 U*(t)
模数转换器回路逻辑
比较器
+ -A uD
已知某物品价格在0-64元间（31元），猜一猜 该物品价格（精确到1元）。
第1次 32
高
第2次 16
低
第3次 24 第4次 28 第5次 30 第6次 31
低 低 低 结束
64是基准值； 最多6次，26＝64； 精度64/26 ＝1元。
微机保护基础知识
21 2019/7/1
ADC的基本原理
逐次逼近ADC原理
采样定理对模拟信号要求（采用模拟低通ALF的原因）
限于CPU运算速度，要限制输入信号的最高频率，只需在
采样前用一个模拟低通滤波器（ALF），滤出fs／2以上的
频率分量。 微机保护基础知识
16 2019/7/1
（3）ALF和采样频率
微机保护现状
第3章3频域采样定理
3.3 频域采样定理
三、xN (n) 与 x(n) 的关系
x N ( n ) I D F T [ X ( k ) ] , n = 0 ,1 , ,N 1
xN (n )~ x(n )R N (n )x(n r) N R N (n ) r
xN (n)与 x(n) 的关系为： 采样信号 X (k的) 反变换 xN (实n)际上是原序 列 x(n) 以周期Ｎ进行周期延拓得到的周期序列 的主值序列。
k0
k0
3.4 离散傅立叶变换的应用
h (n )
0
n
N
x 0(n )
x 1(n )
x 2(n )
n
M
M
M
y 0(n )
n
ห้องสมุดไป่ตู้
N＋ M－ 1
N－ 1
y 1(n )
n
N＋ M－ 1
y 2(n )
n
N＋ M－ 1
0
y (n )＝ y 0(n )＋ y 1(n )＋ y 2(n )＋ …
n
2M
M
3M ＋ N － 1
用DFT计算循环卷积
3.4 离散傅立叶变换的应用
3.4 离散傅立叶变换的应用
一、用DFT计算线性卷积
2、用DFT计算线性卷积
设h(n)和x(n)都是有限长序列，长度分别是N和M
yl(n)x(n)h(n) h(m )x(nm )
m
L 1
y c(n ) x (n ) h (n )hm )( x (n ( m )L ) R L (n )
m 0
关系： yc(n) yl(nqL )RL(n)
q
两者相等的条件： LNM 1
3第三章 交流采样技术
第三章 交流采样及其算法第一节 交流采样原理所谓交流采样技术，就是通过对电力互感器二次回路中的交流电压信号和交流电流信号直接采样，获得一组采样值，通过对其模／数变换，将其变换为数字量，再对这组数字量进行计算，从而获得电压、电流、功率、电能、频率等电气量值。
在发电厂、变电站中，使用交流采样技术，可取消变送器测量环节，也有利于测量精度的提高，交流采样技术已在变电站自动化系统中广泛使用。
一、交流采样对一个信号采样就是测取该信号的瞬时值，它可由一个采样器来完成，如图3－1所示。
（a ）f(t)0 t1(t) 0 tf*(t) 0 f h (t) 0（b ）图3－1 信号的采样与保持 (a)采样器保持；（b ）信号波形采样器按定时或不定时的方式将开关瞬间接通，使输入采样器的连续信号f (t )转变为离散信号f *(t )输出，设采样开关按周期T s 瞬间接通，则采样得到的离散信号为：f *(t )= ⎩⎨⎧≠=nTst nTs t nTs f 当当0)( （3—1）式中 n ──正整数。
在交流采样技术中，只用一个单独的采样器是无法工作的，因为采样所得信号要经过/A D 变换成数字量，而/A D 变换需要一定的时间才能完成，并要求变换过程中被变换量保持不变。
所以采样器必须有一个保持器配合工作，如图3－1所示。
在两次采样的间隔时间内，保持器输出信号()h f t 保持不变。
对于需要同时采样的多个交流信号，应配备各自的采样保持器。
二、采样定理采样将一段时间的连续信号变为离散的信号，改变了信号的外在形式，这通常是为了使之易于处理或借助于更好的工具对其进行处理。
因此，信号经过采样后不应改变原有的本质特性，或者说，根据采样得到的()*f t ，可以复现()f t 的所有本质信息。
从直观上看，采样周期越短，即采样频率越高，()h f t 越接近()f t 。
香农定理阐明了信号不失真采样的基本原理，即：为了对连续信号()f t 进行不失真的采样，采样频率ωs 应不低于()f t 所包含最高频率max ω的两倍。
第3章——取样、量化与编码
主要内容
1
电视信号数字化 全信号和分量信号编码 音频信号数字化
2
3
电视信号数字化——取样
信号的数字化一般需要完成取样、量化和编码 三个步骤。 取样：在时间上将模拟信号离散，也就是在模拟信号
出现的时域内，用间隔为T的,2T,3T,……等时刻所对应的 信号幅值，近似地代替原模拟信号在此时域内的无数个幅 值。
电视信号数字化——量化
电视信号数字化——编码
编码是按照一定的规律，把量化后的值用数字表 示，然后用n个比特(bit)的二进制代码来表示已经 量化了的取样值。
n称为量化位数或者量化比特数。 量化级数M=2n
通过取样、量化、编码三个步骤，将模拟形式的信息信号（声音、 图像信号等）用若干代码表示，再用脉冲信号表示这些代码进行传 输/存储的方式称为脉冲编码调制（PCM）
代表原信号的有限个幅值称为取样值，简称样 值。
电视信号数字化——取样
抽样频率记为fs 信号的最高频率为fm 奈奎斯特抽样定理：从取样信号中完全回复原信号，则需 满足fs≥ 2fm
电视信号数字化——量化
量化是用有限个幅度值近似原来连续变化的幅 度值，把模拟信号的离散化。 量化步长：相邻两个量化等级电平的差值ΔA。 量化步长：量化等级电平值的个数M。
数字信号的数码率=取样频率*量化比特数
全信号和分量信号编码
彩色全电视信号： PCM 亮度信号Y， （脉冲编码调制） 全电视信号编码 三个色差信号R,G,B
彩色图像信号
分量信号： PCM 分量信号编码 亮度信号Y， （脉冲编码调制） 两个色差信号R-Y,B-Y
音频信号数字化
频率在20Hz~20kHz之间的声波是人耳可以听到的 声音，称之为音频(audio)信号
《智能采矿导论》第三章 煤矿开采环境智能感知
煤矿安全评价是辨识和消除煤矿生产系统危险的重要方法，我国煤矿的安全评价绝 大多数是应用安全检查表对现场进行安全评价，并给出评价值，在这一评价过程中， 必然要涉及到评价指标的安全度值问题。由于矿井安全评价指标包含许多不确定性、 随机性和模糊性，还涉及到人员心理因素等信息量，这就致使安全度的确定出现了不 准确性。
结构如图所示。
前处理
后处理
信
传
被测量
感
器
号 调 理 电
微 处 理 器
输 出 接
口
数 字 量 输
出
路
软
数据输入准备： 数据的处理：
数据输出准备：
件
数据的调整、选 分析、保存等
输出格式和界面
部 分
择等
制定等
智能传感器基本结构
第三章 煤矿开采环境智能感知
传感器将被测量转化成相应的电信号，送到信号调理电路中，经过滤波、放大、 模/数转换后送到微处理器中，微处理器对接收到的信号进行计算、存储、数据分析 和处理后，一方面通过反馈回路对传感器与信号调理电路进行调节以实现对测量过 程的调节和控制，另一方面将处理后的结果传送到输出接口，经过接口电路的处理 后按照输出格式和界面定制输出数字化测量结果。智能传感器中，微处理器是智能 化的核心，软件部分的运算及相关调节与控制只有通过它才能实现。
井下无线覆盖主要利用本安交换机、光纤耦合器、本安以太网延长器以及无线基 站实现的，工作主要由无线基站完成。根据井下网络覆盖需求，在井下巷道、采煤 工作面等区域布置大量的无线基站，利用无线基站的覆盖范围能力来保证所有无线 终端所发射的信息都能被基站接收。基站与本安交换机通过以太网延长器或光纤耦 合器相连接，将接收到的终端信息发送给交换机，交换机通过光纤耦合器接入井下 光纤骨干网，从而将终端的信息传输给骨干网络，进而传输到地面指挥中心。井下 生产状态传感网示意图如下图所示。
计算机导论PPT第三章_数据存储
10
Example 3.2
将258存储在16位存储单元中. 解：首先将整数转换为二进制 (100000010)2 左边加7个0使总位数满足16位， 即 (0000000100000010)2 再将该整数存储在存储单元中.
17:2611来自Example 3.3
当译解作为无符号整数保存在内存中的位串 00101011时，从输出设备返回什么? 解：使用第2章的解题过程， 二进制整数转换为十进制无符号整数43. 32+8+2+1=43
浮点表示法 Floating-point representation
用于维持正确度或精度的解决方法是使用浮点表示法 . 浮点表示法允许小数点浮动，小数点的左右可以有不同 数量的数码，增加了可存储的实数范围.
i
Figure 3.9 在浮点表示法中的三个部分
浮点表示法由3部分组成：符号、位移量、定点数
3 数据存储
(Data Storage)
17:26 1
教学目标
通过本章的学习，同学们应该能够:
列出计算机中使用的五种数据类型. 描述不同的数据如何以位模式存储在计算机中. 描述整数如何以无符号格式存储在计算机中.
描述整数如何以符号加绝对值格式存储. 描述整数如何以二进制补码格式存储. 描述实数如何以浮点格式存储在计算机中. 描述文本如何通过各种不同的编码系统存储在计算机中. 描述音频如何通过采样、量化和编码存储在计算机中. 描述图像如何通过光栅和矢量图模式存储在计算机中. 描述视频如何以图像随时间变化的表示来存储在计算机中.
i
17:26
Figure 3.4 整数的定点表示法
整数通常使用定点表示法存储在内存中.
3章-数字控制系统分析与设计(第2版)-朱晓青-清华大学出版社
e*(t)
e(t)
D/A
(1) 理想恢复过程
U *( j)
低通滤波器
L( j)
U ( j)
第3章
第3章
(2) 非理想恢复过程
函数的泰勒级数展开
ut
(t
)
u(kT
)
u(kT
)(t
kT
)
1 u(kT 2!
)(t
kT
)2
零阶保持器：
Gho
(s)
1
eTs s
Gh0 ( j)
Gh0 ( j)
第3章 理想滤波器特性
计算机控制技术
朱晓青
湖南工业大学 电气与无信忧息P无P工忧T整程PP理学T发整院布理发布
第1章 引言与连续控制回顾 第2章 离散时间系统分析 第3章 采样数据系统 第4章 基于传递函数的数字控制器设计 第5章 基于极点配置与状态估计的数字控制器设计
第3章 采样数据系统
第3章
3.1采样与保持
RE
输入信号
输入信号
第3章
分析周期信号的数学工具是傅里叶变换。
{et f (t)} F (s )
连续信号的频谱：
E( j)
奈奎斯特频率
系统最高频率（ωmax）
第3章
e(t) 系统最高频率（ωmax） t
E*(jω)信号的频谱：
E *( j) E *( j)
频率重叠部分
第3章
第3章
E*(jω)信号的性质： E*(s)信号是周期性的，即E*(s) =E*(s+jωs) 如果函数E(s)在s=s1有一个极点，则E*(s)会在
0
T
2T
3T t
e(t)
载波
微型计算机控制专业技术课程答案
微型计算机控制专业技术课程答案《微型计算机控制技术》复习题纲1.1 计算机控制系统的结构。
1.2 计算机控制系统的典型形式有哪些? 各有什么优缺点? （P5）1.3 实时、在线⽅式和离线⽅式的含义是什么?2.1 采⽤74LS244和74LS273，设计与PC总线等⼯业控制机的数字量(开关量) 输⼊输出接⼝，要求:画出接⼝电路原理图，并采⽤8086汇编语⾔编写数字量输⼊输出程序。
2.2 ⽤8位A／D转换器ADC0809与PC总线等⼯业控制机接⼝，设计模拟输⼊通道以及数据采集程序流程图。
2.3 采样信号有何特点? 采样保持器的作⽤是什么?是否所有的模拟量输⼊通道中都需采样保持器? 为什么?2.4 什么是串模⼲扰和共模⼲扰? 如何抑制?2.5 计算机控制系统中地线有哪⼏种?2.6 什么是波反射? 如何消除波反射?3.1 插补计算程序流程：(1) 直线插补程序；(2) 圆弧插补程序。
3.2 给出⼀段直线或圆弧。
要求：(1) 按逐点⽐较法插补进⾏列表计算；(2) 作出⾛步轨迹图，并标明进给⽅向和步数。
3.3 三相步进电机的⼯作⽅式。
3.4 利⽤8255A设计x轴步进电机和y轴步进电机的控制电路，要求：(1) 画出接⼝电路原理图；(2) 分别列出x轴和y轴步进电机在三相单三拍、三相双三拍或三相六拍⼯作⽅式下的输出字表。
4.1 数字控制器的连续化设计步骤。
（P103）4.2 PID控制器的三个参数对系统性能的影响。
4.3 数字控制器的离散化设计步骤是什么?4.4 最少拍⽆纹波控制器的设计。
4.5 模糊推理的计算。
6.1 测量数据预处理技术包括哪些？(185~190)7.1 什么是现场总线?有哪⼏种典型的现场总线?7.2 分布式控制系统的设计原则是什么？DCS系统分为哪⼏层？各层实现哪些功能？⽅程段11 部分1第⼀章（绪论）作业1.1 什么是计算机控制系统？它由哪⼏部分组成？答：计算机控制系统就是利⽤计算机来实现⽣产过程控制的系统。
初识人工智能知到章节答案智慧树2023年海南软件职业技术学院
初识人工智能知到章节测试答案智慧树2023年最新海南软件职业技术学院第一章测试1.人类一直在利用计算工具帮助自己思考。
最原始的计算工具可以追溯到（）。
参考答案:小鹅卵石2.一般认为，地处因格兰威尔特郡索尔兹伯里平原上的史前时代文化神庙遗址——巨石阵是古人用于的设施（）。
参考答案:预测天文事件3.1900年，人们在希腊安提基特拉岛附近的罗马船只残骸上找到的机械残片被认为是（）。
参考答案:天体观测仪的残片4.据说在13世纪左右，想学加法和减法上德国的学校就足够了，但如果还想学乘法和除法，就必须去意大利才行。
这是因为当时（）。
参考答案:所有的数字都是用罗马数字写成的，使计算变得很复杂5.1821年，英国数学家兼发明家查尔斯•巴贝奇开始了第数学机器的研究，他研制的第一台数学机器叫（）。
参考答案:差分机6.1842年，巴贝奇请求艾达帮他将一篇与机器相关的法文文章翻译成英文。
艾达在翻译注释中阐述了关于一套机器编程系统的构想。
由此，艾达被后人誉为第一位（）。
参考答案:计算机程序员7.用来表示机器的robot一词源于（）。
参考答案:1920年卡雷尔•恰佩克的一出舞台剧8.最初，computer一词指的是（）。
参考答案:进行计算的人9.世界上第一台通用电子数字计算机是（）。
参考答案:ENIAC10.计算机科学家常常会谈及建立某个过程或物体的模型，“模型”指的是（）。
参考答案:能够表达事件运作的方式或规律的方程式第二章测试1.作为计算机科学分支的人工智能的英文缩写是（）。
参考答案:AI2.人工智能是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门交叉学科，它涉及（）。
参考答案:自然科学、社会科学和技术科学3.人工智能定义中的“智能”涉及诸如等问题（）。
参考答案:意识4.下列关于人工智能的说法不正确的是（）。
参考答案:自1046年以来，人工智能学科经过多年的发展，已经趋于成熟，得到充分应用5.下列说法中错误的是（）。
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连续信号采样后
f(t)
f*(t)
f*(t)
T
理想化
o
t
o T 2T t
o T 2T
t
τ
理想脉冲序列
实际上T >> τ，为简化研究，设 0
理想脉冲特点：采样瞬时完成，无中间过程。
今后只研究理想采样
1、理想采样开关的数学描述
理想采样开关只让采样时刻的输入信号通过，所以可用 δ函数来描述理想采样开关。采样开关以T为周期闭合并瞬时 断开，由此形成一个单位脉冲序列，用δT(t)表示
X (s) L [x (t) ]s1 1 s 1 2 s2 3 1 s 2
1
1
X (jm)a x(2 m 2)2 a x 9m 2 a0 x .0X 5 (0 ) 0 .0 2 5
max6.13 s2max 1.26
3.4 数据保持原理
一、理想恢复过程 二、非理想恢复过程
一、理想恢复过程
Tk
f*(t)1 f(t)ejkst
Tk
对上式进行拉氏变换，得
F*(s)T 1k Lf(t)ejkst
由拉氏变换位移定理，得
F*(s)T 1k F (sjks)
对上面的级数展开，重新排列得到
F*(s)T 1k F (sjks)
F*(s)T 1k F (sjks)
式中，F (s)为采样开关输入连续函数 f (t) 的拉氏变换。
t
脉冲幅度调制器
o
t
T 3T 5T
f*(t)= f(t)δT(t)
连续信号f(t)的采样，得到理想脉冲序列，可看作在f(t)上调制一组脉
冲序列T (t) 的幅值调制脉冲信号，相当于f(t)与T (t) 相乘。
采样后的信号为：
f * ( t ) f ( t ) T ( t ) f ( 0 ) ( t ) f ( T ) ( t T ) f ( 2 T ) ( t 2 T )
时间离散 f(t)
o A点信号
量化
幅值离散
编码 C f(kT)
f(kT) 1000 0111 0110 0101 0100
0010
t
o
2T 4T 6T
t
C点信号
(1) 采样/保持
A
B
C
保持
T
f(t)
f*(t)
f*(t)
o
t
A点信号
o T 2T 4T
t
B点信号 （理想采样）
o T 2T 4T t C点信号
从频域上：消除采样引起的高次谐波，
保留基本频谱
理想恢复过程的条件：
• 被采样信号的频谱（基本频谱）是有限带宽
• 满足采样定理，即 s 2c
• 具有理想的低通滤波器
F( j)
F*( j)
c 0 c
T H( j)
s c 0 c s
s /2 s /2
理想低通滤波器
理想滤波器的频率特性：
H(j) 0 1
s/2 s/2
连续信号经过采样开关和理想滤波器后
输出为
C (j)F *(j)H (j)1F (j)
T
理想低通滤波器是物理不可实现的。
理想低通滤波器的3个条件都满足不了：
1.自然界中，信号常常是无限频谱的
2.因此不能满足采样定理
3.理想低通滤波器不可实现
二、非理想恢复过程
用采样得到的脉冲序列f*(t)=f(kT),k=0,1,2,3,… 重构f(t)
(2) 量化
将十进制数
二进制数的最小位的整数倍,f(kT)=L*q
设A/D、计算机、D/A的位数为 n
n位
舍去
1 0 0 ... 1 1 ... 0
可表示的二进制最小位为
n3，q
1 23
1 8
1 2n
q
（不考虑符号位） ——量化单位
例：
f
0.73A/D、n3
6/ 8 0.75 5/ 8 0.625
拉氏变换，得：
Gh(s)T(1T)s1TesTs2
一阶保持器的频率特性，
G h(j)T(12T2) s i T n T /2 /(2) 2
G h (j ) T ar T ctg
一阶保持器 零阶保持器
3.7 采样频率的选择
根据闭环频带b选取s 按系统的开环传递函数G(s)选取s 由阶跃响应上升时间tr选取T 生产过程的经验选择
即F(j)在| F(j)|=F(0)时被截断， 为信息损 失所允许的给的百分数，则当| F(j)|=F(0)时对于 的角频率，定义为最高有效频率max。
例3.1 设连续函数信号 x(t)ete2t，取 ＝0.05，
按采样定理选择其采样频率，使采样后的信号
能以x *足(t )够的精度恢复原信号。
解：
采样周期T的下限TDL,由A/D转换时间、计 算机执行控制程序的时间及D/A转换时间等决定， 主要是前两个时间。
选好T之后，必须核对它是否在上下限之间， 如果调整之后仍不符合条件，那只好换高速A/D、 减少计算机控制程序时间（或者使控制要求降低， 或者换高速机种），如果这些都不想做，那么唯 一可能的出路就是冲破上限。注意，下限是不可 逾越的。
数学上连续信号两点间的点可用幂级数展开式表示: fk(t) f(k) T f(k)T t (k) T 2 1 !f(k)T t (k)2 T
其中： fk ( t) f( k T ) k T t ( k 1 ) T
常用于重构信号的形式:
1、零阶保持器ZOH( Zero Order Hold) fk(t)f(kT ) 亦称：“零阶外推插值”
2、D/A变换器
数字量
模拟量
D/A
A
A点信号 f(kT)
111 101 110
100 011
B
解码
保持
f(kT) B点信号
C f(t)
f(t) C点信号
o T 2T 4T
t
o T 2T 4T
t
o T 2T 4T
t
(1) 解码：将二进制数变成幅值调制脉冲信号
(2) 保持：把该信号保持一个采样周期
3、信号的形式
例：设系统开环传递函数如下，试确定闭环系统 的采样周期。
G(s)(0.1s1)s(2K 1s615)00
解：由系统开环传递函数可算得
T1 0.1 10.125 10.166
Tm0.1s T0.0s5
若TDL=0.06s,那么T取0.05s是不够的。
F * (s)为采样开关输出的离散函数 f * (t )的拉氏变 换。
F*(j)T 1k F jks
F(j)为原函数 f (t) 的频谱，是连续频谱；
F*(j)为采样函数 f * (t )的频谱，是离散频谱。
取F(0)=1
对于实际的非周期连续函数的信号，其频谱中 最高频率是无限的，如图3.10(a)所示。这时，采 样频率即使很高，采样后信号的离散频谱的波形也 总是互相搭接的，如图3.10(b)所示。但是，当频 率相当高时，F(j)的模值并不大，因此，可把高 频段模值不大的部分切掉，认定为实际信号的有效 频谱的最高频率。
f*(t) f(kT)(tkT)
k0
理想采样信号的 数学表达式
特点：(1) 每隔T秒出现一次； 脉冲序列 (2) f*(kT)f(kT) k0,1,
注：采样周期T——采样系统的重要参数，且T=常数。
3.3 采样定理
采样定理： 若连续信号中所含频率分量的最高频率为max ， 如采样频率s>2max，则可从采样信号中不失真地恢复原连续 信号
AB
C
DE F
G
H
—T—
量化 A/D
编码 计算机 解码 保持
——
—— D/A ——
I
传感器
被控对象
A、I点 H点
B点 C、G点
2q
q
0
t
0 T 2T 3T 4T 5T t
0 T 2T 3T 4T 5T t 0 T 2T 3T 4T 5T t
连续模拟 连续模拟 离散模拟 离散模拟
D、F点
111 110 101 100 011
量化存在误差
量化——信号在幅值上的离散化
(3) 编码
将经过量化的十进制数
f(kT)
二进制数
f(kT)
111 111
110
101 101
100
100
011
011
010
001
o T 2T 3T 4T 5T
t
量化前信号
o T 2T 3T 4T 5T
t
量化后信号
编码只是信号表示形式的改变，无误差的等效变换
Gh(s)
1eT s
s
零阶保持器的频率特性为
Gh(j)1ejjT
G h(j
) Tsin T/2 ()ej T/2 T/2
Gh(j)Tsin TT/(2/2)
0.127
3.6 一阶保持器
零阶保持器是以一个采样时刻的值实行外 推的，而一阶保持器是以两个采样时刻的值实 行外推的，一阶保持器的外推输出为：
E点(机内)
111 110 101 100 011
0 T 2T 3T 4T 5T t
0 T 2T 3T 4T 5T t
离散数字 连续数字
时间连续 时间连续 时间离散 时间离散 幅值模拟量 幅值模拟 幅值模拟 幅值模拟
时间离散 时间连续 幅值数字量 幅值数字量
阶梯
4、计算机控制系统简化结构图
• 编码和解码只是信号形式的改变，不产生数值误差,可以忽略 • 量化产生误差，大小由q决定，由误差理论进行分析
3.1 概述（控制系统中信号的种类） 连续系统：
A 模拟控制器 B 被控对象 C