第一章数据采集与模拟信号数字化(xkj)
电子电气工程中的数据采集与处理技术
电子电气工程中的数据采集与处理技术数据采集与处理技术在电子与电气工程领域中扮演着至关重要的角色。
随着科技的不断发展，各种智能设备和系统的出现，数据的采集和处理成为了实现自动化和智能化的关键。
本文将介绍电子与电气工程中的数据采集与处理技术的应用和发展。
一、数据采集技术数据采集是指通过各种传感器和仪器，将实际物理量转化为数字信号，以便计算机或其他设备能够进行处理和分析。
在电子与电气工程中，常见的数据采集技术包括模拟信号采集和数字信号采集。
模拟信号采集是将连续变化的物理量转化为模拟电信号，通过模数转换器将其转化为数字信号。
这种采集技术常用于测量温度、压力、湿度等物理量。
而数字信号采集则是直接将数字信号输入计算机或其他设备进行处理，适用于需要高精度和快速响应的应用，如音频信号处理和图像处理。
二、数据处理技术数据采集只是第一步，对采集到的数据进行处理和分析才能发挥其价值。
电子与电气工程中的数据处理技术主要包括数据滤波、数据压缩和数据挖掘。
数据滤波是通过滤波算法对采集到的原始数据进行去噪和平滑处理，以提高数据的质量和准确性。
常用的滤波算法有低通滤波、高通滤波和带通滤波等，可以根据不同的需求选择合适的滤波方式。
数据压缩是将大量的数据通过压缩算法进行压缩，以减少存储空间和传输带宽的占用。
在电力系统中，由于数据量庞大，采用数据压缩技术可以大大提高数据的传输效率和存储效率。
数据挖掘是通过各种算法和技术，从大量的数据中发现隐藏的规律和模式，以便进行预测和决策。
在电力系统中，通过对历史数据的挖掘和分析，可以预测电力负荷、故障诊断和设备维护等，提高系统的可靠性和效率。
三、应用案例数据采集与处理技术在电子与电气工程中有着广泛的应用。
以智能电网为例，通过在电网中安装传感器和智能仪器，可以实时采集电力系统中的数据，如电压、电流、功率等。
通过数据处理技术，可以对电力系统进行监测、故障诊断和负荷预测，提高电网的安全性和稳定性。
另外，数据采集与处理技术在工业自动化领域也有着重要的应用。
1.3数据采集与编码-【新教材】浙教版(2019)高中信息技术必修一课件
数制
编码
4.图像编码
数字图像包括：矢量图和位图图像 存储容量=总像素x颜色位深度 格式有：BMP、JPEG、GIF、PNG
思考练习
数据采集 数字化
数制
编码
5.视频编码
存储空间需求大
思考练习
数据采集 数字化
数制
编码
思考练习
1.在生活除了二进制、十进制与十六进制，我们常 用的还有哪些进制?
2.将1000个苹放入10个箱子。要取走1～1000中任意 个数的苹果，要求不拆开箱子。应如何装箱?结合 二进制思想，说明其原理。
数制
编码
思考练习
注意：模拟信号和数字信号之间是可以相互转换的。
转换是个什么流程？
数据采集 数字化
数制
编码
思考练习
数据采集 数字化
数制
编码
思考练习
数的进制 进制是一种计数的方式
二进制 八进制 十进制 十六进制
数制包含两个基本要素：基、权 理解为基的权次方
例如：十进制564 基数=10 4的 权值=100 5的权值=101
常用的输入码：拼音码、五笔码
数据采集 数字化
数制
编码
2.条形码
由13为数字组成。
思考练习
数据采集 数字化
数制
编码
思考练习
3.二维码 由黑白相间的图形组成。
数据采集 数字化
数制
编码
思考练习
4.声音码
存储容量=采样频率（Hz）x量化位数（bit）x声道数x时长（s）(单位： 位）
数据采集 数字化
第一我章们数毕据业与啦信息
其实是答辩的标题地方
1.3 数据采集与编码
目录
1.3.1数据采集 1.3.2数字化 1.3.3数制 1.3.4编码
实验1模拟数据采集
用于检测光信号并将其转换为电信号，常见类型有光电二 极管、光敏电阻等。选择时需要考虑光谱响应、灵敏度、 噪声等性能参数。
信号调理电路设计
放大电路
用于将传感器输出的微弱信号放 大到合适的幅度，以便后续处理。 设计时需要考虑放大倍数、带宽、
噪声等性能指标。
滤波电路
用于滤除信号中的噪声和干扰，提 高信噪比。设计时需要考虑滤波器 类型、截止频率、阻带衰减等参数。
采集的数据大多是瞬时值，也可是某段时间内的 一个特征值。要准确反映客观事物，必须有一个 量化过程。量化处理是将样本连续变化的模拟量 转换成离散的数字信号的过程。
被采集数据是已被转换为电讯号的各种物理量， 如温度、水位、风速、压力等，可以是模拟量， 也可以是数字量。采集一般是采样方式，即隔一 定时间（称采样周期）对同一点数据重复采集。
的预处理和分析，如数据滤波、去噪和统计分析等。
05
数据分析与处理
数据预处理
数据清洗
去除重复、无效和异常数据，保证数据质量。
数据转换
将数据转换为适合分析的格式，如数值型、分类 型等。
数据标准化
消除数据间的量纲差异，使数据具有可比性。
特征提取方法
01
02
03
时域特征
提取数据的统计特征，如 均值、方差、峰度等。
多源数据融合
随着物联网、大数据等技术的发展，未来实验方法将更加注重多源数据融合，实现不同类 型、不同来源数据的整合和分析，为实验提供更加全面、准确的数据支持。
改进方向建议
提升数据采集精度
加强实时性处理
增强方法适应性
通过改进数据采集设备、优化 数据采集算法等方式，提高数 据采集的精度和稳定性。
通过采用实时计算框架、优化 数据传输协议等方式，减少数 据传输和处理延迟，提高实验 方法的实时性。
数据采集与模拟信号数字化
+∞
m=−∞
∑c e
m
2π
∞
2π jm t T
− jm t 1 T/2 ∞ 1 T cm = ∫ ∑δ (t − nT)e ∴ dt = T −T / 2 T n=−∞∫Βιβλιοθήκη T /2−T / 2
δ (t)e
2π − jm t T
1 dt = T
1 ∴ δT (t) = T ∑e m=−∞
∞
2π jm t T
(1.1.5)
1 X ( jΩ) = [ X ( jΩ) *∆( jΩ)] 2π
将（1.1.4)和(1.1.5)代入上式：
∧
∧
1 2π ∝ X ( jΩ) = [ ∑δ (Ω− mΩs )* X ( jΩ)] 2π T m=−∝
两个变化 采样因子 频谱的周期延拓 基带频谱 调制频谱
1 ∝ ∝ = ∑ ∫ X ( jθ )δ (Ω− mΩs −θ )dθ T m=−∝ −∝
xS ( nTS ) = ∑x( nTS )δ ( t − nTS )
n=0
+∞
(1.1.3)
二、采样定理
采样定理（香农定理) ：
要想采样后不失真地还原原信号，采样频率必须 大于原信号频谱中最高频率的两倍，即:
Ωs ≥ 2Ωm
解释：
1. 过程
采样脉冲序列可以用傅里叶级数展开：
δT (t) = ∑δ (t − nT) =
只舍不入量化误差：
平均误差：
e = ∫ ep(e)de = ∫
−∞
∞
q
0
1 q ede = q 2
最大量化误差： 量化误差的方差：
emax = q
q
σ
q 21 q2 = ∫ (e − e)2 p(e)de = ∫ (e − ) de = e 0 −∞ 2 q 12
1.3数据采集与编码(一)-【新教材】浙教版(2019)高中信息技术必修一教案
教学内容分析：
1.针对具体学习任务，体验数字化学习过程，感受利用数字化工具和资源的优势。
2.通过典型的应用实例，了解数据采集的基本方法。
学情分析：
本课授课对象为刚刚步入高中校园的高一学生，这些学生对于高中学习生活还有着强烈的好奇心和旺盛的求知欲。并且本节课又是第一节信息技术课，因此应当注重对学生学习兴趣的培养。在日常生活中，学生都有接触过数据，但是对于数据的理解还不够深入具体。因此，这节课没有放太多的知识点，而是让学生通过视频、讨论感知身边的数据。
复习巩固上一节课所讲授的进制。
帮助学生回顾上节课所讲的进制的知识点，也为这节课要讲的进制转换做准备。
知识讲解
(10’)
教师通过例题的形式讲授十进制转二进制的方法和二进制转十进制的方法。
十进制转二进制：除R取余法
二进制转十进制：乘权相加法
通过结合具体例题，帮助学生理解进制转换的方法。
主题探讨
(5’)
思考：
主题探讨
(5’)
阅读文本1.3.2 数字化，了解数字化的过程，数字化的概念，了解采样和量化的过程。
思考：微信聊天背后的技术解密，微信发送语音的背后是怎样的过程？
通过结合具体实例，引导学生理解数字化概念，模拟信号与数字信号间的转换方式。
知识讲解(5’)
教师讲解数字化的过程 ：
（1）采样
连续时间（空间）域上的模拟信号转换到离散时间（空间）域上的离散信号。
知识讲解(5’)
教师结合例题讲授二进制与十六进制的转换方法。
二进制转十六进制：四位变一位，不足位补0
十六进制转二进制：一位变四位，不足位补0
让学生自己先阅读，找出难理解的概念，教师引导学生一起梳理知识难点。帮助学生理解数制的概念。
数据采集基础知识
内存(Buffer)
4. 数据传输 I/O 指令 DMA 总线主控
中断信号
CPU
5. 中断信号控制
6. A/D 分辨率与数据格式 数据位数 二进制代码或补码 单极性或双极性
7. 隔离与 非隔离
翰渣舵汽糟目哭吸持散酥瞎胜货栅牛沁苫朔沃炕讹捐奖镇缴碗点哭滑赁斌数据采集基础知识数据采集基础知识
乾骚月股接蝉理殉嘲违穗栏轮梨雇锣戎闪煌塞逮吻骇亭伴片草惦膛嚷招否数据采集基础知识数据采集基础知识
A/D基本定义
足够的采样率下的采样结果
过低采样率下的采样结果
才火肺在烹这薄酌衙吞粤赛溜肾液佰絮襟象乙寅呛躺吴婪淖武皱暇缆妖魏数据采集基础知识数据采集基础知识
A/D基本定义
能够正确显示信号而不发生畸变的最大频率叫做Nyquist频率，它是采样频率的一半 信号中所包含的频率高于Nyquist频率的成分，将在直流和Nyquist频率之间发生畸变，称为混叠（alias） 混频偏差（alias frequency） ＝ABS（采样频率的最近整数倍－输入频率） 解决方案 在A/D前加入低通滤波器，将信号中高于Nyquist频率的信号成分滤去 称为抗混叠滤波器
基本定义
A/D：模拟量-数字量转换 把外部电压信号转成计算机能够识别的数字信号 采样频率 Max Sampling Rate (S/s), Sampling Frequency (Hz) 精度(Resolution)：8bit 12bit 14bit 16bit 输入范围(Input Range)(增益)： 同步采样(Simultaneous analog input) 轮询采样(Multiplex analog input) 突发模式采样(Burst mode) 触发模式(Trigger mode) 隔离(Isolation) FIFO ……
模拟信号数字化的基本原理及编码技术
模拟信号数字化的基本原理及编码技术一、模拟信号数字化的基本原理模拟信号是连续变化的，而数字信号是离散的。
因此，模拟信号数字化的过程就是将连续的模拟信号变为离散的数字信号。
这个过程主要包括采样、量化和编码三个步骤。
1. 采样采样是指将模拟信号在时间上进行离散化的过程。
具体来说，就是以一定的时间间隔对模拟信号进行取样，得到一系列的离散样本。
这些样本虽然在时间上是离散的，但在幅度上仍然是连续的。
采样定理指出，如果采样频率高于信号最高频率的两倍，就能够无失真地恢复出原始信号。
2. 量化量化是指将连续的幅度值转换为离散的数字量的过程。
具体来说，就是将取样得到的连续样本进行幅度上的离散化，将其转换为有限个离散的数字量。
这个过程会产生一定的量化误差，因此量化等级越高，误差就越小。
3. 编码编码是指将量化后的离散数字量转换为二进制代码的过程。
具体来说，就是将量化后得到的离散数字量转换为相应的二进制代码，实现模拟信号的数字化。
编码完成后，就可以进行数字信号的传输、存储和处理了。
二、模拟信号数字化的编码技术1. 脉冲编码调制（PCM）脉冲编码调制（PCM）是一种常见的模拟信号数字化编码技术。
PCM通过对模拟信号进行采样、量化和编码，将其转换为数字信号。
PCM编码具有较高的压缩比，能够实现较高的音频和视频质量。
2. 增量脉冲编码调制（ΔPCM）增量脉冲编码调制（ΔPCM）是一种基于PCM的编码技术，它通过对相邻样本之间的差值进行编码，减少了需要传输的样本数量，从而降低了数据传输量。
ΔPCM编码具有较低的压缩比，适用于一些对音频和视频质量要求较低的应用场景。
3. 增量脉冲编码调制（ΣΔPCM）增量脉冲编码调制（ΣΔPCM）是一种结合了ΔPCM和PCM的编码技术，它通过对模拟信号进行过采样和噪声成形，提高了对微弱信号的检测和识别能力。
ΣΔPCM编码适用于一些对信号质量要求较高的应用场景，如高保真音频等。
4. 差分脉冲编码调制（DPCM）差分脉冲编码调制（DPCM）是一种基于PCM的编码技术，它通过对当前样本与前一个样本之间的差值进行编码，减少了需要传输的样本数量，从而降低了数据传输量。
模拟信号数字化的基本原理及编码技术
模拟信号数字化的基本原理及编码技术【实用版】目录一、引言二、模拟信号数字化的基本原理1.抽样2.量化3.编码三、模拟信号数字化的编码技术1.PCM 波形2.量化与编码示例四、模拟信号数字化的应用五、总结正文一、引言随着科技的发展，数字信号的应用已经越来越广泛。
数字信号的优势在于其抗干扰能力强，传输质量稳定，易于存储和处理。
然而，我们生活中所接触到的信号，如声音、图像等，大多都是模拟信号。
因此，如何将模拟信号转化为数字信号，已经成为了一个重要的研究课题。
模拟信号数字化的基本原理及编码技术就是为了解决这个问题。
二、模拟信号数字化的基本原理模拟信号数字化主要包括三个过程：抽样、量化和编码。
1.抽样：抽样是将连续的模拟信号在时间上离散化的过程。
抽样的目的是为了将模拟信号转化为数字信号，便于计算机处理。
抽样的间隔时间称为采样周期。
2.量化：量化是将抽样后的模拟信号在数值上离散化的过程。
量化的目的是将模拟信号的连续数值转化为有限的数字值，便于计算机存储和处理。
量化的过程通常使用 A/D 转换器来实现。
3.编码：编码是将量化后的数字信号用二进制代码表示的过程。
编码的目的是将量化后的数字信号转化为计算机能够识别和处理的二进制代码。
编码的方式有很多种，如努塞尔编码、韦弗编码等。
三、模拟信号数字化的编码技术模拟信号数字化的编码技术主要包括 PCM 波形和量化与编码示例。
1.PCM 波形：PCM 波形是一种用脉冲编码调制表示数字信号的方式。
PCM 波形可以根据不同的采样频率和量化位数来表示不同的音频、视频信号。
PCM 波形的主要优点是信号还原质量高，但是存储和传输所需的带宽较宽。
2.量化与编码示例：在实际应用中，为了节省存储空间和传输带宽，通常需要对模拟信号进行量化和编码。
例如，对于音频信号，可以使用 16 位或 24 位的量化位数来表示每个采样值，然后使用努塞尔编码或韦弗编码等方式来表示量化后的数字信号。
这样，可以大大节省存储和传输的带宽。
第一章 课时2 数据采集与编码(一) 课件(共56张ppt)浙教版(2019)必修1
A.可以确定该十进制数n为奇数 B.将该二进制数末位的1去掉后,再转换为十进制数,所得的值是n/2 C.该十进制数n+1转换成二进制数,二进制位数可能比y多 D.若该二进制数末位后加上数码0,则新数是原数的2倍
12345678
索引
8.二进制数1■■■■■0的首位是1,末位是0,其余数字模糊不清,下列说法正确的
是( C )
A.在该数后面添加一个0,新数是原数的10倍 B.若将该数转换成十进制数,可以表示成[64,126]范围中任意一个整数 C.该数转换成十进制数,最小值是64D D.该数用十六进制表示,最大值是7FH
解析 本题考查进制的基本知识。A选项错误,二进制数字末尾添加0后新数是 原数的2倍;B选项该数转换为十进制最小为64即模糊处全部为0,最大为126,但 是末位数字为0决定了该数为偶数,B选项错误;C选项正确,解析见B选项;D选项 最大是7EH。
索引
变式训练5 十进制正整数n转换为二进制数,该二进制数末位是“0”。下列说法正
确的是 ( D )
A.无法确定n是奇数还是偶数 B.若该二进制数的位数是4,则n的最大值是15 C.n与n+1分别转换为二进制数,这两个二进制数的位数可能不同 D.该二进制数末位的“0”去掉后,再转换为十进制数,所得的值是n/2
解析 本题考查数制和数制转换。A选项若为三进制,转换后为奇数。B选项 该数中最大数为2,进制大于等于三,若为三进制,转换后的值为1*32+2*31+0=15, 至少大于等于15。D选项去掉0,该数将减小。
12345678
索引
7.若将十进制数 n 转换成二进制数 y,该二进制数 y 的末位是 1,下列说法不．正．确．
索引
模拟信号采集与处理技术
模拟信号采集与处理技术模拟信号采集与处理技术是现代电子领域中的重要技术之一，它在各种领域的应用日益广泛，如通信、医疗、工业控制等。
本文将从模拟信号的概念、采集与处理技术的基本原理和常用方法等方面进行介绍。
首先，我们来了解一下什么是模拟信号。
模拟信号是连续变化的信号，其数值可以在一定范围内连续变化。
模拟信号采集与处理技术就是将模拟信号转换为数字信号，并对数字信号进行处理的过程。
在实际应用中，需要通过传感器等设备将模拟信号采集下来，然后再经过模数转换器（A/D转换器）将其转换为数字信号，最后再通过数字信号处理系统进行处理，如滤波、放大、滤波等操作。
在模拟信号采集过程中，常用的方法有脉冲编码调制（PCM）、正弦波调制（AM）、频率调制（FM）等。
其中，脉冲编码调制是一种将模拟信号按照一定间隔时间进行采样，并通过量化器将采样值转换为数字信号的方法。
正弦波调制则是通过改变信号的幅度或频率进行信号处理，而频率调制则是通过调节信号频率的方法进行处理。
这些方法在不同场合有着各自的优劣势，需要根据实际情况进行选择。
在模拟信号处理过程中，常用的技术包括滤波、放大、调制解调、数字滤波等。
滤波是将信号中的某一范围的频率成分通过的操作，可以去除噪声和干扰，使得信号更加清晰；放大是增加信号幅度的操作，可以使得信号更容易被检测和分析；调制解调则是将模拟信号转换为数字信号或反向转换的操作，常用于通信系统中；数字滤波则是在数字信号处理过程中对信号进行滤波操作，以提高信号质量。
综上所述，模拟信号采集与处理技术在现代电子领域中具有重要的意义，其应用广泛、技术成熟。
在实际应用中，需要根据实际情况选择合适的采集与处理方法，以确保信号的准确性和稳定性。
希望通过本文的介绍，读者对模拟信号采集与处理技术有更深入的理解，为实际应用提供参考。
高中信息技术必修课件模拟信号与数字信号
采样定理及采样频率选择
采样定理
采样定理是模拟信号数字化的基础，它规定了采样频率与被采样信号最高频率之间的关系，确保采样后的数字信 号能够完整地保留原模拟信号的信息。
采样频率选择
采样频率的选择应根据被采样信号的最高频率和所需的重建精度来确定。过高的采样频率会增加数字化处理的数 据量和计算复杂度，而过低的采样频率则可能导致信号信息的丢失。
编码方法及编码效率评估
编码方法
编码是将量化后的数字信号转换为二进制代 码的过程。常见的编码方法有脉冲编码调制 （PCM）、差分脉冲编码调制（DPCM） 和自适应差分脉冲编码调制（ADPCM）等 。这些编码方法具有不同的特点和适用场景 。
编码效率评估
编码效率评估是评价编码方法性能的重要指 标，通常以压缩比和信噪比等参数来衡量。 压缩比表示编码后数据量与原始数据量之比 ，信噪比则反映编码后信号的质量。高效的 编码方法应在保证信号质量的前提下，尽可
02
模拟信号基础知识
模拟信号概念及特点
01
02
03
04
概念
连续性
模拟信号是指信息参数在给定 范围内表现为连续的信号。 或 在一段连续的时间间隔内，其 代表信息的特征量可以在任意 瞬间呈现为任意数值的信号。
模拟信号的幅度和时间是连续 的，可以表示任意复杂的信息 。
易受干扰
在传输过程中，模拟信号容易 受到噪声和失真的影响。
依赖传输介质
模拟信号的传输质量受传输介 质影响较大，如电话线、同轴 电缆等。
模拟信号传输方式
基带传输
直接传送模拟信号（即基带信号）的 方式，称为基带传输。这种方式适用 于近距离传输，如音频设备之间的连 接。
调制传输
将模拟信号调制到高频载波上，通过 天线发射或有线传输的方式，称为调 制传输。这种方式适用于远距离传输 ，如广播、电视信号的传输。
《数据采集基础知识》课件
数据采集在数据分析中的应用场景包括市场调研、用户行为分析、销售分析等，通过对这些 领域的数据进行采集和分析，企业可以更好地了解市场趋势、用户需求和销售状况，从而制 定更加科学和有效的市场和销售策略。
04
数据采集的挑战与解决方 案
数据质量挑战与解决方案
01
02
03
04
数据质量挑战
数据不准确、不完整、不一致 、过时
数据清洗
去除重复、无效、异常数据
数据验证
通过规则、算法确保数据准确 性
数据整合
统一不同来源的数据格式和标 准
数据安全挑战与解决方案
数据安全挑战
数据泄露、数据篡改、 数据损坏
访问控制
政策法规
制定严格的隐私保护政策和法 规，约束对数据的收集和使用
05
数据采集的应用场景
商业智能
在商业智能应用中，数据采集的目的是为了获取全面 、准确、及时的数据，从而帮助企业更好地了解市场 、客户和业务情况，提高决策效率和准确性。
单击此处添加正文，文字是您思想的提一一二三四五 六七八九一二三四五六七八九一二三四五六七八九文 ，单击此处添加正文，文字是您思想的提炼，为了最 终呈现发布的良好效果单击此4*25}
数据挖掘
01
数据挖掘是指从大量数据中自动或半自动地发现模式、关 联、趋势和异常的过程。数据采集是数据挖掘的基础，为 数据挖掘提供所需的数据源。
02 03
在数据挖掘中，数据采集的目的是为了获取全面、准确和 有价值的数据集，以支持后续的数据挖掘和分析工作。通 过对这些数据进行分类、聚类、关联等操作，可以发现数 据的内在规律和模式，为企业提供更加准确和深入的洞察 。
数据采集及处理课件
数据类型
结构化数据（如数据库表 ）、非结构化数据（如文 本、图片、视频等）
数据采集方法
网络爬虫
自动化抓取网页数据，适用于大 规模数据采集
API接口
通过调用API接口获取数据，适用 于实时数据采集
传感器采集
通过传感器设备采集实时数据，如 温度、湿度等
数据质量评估
01
02
03
04
完整性
检查数据是否完整，是否有缺 失值
图形数据库
以图形结构存储数据，如Neo4j，适 用于表示复杂的关系和网络结构。
04
数据分析与可视化
数据分析方法
描述性统计
01
通过图表、图形和数字摘要对数据进行初步分析，如均值、中
位数、众数、方差、标准差等。
探索性数据分析
02
通过绘制散点图、箱线图等，观察数据的分布、异常值、离群
点等，为进一步分析做准备。
通过收集城市运行数据，实现交通管理、 环境监测、公共安全等领域的智能化管理 和服务。
医疗健康
金融风险防控
通过挖掘医疗数据，实现疾病预测、辅助 诊断和个性化治疗等应用。
通过监测金融市场数据，实现风险识别、 预警和防控。
06
数据安全与隐私保护
数据安全威胁与挑战
数据泄露风险
包括个人信息、敏感信息和企业内部数据等泄露的风险。
1
数据采集
使用爬虫技术获取社交网络 平台上的舆情数据，通过 API接口获取用户信息。
数据处理
清洗和整合舆情数据，进行 情感分析和主题建模，挖掘 舆论热点和趋势。
应用场景
监测品牌声誉、危机事件、 公共政策等方面的舆情动态 ，提供决策支持。
案例三：推荐系统设计与实现
第一章第三节《数据采集与编码-数制转换》精品教学设计 浙教版(2019)高中信息技术必修一
第一章第三节《数据采集与编码-数制转换》教学设计教材分析本节课的教学内容是浙江教育出版社的普通高中课程标准试验教科书必修一《数据与计算》，第一章第三节《数据采集与编码》中的关于进制的内容，本节是本章教学核心内容之一。
本节课内容是建立在已学习信息的采集和数字化基础之上，一个课时对教材内容进行讲解以及适当的延伸。
二进制是计算机工作的基本形式，也是当代数字化社会发展的基础，介绍二进制的由来，引导学生在新时代下要增强文化自信；掌握二进制与十进制以及二进制与十六进制之间的转换，加强对已有数制信息的的迁移与理解能力；以“取苹果”联系实际问题，提高学生的兴趣，培养学生将信息知识应用到实际生活的能力，使其每位学生在信息社会中掌握生存技能，做一名具有高信息素养的学生。
一、教学目标1．认识二进制、十进制、十六进制的基本特征，并熟练掌握计算机的一些基本操作；2．通过掌握二进制与十进制以及二进制与十六进制之间的转换运算，培养学生自我探究能力和协调合作能力；3．通过学生之间的合作与交流，让学生了解进制在生活中的应用，增强学生的探索精神与迁移能力，解决生活中实际问题。
二、教学重点与难点1．认识二进制、十进制以及十六进制的基本特征，掌握二进制、十进制、十六进制之间的两两转换；2．通过知识迁移以及学生交流合作，让学生全方面掌握二进制、十进制、十六进制之间的两两转换。
三、教学过程1．导入新课与学生探讨计算机是采用二进制存储和处理数据，原因以一个视频进行说明。
莱布尼兹最早提出二进制概念的事迹与我国传统文化密不可分引出相关问题，引导学生思考本节课相关内容。
2．讲授新课任务一：进制的初步认识：(1)师生互动：日常生活中常见的数制(2)为了更好的理解数制，学生带着问题阅读教材17页相关内容。
学生浏览后回答进制是什么？数码是什么？基和权分别是什么？(3)检验学生是否真的理解这几个概念，以十进制、二进制、十六进制为例，引导学生共同回答三种不同进制的数码、基数和权值(4)不同进制的两种标识方法一种是首字母标识方法：二进制 10011 B一种是下标的表示方法：二进制 (10011)2任务二：进制之间的转换(1) 二进制转十进制通过讲解3578D=3000+500+70+8=3×103+5×102+7×101+8×100学生观察个位数上权值是从几次方开始的？100同样二进制也可以写成这种变式，举例讲解10011按权展开为：10011B=1×24+0×23+0×22+1×21+1×20=16+0+0+2+1=19D这种二进制转换为十进制的方法称为乘权相加法，即数码乘所在位置的权值，然后相加。
中科大数据采集与处理技术课件——模拟信号的数字化处理
(k=1,2,3, …)
模拟信号的数字化处理
2.4 频率混淆与消除频混的措施
2. 消除频率混淆的措施 多阶有源RC巴特沃斯滤波器：巴
特沃思型滤波器具有最大平坦幅 为了减小频率混淆，通常可以采用两种方法： 频响应的特性,且具有良好的线性 对于频域衰减较快的信号，减小 TS。 相位特性,其数学分析和网络结构 但是，TS过小，不仅增加内存占用量和计算量，还会使频 简单等优点,故目前广泛采用。
t
xS(nTS)
xS(nTS)
量化
xq(nTS)
编码
xq(nTS)
4q 3q 2q q
TS 2TS 3TS …
t
x(n)
计算机
x(n)
TS 2TS 3TS …
t
100
010
010
011
001
011
n
数据采集与处理技术
模拟信号的数字化处理
2.2 采样过程
采样过程:
一个连续的模拟信号x(t)，通过一个周期性开闭（周期为TS， 开关闭合时间为τ）的采样开关K之后，在开关输出端输出 一串在时间上离散的脉冲信号xs(nTs)。
数据采集与处理技术
模拟信号的数字化处理
2.4 频率混淆与消除频混的措施
2. 消除频率混淆的措施
在信号分析中，常把上述两种方法联合起来使用， 即先经消除混频滤波器滤波后，然后将采样频率提 高到fc的3~5倍，再对信号进行采样和处理。 典型物理量 的经验采样 周期值 被测物理量 采样周期 (s) 1～ 2 3～ 5 6～ 8 10～15 15～20
xS(nTS )
δTs(t)
t
x(t) K
δTs(t) xS(nTS )
通信原理教程模拟信号的数字化PPT课件
数字信号接收质量
数字信号接收质量受到多种因素 的影响，如信道质量、噪声干扰、 失真等，需要采取相应的措施来
提高数字信号接收质量。
数字信号的抗干扰能力
抗干扰能力
数字信号在传输过程中受到各种 噪声和干扰的影响较小，具有较
强的抗干扰能力。
抗干扰技术
为了进一步提高数字信号的抗干扰 能力，可以采用多种抗干扰技术， 如信道编码、差错控制编码、扩频 通信等。
通信原理教程：模拟 信号的数字化ppt课
件
目录
• 引言 • 模拟信号与数字信号的对比 • 模拟信号的数字化过程 • 数字信号的传输与接收 • 数字信号的优势与应用 • 结论
01
引言
主题简介
01
模拟信号的数字化是通信原理中 的重要概念，涉及信号的采样、 量化和编码等过程。
02
本课程将介绍模拟信号数字化的 基本原理、方法和技术，以及其 在通信系统中的应用。
数字信号的特点
数字信号的值在时间上是离散的，幅 度上也是离散的，只能表示有限的离 散状态。
模拟信号与数字信号的优缺点比较
模拟信号的优点
模拟信号能够表示连续 变化的物理量，因此能 够更准确地表示实际物
理量。
模拟信号的缺点
模拟信号容易受到噪声 和干扰的影响，传输过
程中也容易失真。
数字信号的优点
数字信号具有抗干扰能 力强、传输可靠、精度 高、易于存储和复制等
THANKS
感谢观看
优点。
数字信号的缺点
数字信号是离散的，不 能表示连续变化的物理 量，因此在某些领域可
能不够准确。
03
模拟信号的数字化过程
采样
01
02
模拟信号采集与处理技术
采样定理指出，如果一个模拟信号的 最高频率为$f_m$，则采样频率$f_s$ 必须满足$f_s geq 2f_m$，才能保证 采样后的数字信号能够准确还原原始 模拟信号。
采样频率越高，采样后的数字信号越 接近原始模拟信号，但同时也需要更 高的存储空间和处理能力。
量化误差与动态范围
01
量化误差是由于量化过程中将连续幅度值转换为离 散数字值而产生的误差。
02
模拟信号处理技术广泛应用于通信、音频、图像、雷达、导航
等领域。
模拟信号处理技术的主要目的是提取有用信息，改善信号质量
03
，实现信号的传输、存储和复用。
模拟信号滤波技术
1
滤波是模拟信号处理中的一种重要技术，用于提 取特定频率范围的信号或抑制噪声和干扰。
2
滤波器分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波 器和带阻滤波器等类型。
A/D转换器
将放大后的模拟信号转换为数字信号，便于 计算机处理。
放大器
将传感器输出的微弱电信号进行放大，以便 于后续处理。
数据采集卡
集成上述功能于一块卡上，可方便地与计算 机连接进行数据采集。
02
模拟信号处理技术
模拟信号处理概述
01
模拟信号处理是指对连续时间信号进行采集、变换、分析和综 合等处理的一系列过程。
模拟信号数字化转换概述
模拟信号数字化转换是将模拟信号转换 为数字信号的过程，以便于计算机处理 、存储和传输。
转换过程通常包括采样、量化和编码三个步 骤。
采样是将连续时间信号转换为离散 时间信号的过程；量化是将离散幅 度值转换为数字值的过程；编码则 是将量化后的样值转换为二进制码 组的过程。
采样定理与采样频率
模拟信号调制解调技术
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1 ∝ 1 ∝ = ∑ X ( jΩ − jmΩ s ) = ∑ X [ j (Ω − m 2Tπ )] T m = −∝ T m = −∝
理想采样信号的频谱
2.几点说明
1 （1）频谱的幅度受 T
加权
2π （2）频谱产生了周期延拓，以 T 为间隔重复
X ( jΩ )
1
Ωm
1 T
− Ωm
t Ω s ≥ 2Ω m Ω s < 2Ω m
“只舍不入”的量化特性曲线与量化误差
“有舍有入”的量化过程
“有舍有入”的量化特性曲线与量化误差
1.3 编码
A/D单极性直接二进制编码
Vout = VFS [ ∑ (
n =1 N
an 2
n
)]
a N , a N −1 , L a2 , a1
Vmax = VFS ( 1 − 1 2
N
)
例：工作电压0～10V，12位A/D
s
∝
(1.1.5)
1 X ( jΩ ) = [ X ( jΩ) * ∆( jΩ)] 2π
将（1.1.4)和(1.1.5)代入上式：
∧
1 2π X ( jΩ ) = [ 2π T
∧
m = −∝
∑ δ (Ω − mΩ ) * X ( jΩ)]
s
∝
1 ∝ ∝ = ∑ ∫ X ( jθ )δ (Ω − mΩ s − θ )dθ T m = −∝ −∝
三、采样方式
实时采样 等效时间采样
实时采样
等效时间采样
1.2 量化
量化
把采样信号的幅值与某个最小数量单位的一系列整倍数比 较，以最接近于采样信号幅值的最小数量单位倍数来代替该 幅值。
量化电平 量化误差
q=
VFSR 2
N
e = x S ( nTS ) − x q ( nTS )
“只舍不入”的量化过程
1 ∝ jm 2Tπ t − jΩt ∆( jΩ) = ∫ δ T (t )e − jΩt dt = ∫ ∑∝e ⋅ e dt −∝ −∝ T m=−
∝ ∝
1 ∝ ∝ − j ( Ω − mΩ s )t 2π = ∑ ∫ e dt = T m = −∝ −∝ T
m = −∝
∑ δ (Ω − mΩ )
− Ωs
Ωs
− Ωs
Ωs
高频与低频的混叠
3.如何由X(nTs)重构x(t)
工程上：D/A转换器 理论上：
X ( jΩ )
H ( jΩ)
Y ( jΩ )
T
− Ωs / 2
Ωs / 2
Ωs 2
− Ωs / 2
jΩt
Ωs / 2
− Ωs / 2
Ωs / 2
1 h(t ) = 2π
sin(Ω s t / 2) ∫− Ω2s Te dΩ = Ω st / 2 插值函数 ∝ sin[Ω s (t − nT ) / 2] y (t ) = x(nT ) ∗ h(t ) = ∑ x(nT ) Ω s (t − nT ) / 2 n = −∝
第一章 数据采集与模拟信号数字化
采样技术 量化 编码 孔径时间 数据采集系统
数字信号处理系统
信号转换过程
1.1 采样技术
采样过程 采样定理 采样方式
一、采样过程
1 模拟信号 、 X(t) 采样器 X(t) 离散的脉冲信号
t
Ts
t
2. 数学描述
xS (nTS ) = x (t )δ T (t ) = x(t )∑ δ (t − nTS )
Vmax =111 111 111 111=(9.9976)10(V)
Vmin =000 000 000 000=(0.0000)10(V)
1.4 孔径时间
正弦波信号
V = VFS sin 2πft
dV dt = 2πfVFS
∆V
t =0
∆V = TCONV
dV ⋅ dt
∆V = 2πfTCONV VFS
−∞ +∞
（1.1.1)
假设采样脉冲为理想脉冲
xS (nTS ) = ∑ x(nTS )δ (t − nTS )
−∞
+∞
（1.1.2)
只考虑正值时间
x S ( nTS ) = ∑ x( nTS )δ ( t − nTS )
n =0
+∞
(1.1.3)
二、采样定理(Sampling theory)
连续信号 X(t) 离散信号 X(nTs)
t =0
估计最大正弦频率
f max =
1 2 N +1πTCONV
Ta
孔径பைடு நூலகம்间与孔径误差
1.5 微型计算机数据采集系统
数据采集系统
一、单通道数据采集系统
A
低通滤波
程控放大
S/H
A/D
控制逻辑
DSP
二、多通道数据采集系统
S/H
S/H
MUX
A
A/D
DSP
S/H
2π
1 = T
∫
T /2
−T / 2
δ (t )e
jm 2π t T
− jm
2π t T
1 dt = T
∴
1 δ T (t ) = ∑ e T m = −∞
∞
时域采样信号是原始信号x(t)与脉冲序列的乘积
X(t)的频谱： 脉冲序列频谱：
X ( jΩ) = ∫ x(t )e − jΩt dt
−∞
∞
（1.1.4)
Nyquist（Shannon)采样定理：
要想采样后不失真地还原原信号，采样频 率必须大于原信号频谱中最高频率的两 倍，即
Ω s ≥ 2Ω m
1.推导过程
采样的脉冲序列
δ T (t ) = ∑ δ (t − nT ) =
−∞
+∞
m = −∞
∑c
∞
m
e
jm
2π t T
− jm t 1 T /2 ∞ cm = ∫ δ (t − nT )e T dt ∴ ∑ T −T / 2 n = −∞