1采样信号量化

实验采样信号量化

原理

把连续时间信号转换为与其相对应的数字信号的过程称之为模-数（A/D）转换过程，反之则称为数-模（D/A）转换过程，它们是数字信号处理的必要程序．一般在进行A/D转换之前，需要将模拟信号经抗频混滤波器预处理，变成带限信号，再经A/D转换成为数字信号，最后送入数字信号分析仪或数字计算机完成信号处理．如果需要，再由D/A转换器将数字信号转换成模拟信号，去驱动计算机外围执行元件或模拟式显示、记录仪等。

A/D转换包括了采样、量化、编码等过程，其工作原理如图5.1所示。

图5.1 信号A/D转换过程

1）采样--或称为抽样，是利用采样脉冲序列p(t)，从连续时间信号x(t)中抽取一系列离散样值，使之成为采样信号x（nTs）的过程．n= 0，1…．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。

2）量化--又称幅值量化，把采样信号x（nTs）经过舍入或截尾的方法变为只有有限个有效数字的数，这一过程称为量化。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，如图5.2所示。

一般又把量化误差看成是模拟信号作数字处理时的可加噪声，故而又称之为舍入噪声或截尾噪声。量化增量R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卡的位数．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。

图5.2 信号的6等分量化过程

3）编码--将离散幅值经过量化以后变为二进制数字的过程。

信号x(t)经过上述变换以后，即变成了时间上离散、幅值上量化的数字信号。

本实验采用软件模拟的方法来演示不同等分情况下对数据采集的影响。

如果做实验所需仪器和设备

1. 计算机 n台

2. DRVI快速可重组虚拟仪器平台 1套

实验报告要求

1. 简述实验目的和原理。

2. 根据实验要求整理实验原理设计图。

3. 根据实验中的数据结果分析采样分辨率对信号转换精度的影响。

思考题

1. 常用的A/D转换器件的位数有那几种，以输入的模拟电压的变化范围为-5V—+5V之间，对于几种不同的位数，其分辨率和转换精度分别为多少？

2. 实际测量中是否A/D转换器件的位数越高越好，如何合理的选择一个A/D转换器件？

数字电路中同步是最重要的，同步信号使得每个IC能够正确地读、写数据。我们平常说计算机有地址、数据、控制三个总线，在时序电路中，信号建立的顺序是：地址、数据、读/写（控制信号之一，可以看作是同步信号），信号结束的顺序是：读/写、数据、地址，也就是说在波形图里，地址信号最宽，读/写信号最窄，读/写脉冲被套在中间，读/写数据时地址、数据已经稳定，自然不会出错！三总线的时序就是由CPU的时钟同步的。