测试技术 第三章 信号分析与处理PPT课件

1、A/D转换
1) A/D转换过程
第三章 信号分析与处理
采样――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．
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．
编码――将离散幅值经过量化以后变为二进制数字的过程。
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测试技术基础
频混现象实验： 3.3 采样定理
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第三章 信号分析与处理
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测试技术基础 频混计算：
3.3 采样定理
正常
第三章 信号分析与处理
Fs
Fs
频混
Fs 工程处理：
混迭频率=Fs-信号频率
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Fs Fs/2
3.3 采样定理
为保证采样后信号能真实地保留原始模拟信号信息， 信号采样频率必须至少为原信号中最高频率成分的2倍。 这是采样的基本法则，称为采样定理。
fs＞2fmax
需要注意的是，在对信号进行采样时，满足了采样定理，只能保 证不发生频率混叠，只能保证对信号的频谱作逆傅立叶变换时， 可以完全变换为原时域采样信号xs(t)，而不能保证此时的采样 信号能真实地反映原信号x(t)。工程实际中采样频率通常大于信 号中最高频率成分的3到5倍。
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第三章 信号分析与处理
3.4 信号的截断、能量泄漏
当运用计算机进行测试信号处理时，不可能对无限 长的信号进行测量和运算，而是取其有限的时间片段进 行分析，这个信号截取过程成为信号的截断。
为便于数学处理，通常对截断的信号做周期延拓，得到虚拟的 无限长的信号。
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测试技术基础 能量泄漏实验：
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第三章 信号分析与处理
3.5 栅栏效应与窗函数
1、栅栏效应
采样信号的频谱，为提高计算效率,通常采用FFT算法进行计算， 设数据点数为：
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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、16位等。
• (2) 转换精度;
•
转换精度=量程/(A／D转换器的分辨力*0.5)
• (3) 转换速度;
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3.3 采样定理
A/D采样前的抗混迭滤波：
第三章 信号分析与处理
对象
物理信号 传 感 器
电信号 信 号 调
电信号
数字信号 计
A/D
算
转换
机
显 示
制
展开
放大
低通滤波(0-Fs/2)
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3.3 采样定理
第三章 信号分析与处理
动手做：
将声卡作为A/D、D/A卡, 设计一个双通道信号采集 器和信号发生器。
3.1 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。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
对象
物理信号 传 感 器
电信号 信 号 调
电信号
数字信号 计
A/D
算
转换
机
显 示
制
D/A
控
转换
制
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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
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。
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第三章 信号分析与处理
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第三章 信号分析与处理
第3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、能量泄露 、栅栏效应等现象 4.掌握常用的数字信号处理方法
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第三章 信号分析与处理
3.4 信号的截断、能量泄漏
周期延拓后的信号与真实信号是不同的，下面我们 就从数学的角度来看这种处理带来的误差情况。
设有余弦信号x(t), 用矩形窗函数w(t)与其相乘， 得到截断信号: y(t) =x(t)w(t)
将 截 断 信 号 谱 XT(ω) 与 原 始 信 号 谱 X(ω) 相 比较可知，它已不是原 来的两条谱线，而是两 段振荡的连续谱. 原来 集中在f0处的能量被分 散到两个较宽的频带中 去了，这种现象称之为 频谱能量泄漏。
1 采样信号的频谱
采样过程是将采样 脉冲序列p(t)与信 号x(t)相乘来．
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测试技术基础 2.频混现象
频域解释
3.3 采样定理
第三章 信号分析与处理
时域解释
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第三章 信号分析与处理
3.采样定理
2) D/A转换器的技术指标
• (1) 分辨率; • (2) 转换精度; • (3) 转换速度; • (4) 模拟信号的输出范围;
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A/D、D/A转换过程中的量化误差实验：
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3.3 采样定理
b)灵活、方便的计算机虚拟仪器开发系统
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第三章 信号分析与处理
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：机车状态信号识别(频率解调)
虚拟仪器设计方案
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3.2 模数(A/D)和数模(D/A)
•
指完成一次转换所用的时间，如:100ms(10Hz)；
10us(100kHz)
• (4) 模拟信号的输入范围;
•
如，5V， +/-5V，10V，+/-10V等。
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第三章 信号分析与处理
2、D/A转换过程和原理
1) D/A转换过程 D/A转换器是把数字信号转换为电压或电流信号的装置。