苏教版高中通用技术选修1：数字信号课件

数字信号数字信号数字信号复习引入复习引入1.常见常见在传感器有哪些？在传感器有哪些？2.传感器传感器的作用？的作用？获得外界的输入获得外界的输入信息信息，并并通过它将非电量信息转换成电信通过它将非电量信息转换成电信号输出。号输出。3.电子电子控制系统的主要组成部分？控制系统的主要组成部分？输入输入传感器传感器控制（处理）控制（处理）电子电路电子电路输出输出执行器等执行器等复复习习引入引入1.常常见见在在传传感器有哪些？感器有哪些？2.传传感器的作用？感器的作用？获获得外界的得外界的电子控制系统对信号的处理过程是用电子控制系统对信号的处理过程是用电电子电路完成子电路完成的。的。电子电路处理的信号有两类：电子电路处理的信号有两类：1.模拟信号（analog signal）2.数字信号（digital signal）电电子控制系子控制系统对统对信号的信号的处处理理过过程是用程是用电电子子电电路完成的。路完成的。电电子子电电路路处处理理一、模拟信号与数字信号一、模拟信号与数字信号1.1.事物变化的规律事物变化的规律：连续：连续变化和非连续变化（离散）变化和非连续变化（离散）连续变化的量连续变化的量离散的量离散的量例如：环境的温度、水面的高度随时间发生连续变化。例如：环境的温度、水面的高度随时间发生连续变化。某个某个单位人数、家电商城的货物数是非连续变化单位人数、家电商城的货物数是非连续变化的的。一、模一、模拟拟信号与数字信号信号与数字信号1.事物事物变变化的化的规规律：律：连续变连续变化和非化和非连续变连续变 连续量连续量连续量有如下特点：它从一种程度连续量有如下特点：它从一种程度到另一种程度是到另一种程度是“连续地连续地”变化的，即从一种程度变化的，即从一种程度开始，要经过无限多种程度的连续更替才能变化到开始，要经过无限多种程度的连续更替才能变化到另一种程度。例如，某物体的温度从另一种程度。例如，某物体的温度从13.213.2变化到变化到14.214.2，就必须从，就必须从13.213.2开始，经过开始，经过13.313.3、13.413.4、13.513.5最后才变到最后才变到14.214.2；而从；而从13.213.2变到变到13.313.3时要经过时要经过13.2113.21、13.2213.2213.2913.29等各种不同的程度；再进一步，等各种不同的程度；再进一步，我们还会看到，从我们还会看到，从13.2113.21到到13.2213.22也不是跳跃地也不是跳跃地变化的，中间还会有无限多种程度的更替。又如长变化的，中间还会有无限多种程度的更替。又如长度、重量、体积、速度、时间等都是连续量。连续度、重量、体积、速度、时间等都是连续量。连续量的程度可以用小数来表示。量的程度可以用小数来表示。连续连续量量连续连续量有如下特点：它从一种程度到量有如下特点：它从一种程度到 不连续不连续量量-不连续量有如下特点：它从一种程不连续量有如下特点：它从一种程度到另一种程度是度到另一种程度是“跳跃地跳跃地”变化的，即从一种程变化的，即从一种程度开始，只要经过有限多种程度的逐次更替就能变度开始，只要经过有限多种程度的逐次更替就能变化到另一种程度。如我们数一个班的学生人数时，化到另一种程度。如我们数一个班的学生人数时，从从1 1开始，逐次经过开始，逐次经过2 2、3 3、4 4、5 5、最后变化到最后变化到4545，说明这个班的学生是，说明这个班的学生是4545人。又如图书馆的图书人。又如图书馆的图书册数，学校里足球的个数，都是不连续量。不连续册数，学校里足球的个数，都是不连续量。不连续量只能用整数来表示其程度，不连续量又叫离散量。量只能用整数来表示其程度，不连续量又叫离散量。不不连续连续量量-不不连续连续量有如下特点：它从一种程度到另一种量有如下特点：它从一种程度到另一种讨论：判断连续与非连续讨论：判断连续与非连续1.1.野外环境的亮度与地下仓库中的野外环境的亮度与地下仓库中的亮度；亮度；2.2.人的血压与人的人的血压与人的脉搏；脉搏；3.3.运动员滑冰的轨迹与走相同距离所用的步运动员滑冰的轨迹与走相同距离所用的步数；数；4.4.时光的流逝与数字时钟所显示的时间的时光的流逝与数字时钟所显示的时间的变化。变化。说明：连续变化的量，用连续的说明：连续变化的量，用连续的曲线曲线或或直线直线表示。表示。非非连续变化的量，用连续变化的量，用柱状图柱状图或或数字数字表示。表示。例如：体温变化、气温变化等用例如：体温变化、气温变化等用连续曲线连续曲线。客车客车月度产量、售票处剩余票数用月度产量、售票处剩余票数用柱状图柱状图或或数字数字表示表示。讨论讨论：判断：判断连续连续与非与非连续连续野外野外环环境的亮度与地下境的亮度与地下仓库仓库中的亮度；中的亮度；说说明明连续变化的量采用模拟信号方法连续变化的量采用模拟信号方法 电子电子控制系统需要处理的信息必须转化成控制系统需要处理的信息必须转化成电信电信号号。如如声音声音必须经必须经话筒话筒转换成转换成电压信号电压信号后才能进行放后才能进行放大处理大处理，转换时，话筒输出转换时，话筒输出电压电压信号的信号的波形波形与声音与声音波波形一致形一致，即模拟声音强弱的变化，否则就不能反映声即模拟声音强弱的变化，否则就不能反映声音强弱的原貌。音强弱的原貌。这种这种模拟模拟声音声音波形波形的的信号称为模拟信信号称为模拟信号。号。通常通常模拟信号泛指那些数值可连续变化的信号。模拟信号泛指那些数值可连续变化的信号。模拟信号模拟信号连续变连续变化的量采用模化的量采用模拟拟信号方法信号方法 电电子控制系子控制系统统需要需要数字信号数字信号高电平低电平非连续变化的量可以直接用数字表示非连续变化的量可以直接用数字表示表达的方法就是二进制表达的方法就是二进制用高用高和和低低两两个电平（个电平（level）代表二进制中）代表二进制中的的“1”和和“0”，则其形成的在则其形成的在高高、底电平之间来回跳变的电、底电平之间来回跳变的电信号信号就是就是通常所说的通常所说的数字信号数字信号。数字信号高数字信号高电电平低平低电电平非平非连续变连续变化的量可以直接用数字表示表达的方化的量可以直接用数字表示表达的方 在在右图所示数字信号中，右图所示数字信号中，“1”1”代表高电平，代表高电平，“0”0”代表代表低电平（每低电平（每1 1格代表格代表1 1位二进制数，位二进制数，共共5 5位），则该信号代表二进制位），则该信号代表二进制数数_，它相当于十进，它相当于十进制数制数_。数字信号数字信号1001018说明：说明：电平电平：在数字电路中，电压（或电流）的大小分为高：在数字电路中，电压（或电流）的大小分为高、低低两两级，级，通通常将常将这两个高这两个高、低低不同不同的电压级（电流级）分别称为高电平的电压级（电流级）分别称为高电平和和低低电电平平。例如例如：在在TTL电路中把电路中把2.45V的称高级，的称高级，00.8V称称低低级级。在右在右图图所示数字信号中，所示数字信号中，“1”代表高代表高电电平，平，“0”代代思考：下列信号中，哪些是模拟信号，哪些是数字信号？思考：下列信号中，哪些是模拟信号，哪些是数字信号？1.2201.220V交流电的电压（交流正弦波电压）交流电的电压（交流正弦波电压）2.2.海洋海洋上船只与船只之间的灯光联络信号上船只与船只之间的灯光联络信号“1”和和“0”的的推广应用推广应用 1.古代的烽火台点火古代的烽火台点火信号（点信号（点与不与不点）点）2.开关的开与关开关的开与关 3.灯的亮与灭灯的亮与灭 4.数学命题的真与假数学命题的真与假 5.信号的有和无信号的有和无思考：下列信号中，哪些是模思考：下列信号中，哪些是模拟拟信号，哪些是数字信号？信号，哪些是数字信号？“1”和和“马马上行动请判断下列各例中哪些适合用1和0表示。1.举重比赛中试举成功与否；2.学生的考试成绩是否及格；3.个人的生与死；4.个人是好人还是坏人。合适合适合适不合适马马上行上行动动请请判断下列各例中哪些适合用判断下列各例中哪些适合用1和和0表示。合适合适合表示。合适合适合二、数字信号的优点二、数字信号的优点1.1.容易处理容易处理 数字信号数字信号只有高、低两个电平，容易识别，失只有高、低两个电平，容易识别，失真和干扰对数字信号影响很小。真和干扰对数字信号影响很小。二、数字信号的二、数字信号的优优点点1.容易容易处处理理 识别有失真和受干扰影响的数字信号的方法是，设置识别有失真和受干扰影响的数字信号的方法是，设置一个电压门槛（它应介于高电平和低电平之间），高于此一个电压门槛（它应介于高电平和低电平之间），高于此门槛的信号传过去后，输出为门槛的信号传过去后，输出为1，低于低于此门槛的信号传过此门槛的信号传过去后，输出为去后，输出为0。识别识别有失真和受干有失真和受干扰扰影响的数字信号的方法是，影响的数字信号的方法是，设设置置演员的歌声经话筒转换成的电信号是模拟信号，一种处理演员的歌声经话筒转换成的电信号是模拟信号，一种处理方法是直接放大模拟信号，然后送到扬声器，人们便可欣赏到方法是直接放大模拟信号，然后送到扬声器，人们便可欣赏到演员动人的歌喉。由于信号在处理过程中，不可避免地会产生演员动人的歌喉。由于信号在处理过程中，不可避免地会产生失真并受到各种干扰因素的影响，因而听众所到的歌声也会失失真并受到各种干扰因素的影响，因而听众所到的歌声也会失真，且伴有真，且伴有“沙沙沙沙”的噪音。的噪音。模拟信号演演员员的歌声的歌声经话经话筒筒转换转换成的成的电电信号是模信号是模拟拟信号，一种信号，一种处处理方法是理方法是另一种处理方法是先将此信号转换为数字信号，处理以后另一种处理方法是先将此信号转换为数字信号，处理以后再将数字信号还原成模拟信号使扬声器发声。虽然数字信号在再将数字信号还原成模拟信号使扬声器发声。虽然数字信号在处理过程中同样会产生失真，受到干扰，其形状也会发生变化，处理过程中同样会产生失真，受到干扰，其形状也会发生变化，但它所代表的但它所代表的数字数字（即即“高高”和和“低低”）并并未改变。可见数字未改变。可见数字信号在处理过程中，受波形失真和干扰的影响很小，所以听众信号在处理过程中，受波形失真和干扰的影响很小，所以听众能听到音色逼真，不带噪音的歌声。能听到音色逼真，不带噪音的歌声。数字信号另一种另一种处处理方法是先将此信号理方法是先将此信号转换为转换为数字信号，数字信号，处处理以后再将数理以后再将数 随着数字技术，特别是信息技术的飞速发展与普及，在现代控制、通信及检测等领域，为了提高系统的性能指标，对信号的处理广泛采用了数字计算机技术。由系统的实际对象往往都是一些模拟量（如温度、压力、位移、图像由系统的实际对象往往都是一些模拟量（如温度、压力、位移、图像等），要使计算机或数字仪表能识别、处理这些信号，必须首先将这些等），要使计算机或数字仪表能识别、处理这些信号，必须首先将这些模模拟信号拟信号转换成转换成数字信号数字信号；而经计算机分析、处理后输出的数字量也往往需要将其转换为相应模拟信号才能为执行机构所接受。这样，就需要一种能在模拟信号与数字信号之间起桥梁作用的电路-模数和数模转换器。将模拟信号转换成数字信号的电路，称为模数转换器（简称A/D转换器或ADC，Analog to Digital Converter）；将数字信号转换为模拟信号的电路称为数模转换器（简称D/A转换器或DAC，Digital to Analog Converter）；A/D转换器和D/A转换器已成为信息系统中不可缺少的接口电路。转换精度与转换速度转换精度与转换速度是衡量A/D与D/A转换器的重要技术指标。A/D和和D/A转换器转换器 随着数字技随着数字技术术，特，特别别是信息技是信息技术术的的飞飞速速发发展与普及，在展与普及，在现现代控代控将模拟信号转换为敷字信号的过程可分为采样、保持、量化、编码四步。采样：每隔一段时间对模拟信号的幅值抽取样品，使图（a）中的模拟信号变成图（b）中的脉冲信号；保持：将图（b）中的脉冲信号变成图（c）中的阶梯信号，以便处理；量化：将图（c）巾每个阶梯的幅值舍去零头，保留整数，得到图（d）；编码：将图（d）中每个阶梯的幅值对应的数字用二进制数字表示，并转化为数字信号，如图（e）所示。模拟信号与数字信号之间的相互转换 图（a）图（b）图（c）图（d）图（e）将模将模拟拟信号信号转换为转换为敷字信号的敷字信号的过过程可分程可分为为采采样样、保持、量化、保持、量化、编编2.2.处理精度高处理精度高现在记录运动员成绩已经不用秒表，而用电子计时器现在记录运动员成绩已经不用秒表，而用电子计时器，它它可将时间可将时间精确精确到百分之一秒。到百分之一秒。机械秒表和电子秒表机械秒表和电子秒表处处理精度高理精度高现现在在记录记录运运动员动员成成绩绩已已经经不用秒表，而用不用秒表，而用电电子子计时计时器，它器，它3.3.便于记录保存便于记录保存 数字信号数字信号只有只有1和和0两个值，两个值，可可很方便地很方便地用用（有记忆功能）（有记忆功能）电路电路输出电压输出电压的的高和高和低低、电容上电荷的有与无、磁性物质的电容上电荷的有与无、磁性物质的极化极化方向等方向等方式记录保存，也可用打孔的方法保存。方式记录保存，也可用打孔的方法保存。光盘利用有无凹坑记录光盘利用有无凹坑记录0和和1，有是，有是0无是无是1，光盘逆时针转，激光射到盘上，光盘逆时针转，激光射到盘上便于便于记录记录保存保存 数字信号只有数字信号只有1和和0两个两个值值，可，可课堂小结课堂小结1.信号处理：对信号的分析、比较、判断、放大、运算、传输、对信号的分析、比较、判断、放大、运算、传输、变换等过程统称为变换等过程统称为处理处理。2.信号分类：（1 1）模拟信号：随时间连续变化的量，用连续的）模拟信号：随时间连续变化的量，用连续的曲线曲线或或直线直线表示。表示。（2 2）数字信号：随时间非连续变化的量，用）数字信号：随时间非连续变化的量，用柱状图柱状图或或数字数字表表示。示。3 3.数字信号数字信号（常用（常用1 1、0 0表示）的优点表示）的优点（1 1）容易处理（）容易处理（2 2）处理精度高（）处理精度高（3 3）便于记录保存）便于记录保存课课堂小堂小结结1.信号信号处处理：理：对对信号的分析、比信号的分析、比较较、判断、放大、运算、判断、放大、运算、练习练习用一个发光二极管制作高、低电平的检测器。用一个发光二极管制作高、低电平的检测器。练习练习用一个用一个发发光二极管制作高、低光二极管制作高、低电电平的平的检测检测器。器。谢 谢谢谢 谢谢