第二章数据采集技术基础

第2章数据米集技术基础现实生活中，多数信号都是模拟信号，但数字信号更适合计算机处理。因此，在运用数字信号处理技术之前，我们必须解决信号的采集以及模拟信号的数字化两方面的问题。2.1简单的DSP系统数字信号处理实质上是数字信号的变换。可计数的信号(如一年内的雨天)可直接用数字信号表示。通过人们感官感觉到的所有信号都是模拟信号(如语音、音乐、图像等)，这些模拟信号在进行处理之前都必须转换为数字信号。一旦找到非常接近模拟信号的数字信 号，就可进行数字信号处理 ，比如，可以滤除语音中的高频噪声、加重音乐中的低频、突出 图像的边缘等。但由于数字信号不能在现实世界中存在，所以处理过的数字信号在处理结束时,还必须在转换成模拟信号。其过程如图所示.2.2采样技术一、采样过程1.采样的定义如图所示，将模拟信号X(t)通过一个采样周期为 Ts,采样时间为T (其中T 520,nI x 2 Qh。解：已知采样角频率 Qs=6n，则由香农采样定理，可得因为X1(t) =cos2n，而频谱中最高角频率h13 ，所以y1( t)无失真;题 2。2.2 设模拟信号 x (t) =3cos2000 n +5sin6000 n +10cos12000n,求:(1)(2)分析：该信号的最小采样频率；若采样频率fs=5000Hz,其采样后的输出信号以及用理想内插恢复的模拟信号y(t)；利用信号的采样定理及采样公式来求解。因为X2 (t) =C0S5冗t,而频谱中最高角频率h253 ，所以y2(t)失真。错误!采样定理采样后信号不失真的条件为：信号的采样频率fs不小于其最高频率fm的两倍，即fs2fm错误!采样公式x(n)x(t) t nTsx(nTs)解：(1)在模拟信号中含有的频率成分是f1=1000Hz , f2=3000Hz,f3=6000Hz 信号的最高频率fm=6000Hz由采样定理fs 2fm,得信号的最小采样频率fs=2fm =12kHzx(nTs) x Jx( n) x(t)(2)由于采样频率fs=5kHz，则采样后的输出信号说明：由上式可见，采用后的信号中只出现1kHz和2kHz的频率成分，即3cos 25n5si n2n510cos 2n53cos21n5si n212n 10cos 2115553cos21n5si n22n10cos 21n55513cos 21n5si n22ntsnTsf11 kHzf22 kHz1 1000 主55000fs2 2000f255000fs若由理想内插函数将此采样信号恢复成模拟信号，则恢复后的模拟信号y(t) 13cos 25sin2 f?t 13cos2000 t 5sin4000 t可见，恢复后的模拟信号y(t)不同于原模拟信号 x(t)，存在失真，这是由于采样频率不满足采样定理的要求，而产生混叠的结果。V maxVFS 1可见，其最大输出电压Vmax总是小于满量程电压 Vfs。例如，对于工作电压为0+10V （vfs = 1 0 ）的12位（N=12）A/D单极性转换器，其最厶%大输出电压Vmax = 111 111 111 111 = （ 9。9976） 10 （V）2. A/D双极性偏移二进制编码这种编码通过引入适当的偏置，使A/D转换器工作在双极性方式下，其表达式为