電子控制系統(tǒng)的信號處理

1、控制系統(tǒng)：任何一種控制的實現(xiàn)，都要通過若干個環(huán)節(jié)共同實現(xiàn)，這些環(huán)節(jié)所涉及的裝置就構成了一個系統(tǒng)，稱為控制系統(tǒng)。檢測裝置檢測裝置控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器被控被控對象對象給定值給定值被控量被控量控制量控制量比較器比較器課程引入課程引入光控電風扇光控電風扇數(shù)字信號與模擬信號數(shù)字信號與模擬信號數(shù)字信號的優(yōu)點數(shù)字信號的優(yōu)點傳感器控制部分執(zhí)行器傳感器將所獲取的信號轉換成電信號后，控制部分便對這些信號進行分析、比較、判斷、放大、運算、傳輸、變換最后向輸出部分發(fā)出命令，控制執(zhí)行機構的操作。對信號的分析、比較等過程統(tǒng)稱為處理。數(shù)字信號與模擬信號數(shù)字信號與模擬信號電子控制系統(tǒng)中對信號的處理過程是用電子電路來完成的

2、。電子電路所處理的信號有：電動樓梯靜止狀態(tài)滑滑梯數(shù)字信號（digital signal）和模擬信號（analog signal）兩類思考樓梯樓梯滑梯滑梯不連續(xù)不連續(xù)連續(xù)連續(xù)思考錢江海潮觀察氣溫錢江潮家電商場人口普查請判斷，下列量中那些是連續(xù)變化的？哪些是非請判斷，下列量中那些是連續(xù)變化的？哪些是非連續(xù)變化的？連續(xù)變化的？1. 1. 野外環(huán)境的亮度與地下倉庫中的亮度；野外環(huán)境的亮度與地下倉庫中的亮度；2. 2. 人的血壓與人的脈搏；人的血壓與人的脈搏；3. 3. 運動員滑冰所滑過的軌跡長度與走過同樣距運動員滑冰所滑過的軌跡長度與走過同樣距離所用的步數(shù)；離所用的步數(shù)；4. 4. 時光的流逝與數(shù)字鐘

3、所顯示的時間的變化。時光的流逝與數(shù)字鐘所顯示的時間的變化。討論討論氣象觀察氣溫變化轎車生產(chǎn)流水線生產(chǎn)量月生產(chǎn)量人日生產(chǎn)量信號波形模擬著信息的變化而變化信號稱為模擬信號。有些非連續(xù)變化的量可以用數(shù)字表示，若用二進制來表示這個數(shù)，并用高和低兩個電平（level）代表二進制數(shù)中的“1”和“0”，則其形成的在高、低電平之間來回跳變的電信號就是通常所說的數(shù)字信號。模擬信號數(shù)字信號00uutt小辭典電平：在數(shù)宇電路中，電壓（或電流等（的大小電平：在數(shù)宇電路中，電壓（或電流等（的大小分為高、低兩級例如，分為高、低兩級例如，TTL電路的劃分方法是：電路的劃分方法是：2.4V 5V為高級，而為高級，而0 V 0

4、.8V為低級。為低級。通常將這兩個高、低不同的電壓級（或電流級等）通常將這兩個高、低不同的電壓級（或電流級等）分別稱為高電平和低電平。分別稱為高電平和低電平。馬上行動1在上圖所示數(shù)字信號中，高電平代表1，低電平代表0(每1格代表1位二進制數(shù)，共5位，高位先到)，則該信號代表二進制數(shù) ，它相當于十進制數(shù) 。2用示波器觀察半導體收音機或電視機音頻輸出口的波形，判斷它是哪一類信號。數(shù)字信號0ut1001119思考思考下列信號中，哪些是模擬信號，哪些是數(shù)字信號？1. 220V交流電的電壓（交流正弦波電壓）；2. 海洋上船只與船只之間的燈光聯(lián)絡信號；3. 手機短信息信號。請舉出模擬信號與數(shù)字信號的例子各

5、一個。模擬信號模擬信號數(shù)字信號數(shù)字信號數(shù)字信號數(shù)字信號馬上行動請判斷下列各例中哪些適合用1和0表示。1舉重比賽中試舉成功與否；2學生的考試成績是否及格；3個人的生與死；4 個人是好人還是壞人。合適合適合適不合適數(shù)字信號的優(yōu)點：數(shù)字信號的優(yōu)點：數(shù)字信號具有容易處理、處理精度高、便于記錄保存等優(yōu)點。數(shù)字信號數(shù)字信號 容易處理容易處理數(shù)字信號只有高、底兩個電平，容易識別，失真和干擾對數(shù)字信號影響小。數(shù)字調音臺演員的歌聲經(jīng)話筒轉換成的電信號是模擬信號，一種處理演員的歌聲經(jīng)話筒轉換成的電信號是模擬信號，一種處理方法是直接放大模擬信號，然后送到揚聲器，人們便可欣賞到方法是直接放大模擬信號，然后送到揚聲器，

6、人們便可欣賞到演員動人的歌喉。由于信號在處理過程中，不可避免地會產(chǎn)生演員動人的歌喉。由于信號在處理過程中，不可避免地會產(chǎn)生失真并受到各種干擾因素的影響，因而聽眾所到的歌聲也會失失真并受到各種干擾因素的影響，因而聽眾所到的歌聲也會失真，且伴有真，且伴有“沙沙沙沙”的噪音。的噪音。模擬信號案例分析另一種處理方法是先將此信號轉換為數(shù)字信號，處理以另一種處理方法是先將此信號轉換為數(shù)字信號，處理以后再將數(shù)字信號還原成模擬信號使揚聲器發(fā)聲。雖然數(shù)字信后再將數(shù)字信號還原成模擬信號使揚聲器發(fā)聲。雖然數(shù)字信號在處理過程中同樣會產(chǎn)生失真，受到干擾，其形狀也會發(fā)號在處理過程中同樣會產(chǎn)生失真，受到干擾，其形狀也會發(fā)生

7、變化，但它所代表的數(shù)字生變化，但它所代表的數(shù)字( (即即“高高”和和“低低”)”)并未改變。并未改變?？梢姅?shù)字信號在處理過程中，受波形失真和干擾的影響很小，可見數(shù)字信號在處理過程中，受波形失真和干擾的影響很小，所以聽眾能聽到音色逼真，不帶噪音的歌聲。所以聽眾能聽到音色逼真，不帶噪音的歌聲。數(shù)字信號案例分析模擬信號轉換為數(shù)字信號的電路稱模數(shù)轉換器。數(shù)字信號轉換為模擬信號的電路稱數(shù)模轉換器。模擬信號與數(shù)字信號之間的相互轉換 將模擬信號轉換為數(shù)字信號的過程可分為采樣、保持、量化、編碼四步。采樣：每隔一段時間對模擬信號的幅值抽取樣品，使圖(a)中的模擬信號變成圖(b)中的脈沖信號；保持：將圖(b)中的

8、脈沖信號變成圖(c)中的階梯信號，以便處理；量化：將圖(c)巾每個階梯的幅值舍去零頭，保留整數(shù)，得到圖(d) ；編碼：將圖(d) 中每個階梯的幅值對應的數(shù)字用二進制數(shù)字表示，并轉化為數(shù)字信號，如圖(e) 所示。模擬信號與數(shù)字信號之間的相互轉換 圖(a)圖(b) 圖(c) 圖(d) 圖(e) 數(shù)字信號數(shù)字信號 處理精度高處理精度高測量中使用了數(shù)字信號，測量精度比以前用秒表提高了10倍。數(shù)字信號數(shù)字信號 便于紀錄保存便于紀錄保存 由于數(shù)字信號中只有“1”和“0”兩個值，可很方便地用（具有記憶功能的）電路輸出電壓的高和底、電容上電荷的有和無、磁性物質的極化方向等方式紀錄保存，也可用打孔的方法，如穿孔

9、的有和無、光盤利用有無凹坑紀錄“1”和“0”，還可以直接將“1”和“0”打印在紙上紀錄保存。但這些方法很少能用來紀錄保存模擬信號。光盤是在塑料母片上用激光光盤是在塑料母片上用激光“燒燒”出許多直出許多直徑不到徑不到1m1m，沿光盤圓周方向排列的小坑，有小，沿光盤圓周方向排列的小坑，有小坑的代表坑的代表“0 0”，沒有小坑代表，沒有小坑代表“1 1”。讀盤時，。讀盤時，光盤順時針轉動，激光射到光盤面上。依據(jù)小坑光盤順時針轉動，激光射到光盤面上。依據(jù)小坑的有和無所造成的反射光的有和無分辯出所記錄的有和無所造成的反射光的有和無分辯出所記錄的信號是的信號是“1 1”還是還是“0 0”。小資料小資料 試

10、驗目的： 做一個對比試驗。 試驗準備：帶光驅電腦1臺磁帶錄放機1臺示波器1臺原聲帶1盤空白錄音帶1盤。 試驗過程；1 將電腦中存放的某段音樂復制一份，比較復制件與原件音樂的音色是否有明顯變化。2 使用錄音機將原聲帶中的某段音樂翻錄到另一盤錄音帶上比較原聲帶與翻錄帶的波形是否發(fā)生變化。 試驗總結：數(shù)字信號與模擬信號相比有什么優(yōu)點?示波器磁帶錄放機光驅電腦小試驗小試驗試驗目的： 做一個對比試驗。 試驗準備：帶光驅電腦1臺磁帶錄放機臺示波器1臺原聲帶1盤空白錄音帶1盤。 試驗過程；1將電腦中存放的某段音樂復制一份，比較復制件與原件音樂的音色是否有明顯變化。2使用錄音機將原聲帶中的某段音樂翻錄到另一盤錄音帶上比較原聲帶與翻錄帶的波形是否發(fā)生變化。試驗總結：數(shù)字信號與模擬信號相比有什么優(yōu)點?練習練習用一個發(fā)