第六章、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)

第六章、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)本章學(xué)習(xí)要求：1.了解信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換原理

2.掌握信號(hào)采樣定理，能正確選擇采樣頻率

3.了解數(shù)字信號(hào)處理中信號(hào)截?cái)?、能量泄露、柵欄效?yīng)等現(xiàn)象

4.掌握常用的數(shù)字信號(hào)處理方法6.1數(shù)字信號(hào)處理概述

第六章、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)1、數(shù)字信號(hào)處理的主要研究?jī)?nèi)容

數(shù)字信號(hào)處理主要研究用數(shù)字序列來表示測(cè)試信號(hào)，并用數(shù)學(xué)公式和運(yùn)算來對(duì)這些數(shù)字序列進(jìn)行處理。內(nèi)容包括數(shù)字波形分析、幅值分析、頻譜分析和數(shù)字濾波。0AtX(0)X(1)X(2)X(3)X(4)第六章、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)2、測(cè)試信號(hào)數(shù)字化處理的基本步驟

物理信號(hào)對(duì)象傳感器電信號(hào)放大調(diào)制電信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)計(jì)算機(jī)顯示D/A轉(zhuǎn)換電信號(hào)控制物理信號(hào)6.1數(shù)字信號(hào)處理概述

3、數(shù)字信號(hào)處理的優(yōu)勢(shì)1)用數(shù)學(xué)計(jì)算和計(jì)算機(jī)顯示代替復(fù)雜的電路和機(jī)械結(jié)構(gòu)6.1數(shù)字信號(hào)處理概述

2)計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)發(fā)展的有力推動(dòng)a)多種多樣的工業(yè)用計(jì)算機(jī)。

6.1數(shù)字信號(hào)處理概述

b)靈活、方便的計(jì)算機(jī)虛擬儀器開發(fā)系統(tǒng)6.1數(shù)字信號(hào)處理概述

案例：鐵路機(jī)車FSK信號(hào)檢測(cè)與分析京廣線計(jì)劃提速到200公里/小時(shí)合作任務(wù)：機(jī)車狀態(tài)信號(hào)識(shí)別(頻率解調(diào))虛擬儀器設(shè)計(jì)方案6.2模數(shù)(A/D)和數(shù)模(D/A)第六章、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)采樣――利用采樣脈沖序列，從信號(hào)中抽取一系列離散值，使之成為采樣信號(hào)x(nTs)的過程．編碼――將經(jīng)過量化的值變?yōu)槎M(jìn)制數(shù)字的過程。

量化――把采樣信號(hào)經(jīng)過舍入變?yōu)橹挥杏邢迋€(gè)有效數(shù)字的數(shù)，這一過程稱為量化．1、A/D轉(zhuǎn)換

第六章、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)4位A/D:XXXXX(1)0101X(2)0011X(3)0000實(shí)驗(yàn)：

6.2模數(shù)(A/D)和數(shù)模(D/A)2)A/D轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)

6.2模數(shù)(A/D)和數(shù)模(D/A)(3)模擬信號(hào)的輸入范圍;如，5V，+/-5V，10V，+/-10V等。(1)分辨率;

用輸出二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)表示。位數(shù)越多，量化誤差越小，分辨力越高。常用有8位、10位、12位、16位等。(2)轉(zhuǎn)換速度;指完成一次轉(zhuǎn)換所用的時(shí)間，如:1ms(1KHz)；10us(100kHz)2、D/A轉(zhuǎn)換過程和原理

6.2模數(shù)(A/D)和數(shù)模(D/A)D/A轉(zhuǎn)換器是把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓或電流信號(hào)的裝置。

D/A轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)

分辨率;轉(zhuǎn)換速度;模擬信號(hào)的輸出范圍;A/D、D/A轉(zhuǎn)換過程中的量化誤差實(shí)驗(yàn)：

6.2模數(shù)(A/D)和數(shù)模(D/A)6.3采樣定理

第六章、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)采樣是將采樣脈沖序列p(t)與信號(hào)x(t)相乘，取離散點(diǎn)x(nt)的值的過程。第六章、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)X(0),X(1),X(2),……,X(n)

第六章、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)每周期應(yīng)該有多少采樣點(diǎn)？最少2點(diǎn):第六章、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)第六章、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)實(shí)驗(yàn)：

頻域解釋

6.3采樣定理

0t0f0t0ft00f采樣定理

6.3采樣定理

為保證采樣后信號(hào)能真實(shí)地保留原始模擬信號(hào)信息，信號(hào)采樣頻率必須至少為原信號(hào)中最高頻率成分的2倍。這是采樣的基本法則，稱為采樣定理。Fs＞2Fmax

6.3采樣定理

需注意，滿足采樣定理，只保證不發(fā)生頻率混疊，而不能保證此時(shí)的采樣信號(hào)能真實(shí)地反映原信號(hào)x(t)。工程實(shí)際中采樣頻率通常大于信號(hào)中最高頻率成分的3到5倍。6.3采樣定理

頻混現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)：

6.3采樣定理

頻混計(jì)算：

FsFsFsFs頻混正常Fs/2工程處理：混迭頻率=Fs-信號(hào)頻率6.3采樣定理

A/D采樣前的抗混迭濾波：

物理信號(hào)對(duì)象傳感器電信號(hào)放大調(diào)制電信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)展開低通濾波(0-Fs/2)放大6.3采樣定理

動(dòng)手做：將聲卡作為A/D、D/A卡,設(shè)計(jì)一個(gè)雙通道信號(hào)采集器和信號(hào)發(fā)生器。6.4信號(hào)的截?cái)唷⒛芰啃孤?/p>

第六章、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)為便于數(shù)學(xué)處理，對(duì)截?cái)嘈盘?hào)做周期延拓，得到虛擬的無限長(zhǎng)信號(hào)。

用計(jì)算機(jī)進(jìn)行測(cè)試信號(hào)處理時(shí)，不可能對(duì)無限長(zhǎng)的信號(hào)進(jìn)行測(cè)量和運(yùn)算，而是取其有限的時(shí)間片段進(jìn)行分析，這個(gè)過程稱信號(hào)截?cái)唷?.4信號(hào)的截?cái)唷⒛芰啃孤?/p>

周期延拓后的信號(hào)與真實(shí)信號(hào)是不同的，下面我們就從數(shù)學(xué)的角度來看這種處理帶來的誤差情況。

設(shè)有余弦信號(hào)x(t),

用矩形窗函數(shù)w(t)與其相乘，得到截?cái)嘈盘?hào):y(t)=x(t)w(t)將截?cái)嘈盘?hào)譜XT(ω)與原始信號(hào)譜X(ω)相比較可知，它已不是原來的兩條譜線，而是兩段振蕩的連續(xù)譜.原來集中在f0處的能量被分散到兩個(gè)較寬的頻