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1、华中科技大学机械学院第六章、数字信号处理技术工程测试技术基础本章学习要求：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华中科技大学机械学院6.1 数字信号处理概述 第六章、数字信号处理技术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。内容包括数字波形分析、幅值分析、 频谱分析和数字滤波。0AtX(0) X(1)X(2)X(3)X(4)华中科技大学机械学院第六章、数字信号处理技术2、测试信号数字
2、化处理的基本步骤 物理信号 对象传 感 器电信号放 大 调 制电信号A/D 转换数字信号计 算 机显 示D/A 转换电信号控制物理信号华中科技大学机械学院6.1 数字信号处理概述 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华中科技大学机械学院6.1 数字信号处理概述 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。 华中科技大学机械学院6.1 数字信号处理概述 b)灵活、方便的计算机虚拟仪器开发系统华中科技大学机械学院6.1 数字信号处理概述 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)
3、虚拟仪器设计方案华中科技大学机械学院6.2 模数(A/D)和数模(D/A) 第六章、数字信号处理技术采样利用采样脉冲序列，从信号中抽取一系列离散值，使之成为采样信号x(nTs)的过程 编码将经过量化的值变为二进制数字的过程。 量化把采样信号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1、A/D转换 华中科技大学机械学院第六章、数字信号处理技术4位A/D: XXXXX(1) 0101 X(2) 0011 X(3) 0000华中科技大学机械学院实验： 6.2 模数(A/D)和数模(D/A) 华中科技大学机械学院2) A/D转换器的技术指标 6.2 模数(A/D)和数模(D/A) (3) 模
4、拟信号的输入范围; 如，5V， +/-5V，10V，+/-10V等。 (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) 转换速度; 指完成一次转换所用的时间，如:1ms(1KHz) ； 10us(100kHz) 华中科技大学机械学院2、D/A转换过程和原理 6.2 模数(A/D)和数模(D/A) D/A转换器是把数字信号转换为电压或电流信 号的装置。 D/A转换器的技术指标 分辨率; 转换速度; 模拟信号的输出范围;华中科技大学机械学院A/D、D/A转换过程中的量化误差实验： 6.2 模数(A/D)和数模(D/
5、A) 华中科技大学机械学院6.3 采样定理 第六章、数字信号处理技术采样是将采样脉冲序列p(t)与信号x(t)相 乘，取离散点x(nt)的值的过程。华中科技大学机械学院第六章、数字信号处理技术X(0), X(1), X(2), , X(n) 华中科技大学机械学院第六章、数字信号处理技术每周期应该有多少采样点 ？最少2点:华中科技大学机械学院第六章、数字信号处理技术华中科技大学机械学院第六章、数字信号处理技术实验： 华中科技大学机械学院频域解释 6.3 采样定理 0 t0f0 t0ft0 0f华中科技大学机械学院采样定理 6.3 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
6、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 2 Fmax 华中科技大学机械学院6.3 采样定理 需注意，满足采样定理，只保证不发生频率 混叠，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。华中科技大学机械学院6.3 采样定理 频混现象实验： 华中科技大学机械学院6.3 采样定理 频混计算： FsFsFsFs频混正常Fs/2工程处理：混迭频率=Fs-信号频率华中科技大学机械学院6.3 采样定理 A/D采样前的抗混迭滤波： 物理信号 对象传 感 器电信号放 大 调 制电信号A/D 转换数字信
7、号展开低通滤波(0 -Fs/2)放大华中科技大学机械学院6.3 采样定理 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。华中科技大学机械学院6.4 信号的截断、能量泄漏 第六章、数字信号处理技术为便于数学处理，对截断信号做周期延拓，得到虚拟的无限长信号。 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，这个过程称信号截断。 华中科技大学机械学院6.4 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()与 原始信号谱X()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。华中科技大学机械学院6.4 信号的截断、能量泄漏 周期延拓信号与真实信号是不同的：能量泄漏误差华中科技大学机械学院6.3 采样定理 能量泄漏实验： 华中科技大学机械学院6.4 信号的截断、能量泄漏 克服方法之一：信号整周期截断
