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模擬信號與數字信號
第三章 電子控制系統的信號處理
溫故知新
1.常見的傳感器有哪些？
2.傳感器的作用？
獲得外界的輸入信息，并通過它將非電量信息轉換成電信號輸出。
3.電子控制系統的主要組成部分？
輸入
傳感器
控制（處理）
電子電路
輸出
執行器等
數字信號與模擬信號
　　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——最后向輸出部分發出命令，控制執行機構的操作。對信號的分析、比較等過程統稱為處理。
傳感器
控制部分
執行器
數字信號與模擬信號
　　電子控制系統中對信號的處理過程是用電子電路來完成的。電子電路所處理的信號有：
電動樓梯靜止狀態
滑滑梯
數字信號和模擬信號兩類
數字信號與模擬信號
樓梯
滑梯
不連續
連續
思考
數字信號與模擬信號
錢江海潮
觀察氣溫
錢江潮
數字信號與模擬信號
家電商場
人口普查
　　請判斷，下列量中那些是連續變化的？哪些是非
連續變化的？
　　1. 野外環境的亮度與地下倉庫中的亮度；
　　2. 人的血壓與人的脈搏；
　　3. 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；
　　4. 時光的流逝與數字鐘所顯示的時間的變化。
討論
數字信號與模擬信號
數字信號與模擬信號
氣象觀察
氣溫變化
如何描述連續變化的量？
轎車生產流水線
生產量
月生產量
人日生產量
數字信號與模擬信號
如何描述非連續變化的量？
數字信號與模擬信號
　　信號波形模擬著信息的變化而變化信號稱為模擬信號。通常，模擬信號泛指那些數值可連續變化的信號。
　　有些非連續變化的量可以用數字表示，若用二進制來表示這個數，并用高和低兩個電平（level）代表二進制數中的“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字信號。
模擬信號
數字信號
0
0
u
u
t
t
小辭典
　　電平：在數字電路中，電壓（或電流等（的大小分為高、低兩級．例如，TTL電路的劃分方法是：2.4V ～ 5V為高級，而0 V～ 0.8V為低級。
　　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。
數字信號與模擬信號
馬上行動
　　1．在上圖所示數字信號中，高電平代表1，低電平代表0(每1格代表1位二進制數，共5位，高位先到)，則該信號代表二進制數 ，它相當于十進制數 。
　　
數字信號
0
u
t
10011
19
數字信號與模擬信號
思考
　　下列信號中，哪些是模擬信號，哪些是數字信號？
　　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絡信號；
　　3. 手機5G信號。
　　請舉出模擬信號與數字信號的例子各一個。
模擬信號
數字信號
數字信號
數字信號與模擬信號
數字信號只有“1”和“0”兩個狀態，但社會中還有一些信息是用信號的“有”“無”來表達的。
此外，處理對某一建議同意還是反對，一盞燈亮還是不亮，一個事件是真是假，同樣可以用1和0來表示。
任務一：辨析開環電子控制系統及其應用
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
模擬信號
　　演員的歌聲經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，人們便可欣賞到演員動人的歌喉。由于信號在處理過程中，不可避免地會產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真，且伴有“沙沙”的噪音。
數字信號
　　另一種處理方法是先將此信號轉換為數字信號，處理以后再將數字信號還原成模擬信號使揚聲器發聲。雖然數字信號在處理過程中同樣會產生失真，受到干擾，其形狀也會發生變化，但它所代表的數字(即“高”和“低”)并未改變。可見數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。
數字信號
數字信號 容易處理
　　數字信號只有高、低兩個電平，容易識別，失真和干擾對數字信號影響小。
數字調音臺
數字信號
數字信號的優點：
　　數字信號具有容易處理、處理精度高、
便于記錄保存等優點。
模擬信號的優缺點呢？
數字信號和模擬信號
用磁帶錄下播放的音樂，用光盤復制音樂，哪個音質好？
數字信號和模擬信號
　　光盤是在塑料母片上用激光“燒”出許
多直徑不到1μm，沿光盤圓周方向排列的小
坑，有小坑的代表“0”，沒有小坑代表
“1”。讀盤時，光盤順時針轉動，激光射
到光盤面上。依據小坑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“1”
還是“0”。
小資料
數字信號和模擬信號
　　錄音磁帶的帶基上涂著一層磁粉，實際上就是許多鐵磁性小
顆粒。磁帶緊貼著錄音磁頭走過，音頻電流使得錄音頭縫隙處磁
場的強弱、方向不斷變化，磁帶上的磁粉也就被磁化成一個個磁
極方向和磁性強弱各不相同的“小磁鐵”，聲音信號就這樣記錄
在磁帶上了。
模擬信號與數字信號之間的相互轉換
　　模擬信號轉換為數字信號的電路稱模數轉換器。
　　數字信號轉換為模擬信號的電路稱數模轉換器。
模擬信號與數字信號之間的相互轉換
　　將模擬信號轉換為數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)中的脈沖信號變成圖(c)中的階梯信號，以便處理；
　　量化：將圖(c)中每個階梯的幅值舍去零頭，保留整數，得到圖(d) ；
　　編碼：將圖(d) 中每個階梯的幅值對應的數字用二進制數字表示，并轉化為數字信號，如圖(e) 所示。
圖(a)　　　　　 圖(b) 　　　　　 圖(c)　　　　　 圖(d)　　　　　 圖(e) 　　
課堂小結
電子電路所處理的信號有：數字信號和模擬信號兩類。
模擬信號泛指那些數值可連續變化的信號。
二進制數中的“1”和“0”，形成在高、低電平之間來回跳變的電信號稱為數字信號。
數字信號容易處理、處理精度高、便于記錄保存等優點。
謝 謝！

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