資源簡介

(共21張PPT)
模擬信號和數字信號
Annual Work Summary Report
2021
2022
2023
目 錄
O1
識別模擬信號和數字信號
O2
辨析模擬信號和數字信號各自的特點
O3
初識模擬信號和數字信號的轉換
走進情景
李虹同學發現校內園林灌溉用水均源自附近的小河，為防止受污染的河水影響植物的正常生長，她決定和同學們一起研制一臺水質探測儀，能隨時監測水質以保證植物正常生長。從哪里開始呢 經過前面的學習，同學們發現除傳感器外，電子作品的設計和制作還應用了許多其他元器件，李虹同學分析，傳感器將所獲取的信息轉換成電信號后，這些元器件組成的電路負責對信號進行分析處理，她提議大家先從系統地學習電子電路知識開始。
走進情景
傳感器將所獲取的信息轉換成電信號后，控制部分便對這些信號進行分析、比較、判斷、放大、運算、變換等，最后向輸出部分發出命令，控制執行機構的操作。上述對信號的分析、比較等過程統稱為處理。
電子控制系統中對信號的處理過程是由電子電路完成的。電子電路所處理的信號有哪些類型呢
識別模擬信號和數字信號
連續變化與不連續變化
Annual Work Summary Report
#O1
#2022
量的變化
大千世界，包羅萬象。任何事和物，無論是自然的還是社會的，無一不在起運動著和變化著。就其量的變化而言，有連續變化和非連續變化兩種情形。
在實數范疇中，環境的溫度、水面的高度是連續變化的，而某單位的人員數、家電商場的貨物數是非連續變化的，這些數通常是以1個人或1件貨物等為計數單位的整數。連續變化的量，可用連續變化的曲線或直線描述;非連續變化的量，可用柱狀圖或數字等表示。
生活中的例子
溫度的變化是連續變化
貨物的數量是非連續變化
模擬信號
電子控制系統需要處理的信息必須轉化成電信號。如聲音必須經話筒轉換成電壓信號后才能進行放大處理，轉換時，話筒輸出電壓信號的波形應與聲音的波形一致，即模擬聲音強弱的變化，否則就不能反映聲音的原貌。這種模擬聲音波形的信號稱為模擬信號。通常，模擬信號泛指那些數值可連續變化的信號。
數字信號
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代表進制中的 “1”和“0”， 則其形成的在高、 低電平之間來回跳變的電壓信號就是通常所說的數字信號。
思維碰撞
1.下列信號中，哪些是模擬信號，哪些是數字信號
(1)220V交變電流的電壓(交變電流是正弦波電壓);
(2)海洋上船只與船只之間的燈光聯絡信號。
2.請舉出模擬信號與數字信號的例子各一個。
以上所舉的數字信號的例子中，“1” (高電平)和“0”(低電平)都是代表1位二進制數字。社會生活中還有一-些信息是用信號的“有”和“無”來表達的。例如，古代邊關發現敵情時，便在烽火臺上一個接個地點起狼煙傳遞情報，即發現敵人的信息是靠有、無狼煙來表達的。如果將這些信息改用電信號表示，也應使用高電平和低電平，即用1與0表示。一盞電燈亮還是不亮，同樣可以用1和0來表達。可見數字信號中的1和0除了表示數字外，還可以表示信號的“有”和“無”、命題的“真”和“假”等事物間的關系。
辨析模擬信號和數字信號各自的特點
數字信號抗干擾，模擬信號表達豐富
Annual Work Summary Report
#02
#2022
案例分析
模擬信號與數字信號
演員的歌聲經話簡轉換的電信號是模擬信號。
一種處理方法是直接放大模擬信號，然后送到揚聲器還原出放大的聲音。由于信號在處理過程中不可避免地會產生失真，同時還會受到來自各種干擾因素的影響，因而人們聽到的歌聲也會失真，且伴有“沙沙”的噪聲。
另一種處理方法是先將模擬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?？梢姅底中盘栐谔幚磉^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、不帶噪聲的歌聲。
數字信號受干擾小的原因如圖3- 9所示。識別有失真和受干擾影響的數字信號的方法是，設置一個電壓門檻(它應介于高電平與低電平之間)，高于此門檻的信號傳過去后，輸出為1，低于此門檻的信號傳過去后，輸出為0。
分析總結
從以上案例中可以看出，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。
那么數字信號處理的精度如何呢
案例分析
分析總結
電子計時器之所以有這么高的計時精度原因之一就是它 在測量過程中使用了數字信號，也可以說數字信號處理精度高。
數字信號便于記錄和保存。由于數字信號中只有1和0兩個值，可以很方便地用(具有記憶功能的)電路輸出電壓的高和低、電容上電荷的有和無、磁性物質的極化方向等方式記錄保存，也可用打孔的方法，如穿孔卡利用孔的有和無、光盤利用有無凹坑記錄1和0，還可以直接將1和0打印在紙上記錄保存。
記錄模擬信號就沒有記錄數字信號那樣簡單，因為模擬信號包含的信息變化的細節非常豐富，在記錄模擬信號時，要保持與原波形不走樣，在技術上也有難度，這也就是經多次復制的模擬信號會越來越失真的原因。
模擬信號的優點是信息變化的細節豐富，能直觀反映自然界的很多現象，且容易實現，但同時，它的嚴重缺點是抗干擾能力差。
初識模擬信號和數字信號的轉換
A/D轉換，D/A轉換
Annual Work Summary Report
#03
#2022
自然界中的物理量經傳感器轉換成的電信號大多數為模擬信號，送入計算機或其他電子控制系統處理之前必須先轉換成數字信號。
這種能將模擬信號轉換成數字信號的電路稱為模數轉換器( A/D)。
數字信號被處理后，通常還要恢復成模擬信號，去控制執行元件工作。能將數字信號轉換為模擬信號的電路稱為數模轉換器( DA )
電子控制系統中，信號的轉換過程如圖3- 12所示。
謝謝大家
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