数字信号分析理论与实践 (2).pdf

《数字信号分析理论与实践 (2).pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字信号分析理论与实践 (2).pdf（39页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第一单元：计算机测量仪器系统本节将要学习：1.计算机测量系统结构2.采样定理3.Matlab信号分析程序设计初步4.Arduino卡传感器信号采集应用数字信号分析理论与实践信号采集信号放大传感器数据总线数据总线1.1计算机测量仪器系统 计算机测量仪器，又称虚拟仪器，是用计算机作为仪器主体。传感器信号经过放大和信号采集后，通过数据总线传输到计算机中，再由计算机软件进行分析、显示。信号分析模拟信号模拟信号数字信号第一单元：计算机测量仪器系统第一单元：计算机测量仪器系统计算机工业测控系统架构第一单元：计算机测量仪器系统计算机化测量仪器第一单元：计算机测量仪器系统在计算机上完成测量分析工作手机上有大约

2、13种传感器第一单元：计算机测量仪器系统本课程特色：利用手机和计算机上的资源进行数字信号处理课程理论和实验学习。应用实例1：手机振动信号采集与计步静止跑步跑步QQ计步第一单元：计算机测量仪器系统演示实验+应用实例2：计算机声音信号采集与分析第一单元：计算机测量仪器系统声级计应用实例3：计算机视频信号采集与分析第一单元：计算机测量仪器系统vid=videoinput(winvideo,1,YUY2_640 x480);set(vid,ReturnedColorSpace,rgb);preview(vid);start(vid);第一单元：计算机测量仪器系统基于Arduino的低价位计算机传感器信

3、号测量系统传感器调理电路数据采集卡数据总线数字信号分析第一单元：计算机测量仪器系统演示：Matlab+Arduino卡亮度信号采集实验第一单元：计算机测量仪器系统第一单元：计算机测量仪器系统数字信号分析理论与实践小发电机风速测量演示1.2A/D转换 A/D转换就是模数转换，也就是把模拟信号转换成数字信号。A/D转换主要有积分型、逐次逼近型、并行比较型/串并行型等。x(0)，x(1),x(2),x(3),.第一单元：计算机测量仪器系统0AtA/D转换器的主要参数(1)A/D转换器位数和精度8bit,10bit,12bit,16bit(2)A/D转换时间1ms(1KHz)；10us(100kHz)

4、(3)电压输入范围0-5V，0-10V，+/-5V，+/-10V第一单元：计算机测量仪器系统 8BitAD:0-255 10BitAD:0-1023 12BitAD:0-4096 16BitAD:24BitAD:32BitAD:A/D转换精度例:8位AD,0-5V,满量程精度=5/256=0.02V相对误差=(1/255)%=0.4%第一单元：计算机测量仪器系统1.3D/A转换 D/A转换就是数模转换，也就是把数字信号转换成模拟信号主要参数:(1)D/A转换器位数和精度8bit,10bit,12bit,16bit(2)D/A转换时间1ms(1KHz)；10us(100kHz)(3)电压输出范围

5、0-5V，+/-5V，0-10V，+/-10V第一单元：计算机测量仪器系统实验：A/D、D/A位数的影响（声卡）第一单元：计算机测量仪器系统1.4采样定理例:2016年5月12日，武汉市城区24小时的温度数据 在计算机化测量系统中，采样就是将连续的传感器模拟信号，通过A/D转换，转化为计算机能够分析的离散的数字量。第一单元：计算机测量仪器系统采样就是将离散脉冲序列与信号相乘，取离散点值的过程。第一单元：计算机测量仪器系统脉冲信号p(t)*连续信号x(t)（1）第一单元：计算机测量仪器系统X(0),X(1),X(2),X(n)（2）（3）（4）采样密度，每周期该采多少点？第一单元：计算机测量仪器

6、系统至少2个点，点与点连线恢复时能保证最基本的周期信息采样定理（NyquistShannon）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 在工程领域，为保证采样信号的质量Fs 5 Fmax 第一单元：计算机测量仪器系统采样过程中的频率混叠 频率混迭是采样频率不满足采样定理时，信号中的高频成分会被不正确的采样成低频成分，这一现象称为频率混迭。频率混叠是信号离散采样所引起的一个特有现象和重要概念。例：用100Hz采样频率对95Hz的正弦信号进行采样时，其输出是一个5Hz的正弦信号。第一单元：计

7、算机测量仪器系统频率混叠的频域解释第一单元：计算机测量仪器系统0tf信号波形信号频谱0tf采样脉冲波形采样脉冲频谱0t0f采样信号波形采样信号频谱采样频率恰当时域相乘=频域卷积频率混叠的频域解释第一单元：计算机测量仪器系统0tf信号波形信号频谱0tf采样脉冲波形采样脉冲频谱采样频率过低t00f时域相乘=频域卷积采样信号波形采样信号频谱FsFsFsFsFs/2频率反折例：例：60Hz正弦波信号60Hz正弦波信号采样频率=100Hz采样频率=100Hz混迭频率=？混迭频率=？第一单元：计算机测量仪器系统欠采样信号的频谱正常采样信号的频谱频率混叠实验第一单元：计算机测量仪器系统A/D采样前的抗混迭滤

8、波：物理信号对象对象传传感感器器电信号放放大大调调制制电信号A/D转换转换数字信号展开展开低通滤波低通滤波(0-Fs/2)放大放大第一单元：计算机测量仪器系统1.5基于声卡的测试系统声卡是电脑主要部件之一，声卡上有D/A芯片，用来把数字化声音信号转换成模拟信号，同时还有A/D芯片，用来把模拟声音信号转换成数字信号，实验学习时可以将声卡作为双通道A/D卡和D/A卡。采样频率：11025/22050/44100 HZ采样频率：11025/22050/44100 HZA/D位数：8bit/16bit/24bit/32bitA/D位数：8bit/16bit/24bit/32bit第一单元：计算机测量仪

9、器系统实验：用声卡采集声音信号(A/D)这里用到这里用到Matlab编程语言编程语言稍后介绍稍后介绍Fs=11025;N=44100t=0:N-1/N;x=wavrecord(N,Fs);plot(t,x);set(gca,color,0.95,0.95,0.95);第一单元：计算机测量仪器系统第一单元：计算机测量仪器系统实验：用声卡输出标准音信号（D/A）Fs=44100;dt=1.0/Fs;T=2;N=T/dtt=0:N-1/N;x=0.3*sin(2*pi*600*t);plot(t,x);axis(0,0.01,-0.5,0.5);wavplay(x,Fs);set(gca,color,0.95,0.95,0.95);第一单元：计算机测量仪器系统第一单元：计算机测量仪器系统回顾：计算机测量仪器系统第一单元：计算机测量仪器系统信号采集信号放大传感器数据总线数据总线信号分析模拟信号数字信号模拟信号热电阻调理模块ArduinoUSB计算机作业：1、列出你身边应用数字信号采集、分析技术的例子。2、简述采样定理和采样信号的频率混叠原因。第一单元：计算机测量仪器系统数字信号分析理论与实践