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模拟信号与数字信号
第三章 电子控制系统的信号处理
温故知新
1.常见的传感器有哪些？
2.传感器的作用？
获得外界的输入信息，并通过它将非电量信息转换成电信号输出。
3.电子控制系统的主要组成部分？
输入
传感器
控制（处理）
电子电路
输出
执行器等
数字信号与模拟信号
　　传感器将所获取的信号转换成电信号后，控制部分便对这些信号进行分析、比较、判断、放大、运算、传输、变换——最后向输出部分发出命令，控制执行机构的操作。对信号的分析、比较等过程统称为处理。
传感器
控制部分
执行器
数字信号与模拟信号
　　电子控制系统中对信号的处理过程是用电子电路来完成的。电子电路所处理的信号有：
电动楼梯静止状态
滑滑梯
数字信号和模拟信号两类
数字信号与模拟信号
楼梯
滑梯
不连续
连续
思考
数字信号与模拟信号
钱江海潮
观察气温
钱江潮
数字信号与模拟信号
家电商场
人口普查
　　请判断，下列量中那些是连续变化的？哪些是非
连续变化的？
　　1. 野外环境的亮度与地下仓库中的亮度；
　　2. 人的血压与人的脉搏；
　　3. 运动员滑冰所滑过的轨迹长度与走过同样距
离所用的步数；
　　4. 时光的流逝与数字钟所显示的时间的变化。
讨论
数字信号与模拟信号
数字信号与模拟信号
气象观察
气温变化
如何描述连续变化的量？
轿车生产流水线
生产量
月生产量
人日生产量
数字信号与模拟信号
如何描述非连续变化的量？
数字信号与模拟信号
　　信号波形模拟着信息的变化而变化信号称为模拟信号。通常，模拟信号泛指那些数值可连续变化的信号。
　　有些非连续变化的量可以用数字表示，若用二进制来表示这个数，并用高和低两个电平（level）代表二进制数中的“1”和“0”，则其形成的在高、低电平之间来回跳变的电信号就是通常所说的数字信号。
模拟信号
数字信号
0
0
u
u
t
t
小辞典
　　电平：在数字电路中，电压（或电流等（的大小分为高、低两级．例如，TTL电路的划分方法是：2.4V ～ 5V为高级，而0 V～ 0.8V为低级。
　　通常将这两个高、低不同的电压级（或电流级等）分别称为高电平和低电平。
数字信号与模拟信号
马上行动
　　1．在上图所示数字信号中，高电平代表1，低电平代表0(每1格代表1位二进制数，共5位，高位先到)，则该信号代表二进制数 ，它相当于十进制数 。
　　
数字信号
0
u
t
10011
19
数字信号与模拟信号
思考
　　下列信号中，哪些是模拟信号，哪些是数字信号？
　　1. 220V交流电的电压（交流正弦波电压）；
　　2. 海洋上船只与船只之间的灯光联络信号；
　　3. 手机5G信号。
　　请举出模拟信号与数字信号的例子各一个。
模拟信号
数字信号
数字信号
数字信号与模拟信号
数字信号只有“1”和“0”两个状态，但社会中还有一些信息是用信号的“有”“无”来表达的。
此外，处理对某一建议同意还是反对，一盏灯亮还是不亮，一个事件是真是假，同样可以用1和0来表示。
任务一：辨析开环电子控制系统及其应用
马上行动
　　请判断下列各例中哪些适合用1和0表示。
　　1．举重比赛中试举成功与否；
　　2．学生的考试成绩是否及格；
　　3．—个人的生与死；
　　4． —个人是好人还是坏人。
合适
合适
合适
不合适
模拟信号
　　演员的歌声经话筒转换成的电信号是模拟信号，一种处理方法是直接放大模拟信号，然后送到扬声器，人们便可欣赏到演员动人的歌喉。由于信号在处理过程中，不可避免地会产生失真并受到各种干扰因素的影响，因而听众所到的歌声也会失真，且伴有“沙沙”的噪音。
数字信号
　　另一种处理方法是先将此信号转换为数字信号，处理以后再将数字信号还原成模拟信号使扬声器发声。虽然数字信号在处理过程中同样会产生失真，受到干扰，其形状也会发生变化，但它所代表的数字(即“高”和“低”)并未改变。可见数字信号在处理过程中，受波形失真和干扰的影响很小，所以听众能听到音色逼真，不带噪音的歌声。
数字信号
数字信号 容易处理
　　数字信号只有高、低两个电平，容易识别，失真和干扰对数字信号影响小。
数字调音台
数字信号
数字信号的优点：
　　数字信号具有容易处理、处理精度高、
便于记录保存等优点。
模拟信号的优缺点呢？
数字信号和模拟信号
用磁带录下播放的音乐，用光盘复制音乐，哪个音质好？
数字信号和模拟信号
　　光盘是在塑料母片上用激光“烧”出许
多直径不到1μm，沿光盘圆周方向排列的小
坑，有小坑的代表“0”，没有小坑代表
“1”。读盘时，光盘顺时针转动，激光射
到光盘面上。依据小坑的有和无所造成的反
射光的有和无分辩出所记录的信号是“1”
还是“0”。
小资料
数字信号和模拟信号
　　录音磁带的带基上涂着一层磁粉，实际上就是许多铁磁性小
颗粒。磁带紧贴着录音磁头走过，音频电流使得录音头缝隙处磁
场的强弱、方向不断变化，磁带上的磁粉也就被磁化成一个个磁
极方向和磁性强弱各不相同的“小磁铁”，声音信号就这样记录
在磁带上了。
模拟信号与数字信号之间的相互转换
　　模拟信号转换为数字信号的电路称模数转换器。
　　数字信号转换为模拟信号的电路称数模转换器。
模拟信号与数字信号之间的相互转换
　　将模拟信号转换为数字信号的过程可分为采样、保持、量化、编码四步。
　　采样：每隔一段时间对模拟信号的幅值抽取样品，使图(a)中的模拟信号变成图(b)中的脉冲信号；
　　保持：将图(b)中的脉冲信号变成图(c)中的阶梯信号，以便处理；
　　量化：将图(c)中每个阶梯的幅值舍去零头，保留整数，得到图(d) ；
　　编码：将图(d) 中每个阶梯的幅值对应的数字用二进制数字表示，并转化为数字信号，如图(e) 所示。
图(a)　　　　　 图(b) 　　　　　 图(c)　　　　　 图(d)　　　　　 图(e) 　　
课堂小结
电子电路所处理的信号有：数字信号和模拟信号两类。
模拟信号泛指那些数值可连续变化的信号。
二进制数中的“1”和“0”，形成在高、低电平之间来回跳变的电信号称为数字信号。
数字信号容易处理、处理精度高、便于记录保存等优点。
谢 谢！

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