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第三章　电子控制系统的信号处理
课时1　模拟信号与数字信号
任务一　识别模拟信号和数字信号
1.连续变化的量与非连续变化的量
任何事和物，就其量的变化而言，有连续变化和非连续变化两种情形。连续变化的量，可用连续变化的曲线或直线描述；非连续变化的量，可用柱状图或数字等表示。
2.模拟信号和数字信号
(1)模拟信号
模拟信号：____________________________________；
(2)数字信号
数字信号：____________________________________；
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代表二进制中的“1”和“0”，则其形成的在高、低电平之间来回跳变的电压信号就是通常所说的数字信号。
3.电平
在数字电路中，电压(或电流等)的大小分为高、低两级，通俗地说，将这两个高、低不同的电压级(或电流级等)分别称为________和________。
4.数字信号中“1”和“0”的意义
数字信号中的1和0没有大小之分，只代表两种对立的状态，称为逻辑1和逻辑0。“1”(高电平)和“0”(低电平)可以代表1位二进制数字。数字信号中的1和0除了表示数字外，还可以表示信号的“有”和“无”，命题的“真”和“假”等事物之间的关系。
任务二　辨析模拟信号和数字信号各自的特点
1.模拟信号的特点
(1)优点：信息变化的细节丰富，能直观反映自然界的很多形象，且容易实现。
(2)缺点：抗干扰能力差。
2.数字信号的特点
(1)优点
数字信号只有高、低两个电平，容易识别，抗干扰能力强，处理精度高，便于记录和保存。
(2)受干扰小的原因
识别有失真和受干扰影响的数字信号的方法是：设置一个电压门槛(它应介于高电平与低电平之间)，高于此门槛的信号传过去后，输出为1，低于此门槛的信号传过去后，输出为0。
任务三　初识模拟信号与数字信号相互转换的过程
1.模数转换器(A/D)
自然界中的物理量经传感器转换成的电信号大多数为模拟信号，送入计算机或其他电子控制系统处理之前必须先转换成数字信号。能将__________转换成________的电路称为模数转换器(A/D)。
2.数模转换器(D/A)
数字信号被处理后，通常还要恢复成模拟信号，去控制执行元件工作。能将________转换为________的电路称为数模转换器(D/A)。
3.信号的转换过程
重难点1　模拟信号和数字信号的比较
信号类型 图像 特征 描述 在电路中的表现方式
模拟信号 在时间和数值上连续变化 连续变化的直线或曲线 连续变化的电磁波或电压信号
数字信号 在时间和数值上非连续变化 柱状图或数字 电压脉冲或光脉冲
例1 下列信号中属于模拟信号的是(　　)
变式训练1 下列可以认为是模拟信号的是(　　)
A.只有高低电平跳变的矩形脉冲信号
B.随声音作连续变化的电压信号
C.数字电视接收的信号
D.干簧管的输出信号
重难点2　“1”和“0”的理解
这里的“1”和“0”没有大小之分，只代表两种对立的状态，称为逻辑1和逻辑0。
例2 逻辑“0”和逻辑“1”可以表示(　　)
A.开关的闭合、断开 B.电位的高、低
C.真与假 D.以上都可以
变式训练2 下列事件不适合用一位二进制数“0”和“1”表示的是(　　)
A.小明是不是比自己高
B.要不要去参加聚会
C.今天会不会下雨
D.对客服人员进行“满意”“一般”和“不满意”的评价
1.逻辑变量的取值有1和0，可以表示(　　)
A.电位的高低 B.电流的大小
C.电阻的大小 D.电容的大小
2.下列关于数字信号的说法中错误的是(　　)
A.数字信号只有高低两个电平
B.数字信号在时间和数值上均是连续变化的
C.数字信号中只有“1”和“0”两种状态
D.数字信号简单，稳定可靠
3.下列信号中，可以当作模拟信号的是(　　)
A.收音机接收的无线电信号
B.手机数据信息
C.海上船舶之间的灯光联络信号
D.数字电视接收的信号
4.下列不属于模拟信号的是(　　)
A.一天中的气温变化
B.220 V交流电的电压(交流正弦电压)
C.数字电压表显示的电压
D.电网中的电压信号
5.二十世纪九十年代手机采用模拟信号进行通信，外界有电磁波干扰会影响通讯效果，现在手机通信采用数字信号通信，外界电磁波干扰影响很小，该案例说明数字信号具有的优点是(　　)
A.抗干扰能力强 B.处理精度高
C.便于记忆保存 D.以上都有
6.下列传感器能输出连续变化电信号的有(　　)
A.②③④⑤ B.①③④⑤
C.②③⑤ D.①②④⑤
课时1　模拟信号与数字信号
任务清单与知识构建
任务一
2．(1)在时间上和数值上连续变化的信号　(2)在时间上和数值上非连续变化的信号
3．高电平　低电平
任务三
1．模拟信号　数字信号
2．数字信号　模拟信号
案例导学厘清重难点
例1　B　[本题考查模拟信号与数字信号的不同特性。模拟信号是在时间和取值上均连续变化的信号。手机短信息信号是典型的数字信号，算盘珠位置不是连续变化的，狼烟只有有烟和无烟两种状态，只有车速信号在时间和取值上均连续。]
变式训练1　B　[根据模拟信号和数字信号的定义，ACD是数字信号，B属于模拟信号。]
例2　D　[本题考查数字信号中1和0的意义，1和0并不是表示数值的大小，它可以表示开关的“闭合”和“断开”、电位的“高”和“低”，信号的“有”和“无”，命题的“真”和“假”等。]
变式训练2　D　[一位二进制数“0”和“1”只能表示两种对立的状态，“满意”“一般”和“不满意”有三种评价状态，不能表示。]
随堂达标检测
1．A　[1和0并不是表示数值的大小，“1”(高电平)和“0”(低电平)可以代表1位二进制数字，“1”(高电平)和“0”(低电平)也可代表信号的“有”和“无”，命题的“真”和“假”等事物之间的关系。故选A。]
2．B　[数字信号在时间和数值上均是非连续变化的，模拟信号在时间和数值上均是连续变化的。]
3．A　[数字信号在大小和时间上均不连续，模拟信号在大小和时间上均连续。B、C、D属于数字信号。故选A。]
4．C　[选项C中的信号是非连续变化的信号，属于数字信号。故选C。]
5．A　[数字信号抗干扰能力强，方便加工处理。]
6．A　[①为干簧管，只有通断两种状态，所以输出数字信号。②为光敏电阻，③为湿敏电阻，④为气敏传感器，⑤为热敏电阻，均会随着外界环境的变化，其输出电信号也连续变化。](共45张PPT)
课时1　模拟信号与数字信号
第三章　电子控制系统的信号处理
目 录
CONTENTS
任务清单与知识构建
01
案例导学厘清重难点
02
随堂达标检测
03
课时分层训练
04
任务清单与知识构建
1
任务一　识别模拟信号和数字信号
1.连续变化的量与非连续变化的量
任何事和物，就其量的变化而言，有连续变化和非连续变化两种情形。连续变化的量，可用连续变化的曲线或直线描述；非连续变化的量，可用柱状图或数字等表示。
2.模拟信号和数字信号
(1)模拟信号
模拟信号：________________________________；
(2)数字信号
数字信号：__________________________________；
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代表二进制中的“1”和“0”，则其形成的在高、低电平之间来回跳变的电压信号就是通常所说的数字信号。
在时间上和数值上连续变化的信号
在时间上和数值上非连续变化的信号
3.电平
在数字电路中，电压(或电流等)的大小分为高、低两级，通俗地说，将这两个高、低不同的电压级(或电流级等)分别称为________和________。
4.数字信号中“1”和“0”的意义
数字信号中的1和0没有大小之分，只代表两种对立的状态，称为逻辑1和逻辑0。“1”(高电平)和“0”(低电平)可以代表1位二进制数字。数字信号中的1和0除了表示数字外，还可以表示信号的“有”和“无”，命题的“真”和“假”等事物之间的关系。
高电平
低电平
任务二　辨析模拟信号和数字信号各自的特点
1.模拟信号的特点
(1)优点：信息变化的细节丰富，能直观反映自然界的很多形象，且容易实现。
(2)缺点：抗干扰能力差。
2.数字信号的特点
(1)优点
数字信号只有高、低两个电平，容易识别，抗干扰能力强，处理精度高，便于记录和保存。
(2)受干扰小的原因
识别有失真和受干扰影响的数字信号的方法是：设置一个电压门槛(它应介于高电平与低电平之间)，高于此门槛的信号传过去后，输出为1，低于此门槛的信号传过去后，输出为0。
任务三　初识模拟信号与数字信号相互转换的过程
1.模数转换器(A/D)
自然界中的物理量经传感器转换成的电信号大多数为模拟信号，送入计算机或其他电子控制系统处理之前必须先转换成数字信号。能将__________转换成__________的电路称为模数转换器(A/D)。
2.数模转换器(D/A)
数字信号被处理后，通常还要恢复成模拟信号，去控制执行元件工作。能将__________转换为__________的电路称为数模转换器(D/A)。
模拟信号
数字信号
数字信号
模拟信号
3.信号的转换过程
案例导学厘清重难点
2
重难点1　模拟信号和数字信号的比较
例1 下列信号中属于模拟信号的是(　　)
解析　本题考查模拟信号与数字信号的不同特性。模拟信号是在时间和取值上均连续变化的信号。手机短信息信号是典型的数字信号，算盘珠位置不是连续变化的，狼烟只有有烟和无烟两种状态，只有车速信号在时间和取值上均连续。
B
变式训练1 下列可以认为是模拟信号的是(　　)
A.只有高低电平跳变的矩形脉冲信号
B.随声音作连续变化的电压信号
C.数字电视接收的信号
D.干簧管的输出信号
解析　根据模拟信号和数字信号的定义，ACD是数字信号，B属于模拟信号。
B
重难点2　“1”和“0”的理解
这里的“1”和“0”没有大小之分，只代表两种对立的状态，称为逻辑1和逻辑0。
例2 逻辑“0”和逻辑“1”可以表示(　　)
A.开关的闭合、断开 B.电位的高、低
C.真与假 D.以上都可以
解析　本题考查数字信号中1和0的意义，1和0并不是表示数值的大小，它可以表示开关的“闭合”和“断开”、电位的“高”和“低”，信号的“有”和“无”，命题的“真”和“假”等。
D
解析　一位二进制数“0”和“1”只能表示两种对立的状态，“满意”“一般”和“不满意”有三种评价状态，不能表示。
D
随堂达标检测
3
1.逻辑变量的取值有1和0，可以表示(　　)
A.电位的高低 B.电流的大小 C.电阻的大小 D.电容的大小
A
解析　1和0并不是表示数值的大小，“1”(高电平)和“0”(低电平)可以代表1位二进制数字，“1”(高电平)和“0”(低电平)也可代表信号的“有”和“无”，命题的“真”和“假”等事物之间的关系。故选A。
B
解析　数字信号在时间和数值上均是非连续变化的，模拟信号在时间和数值上均是连续变化的。
3.下列信号中，可以当作模拟信号的是(　　)
A.收音机接收的无线电信号 B.手机数据信息
C.海上船舶之间的灯光联络信号 D.数字电视接收的信号
A
解析　数字信号在大小和时间上均不连续，模拟信号在大小和时间上均连续。B、C、D属于数字信号。故选A。
C
解析　选项C中的信号是非连续变化的信号，属于数字信号。故选C。
5.二十世纪九十年代手机采用模拟信号进行通信，外界有电磁波干扰会影响通讯效果，现在手机通信采用数字信号通信，外界电磁波干扰影响很小，该案例说明数字信号具有的优点是(　　)
A.抗干扰能力强 B.处理精度高
C.便于记忆保存 D.以上都有
A
解析　数字信号抗干扰能力强，方便加工处理。
6.下列传感器能输出连续变化电信号的有(　　)
D
解析　①为干簧管，只有通断两种状态，所以输出数字信号。②为光敏电阻，③为湿敏电阻，④为气敏传感器，⑤为热敏电阻，均会随着外界环境的变化，其输出电信号也连续变化。
A.②③④⑤ B.①③④⑤ C.②③⑤ D.①②④⑤
A
4
课时分层训练
基础巩固篇
素养提升篇
1.下列关于模拟信号和数字信号说法正确的是(　　)
A.随声音大小做连续变化的电压信号是数字信号
B.电子计时器利用了数字信号易于处理的特点所以精度高
C.CD中保存的是数字信号
D.数字信号因为处理精度高所以抗干扰能力强
C
解析　选项C中CD中保存的都是数字信号。
2.以下关于人体的属性，为非连续变化量的是(　　)
A.人的身高 B.人的体重 C.人的心率 D.人的体温
C
解析　人的身高、体重和体温，都是连续变化的量，人的心率不是连续变化的量，因为外界的刺激会突然地加快。
D
解析　数字信号在传输的过程中会受干扰，信号也会失真，但是数字信号失真后容易恢复到初始状态。
B
解析　灯的安装位置高和低，没有统一的标准。灯的某个安装高度，对于身高较高的人，可能偏低，对于身高较低的人，可能偏高。
5.关于模数转换的四个步骤，下列说法正确的是(　　)
①采样过程会导致信号失真　②保持过程会导致信号失真　③量化过程会导致信号失真　④编码过程会导致信号失真
A.①② B.②③ C.①④ D.③④
A
解析　采样即获取连续曲线上的点的数值，这个数值只是对应点的近似值；保持过程是将采样点的值代替时间间隔内所有点的值，即丢失一些点的值。而后面的量化、编码是将数值变成二进制的形式，数值不会失真。
D
解析　数字电路中“1”和“0”表示电路的两种状态。“1”与“0”不仅表示逻辑结论，也能代表逻辑的前提。故选D。
7.下列信号中属于数字信号的是(　　)
B
解析　A、C、D项都是连续变化的信号，不属于数字信号。
D
9.逻辑变量的取值有1和0，可以表示(　　)
A.温度的高低 B.直流电流值
C.交流电压值 D.以上都可以
A
解析　逻辑变量的取值有1和0，可以表示温度的高低，但不能表示电流和电压的值。
10.下列产品中，能体现数字信号优点的是(　　)
A.机械秒表 B.水银温度计
C.电子计时器 D.普通录音机磁带
C
解析　本题考查模拟信号与数字信号的不同特性，以及数字信号的优点。数字信号的优点有容易处理、处理精度高、便于记录保存等，电子计时器之所以有这么高的技术精度，原因之一就是它在测量过程中使用了数字信号。故C选项正确。此类考题需要考生能了解各类输入信号的特点，能判断属于数字信号的同时，也能对应理解该数字信号的优点属性。
C
解析　模拟信号是时间和大小均连续变化的信号，数字信号是非连续变化的信号。
B
2.下列电子元器件中输出信号为数字信号的是(　　)
解析　A是光敏电阻，C是湿敏电阻，D是热敏电阻，这三者输出的都是模拟信号。
B
3.下列关于模拟信号和数字信号说法正确的是(　　)
A.“电报”信号属于模拟信号
B.数字信号比模拟信号抗干扰能力强
C.模拟信号比数字信号抗干扰能力强
D.电子计算机是以模拟信号来工作的
解析　电报发出的信号不是连续的，是分立的信号，属于数字信号；模拟信号和数字信号都会受到干扰，但数字信号比模拟信号抗干扰能力强；电子计算机处理的数据是二进制的数字信号。故选B。
C
4.逻辑电流的信号有两种状态：一是高电位状态，用“1”表示；另一种是低电位状态，用“0”表示。关于这里的“1”和“0”，下列说法正确的是(　　)
A.“1”表示高电位状态时电压为1 V，“0”表示低电位状态时电压为0 V
B.“1”表示高电位的电压大于或等于1 V，“0”表示低电位的电压为0 V
C.“1”和“0”是逻辑关系的两种可能的取值，不表示具体的数字
D.“1”表示该点与电源的正极相连，“0”表示该点与电源的负极相连
解析　根据教材，“1”和“0”是逻辑关系的两种可能的取值，不表示具体的数字。
B
5.现代通信利用数字信号进行传输和处理，而不用模拟信号，究其原因，下列说法中正确的是(　　)
①模拟信号传输不方便　②模拟信号容易丢失信息　③模拟信号容易失真　
④模拟信号保密性差
A.①③④ B.②③④ C.①②③ D.①②④
解析　相对于数字信号而言，模拟信号的缺点有：模拟信号容易丢失信息；模拟信号容易失真；模拟信号保密性差。故选B。
C
6.用磁带保存录音，时间久了可能在播放时有噪音产生，而用CD光盘保存录音则不会失真，这体现了数字信号的特点是(　　)
A.容易处理 B.处理精度高
C.便于记录保存 D.存储介质廉价
解析　光盘保存录音不会失真，体现了数字信号便于记录保存的优点。
C
解析　A是模拟信号，B是数字信号，数字信号比模拟信号更容易记录和保存。
A.信号A是模拟信号
B.信号B是数字信号
C.信号A比信号B更方便记录和保存
D.将信号A转换成信号B，可采用模数转换器
B
8.转炉温度控制系统的基本构成如图所示，它是由PLC主控系统、转换器模块、整流器SCR、加热炉、传感器等5个部分组成。转炉温度控制实现过程：首先传感器将转炉的温度转化为电压信号，PLC主控系统内部的A/D转换器把电压信号转化为PLC可识别的信号，然后PLC将系统给定的温度值与反馈回来的温度值进行处理，经过D/A转换器，再给整流器SCR一个触发信号，通过SCR的输出实现转炉温度的控制。下列分析中正确的是(　　)
A.转换器模块中，A/D模块是数模转换器，D/A模块是模数转换器
B.传感器可以获得外界的输入信号，并将非电量信号转换成电信号输出
C.电子电路中能处理的信号只有数字信号
D.热敏电阻是一种用半导体材料制作成的电阻值随温度上升而减小的特殊电阻
解析　转换器模块中，D/A模块是数模转换器，A/D模块是模数转换器，A错误；电子电路既可以处理数字信号，也可以处理模拟信号，C错误；热敏电阻有正负系数之分，不同系数，不同特性，D错误。
A
9.数字电视是指从演播室到发射、传输接收的所有环节都是实用数字电视信号，与模拟电视相比，其信号损失小，接收效果好，得益于数字信号具有的优点是(　　)
A.容易识别 B.处理精度高
C.便于记录保存 D.数字能直观显示
解析　数字信号容易识别，所以抗干扰能力强。
C
10.为了达到演唱会现场歌声的高保真效果，下列方法比较可行的是(　　)
A.直接通过扩音器放大声音
B.歌声经话筒转换成电信号，再经放大后送到现场的各个扬声器
C.先将信号转为数字信号，处理后再还原成模拟信号使扬声器发声
D.以上方法都可行
解析　先将信号转为数字信号，数字信号处理过程中，受波形失真和干扰的影响很小，再还原成模拟信号后，听众能听到音色逼真、不带噪声的歌声。

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