3.1 数字信号 课件-2022-2023学年高中通用技术苏教版选修1（27张PPT）

(共27张PPT)
数字信号
复习引入
1.常见在传感器有哪些？
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
一、模拟信号与数字信号
1.事物变化的规律：连续变化和非连续变化（离散）
连续变化的量
离散的量
例如：环境的温度、水面的高度随时间发生连续变化。
某个单位人数、家电商城的货物数是非连续变化的。
连续量——连续量有如下特点：
它从一种程度到另一种程度是“连续地”变化的，即从一种程度开始，要经过无限多种程度的连续更替才能变化到另一种程度。例如，某物体的温度从13.2℃变化到14.2℃，就必须从13.2℃开始，经过13.3℃、13.4℃、13.5℃……最后才变到14.2℃；
而从13.2℃变到13.3℃时要经过13.21℃、13.22℃……13.29℃等各种不同的程度；再进一步，我们还会看到，从13.21℃到13.22℃也不是跳跃地变化的，中间还会有无限多种程度的更替。又如长度、重量、体积、速度、时间等都是连续量。连续量的程度可以用小数来表示。
不连续量--不连续量有如下特点：
它从一种程度到另一种程度是“跳跃地”变化的，即从一种程度开始，只要经过有限多种程度的逐次更替就能变化到另一种程度。如我们数一个班的学生人数时，从1开始，逐次经过2、3、4、5、……最后变化到45，说明这个班的学生是45人。
又如图书馆的图书册数，学校里足球的个数，都是不连续量。不连续量只能用整数来表示其程度，不连续量又叫离散量。
讨论：判断连续与非连续
野外环境的亮度与地下仓库中的亮度；
人的血压与人的脉搏；
运动员滑冰的轨迹与走相同距离所用的步数；
时光的流逝与数字时钟所显示的时间的变化。
说明：连续变化的量，用连续的曲线或直线表示。
非连续变化的量，用柱状图或数字表示。
例如：体温变化、气温变化等用连续曲线。
客车月度产量、售票处剩余票数用柱状图或数字表示。
连续变化
非连续变化
电信号
传感器
控制部分
执行机构
多彩世界
信息
电信号
数字信号和模拟信号
信息
电子控制系统对信号的处理过程是用电子电路完成的。
电子电路处理的信号有两类：
1.模拟信号（analog signal）
2.数字信号（digital signal）
连续变化的量采用模拟信号方法
电子控制系统需要处理的信息必须转化成电信号。如声音必须经话筒转换成电压信号后才能进行放大处理，转换时，话筒输出电压信号的波形与声音波形一致，即模拟声音强弱的变化，否则就不能反映声音强弱的原貌。这种模拟声音波形的信号称为模拟信号。
通常模拟信号泛指那些数值可连续变化的信号。
模拟信号
数字信号
高电平
低电平
非连续变化的量可以直接用数字表示
表达的方法就是二进制
用高和低两个电平（level）代表二进制中的“1”和“0”，则其形成的在高、底电平之间来回跳变的电信号就是通常所说的数字信号。
在右图所示数字信号中， “1”代表高电平， “0”代表低电平（每1格代表1位二进制数，共5位），则该信号代表二进制数___________，它相当于十进制数________。
数字信号
10010
18
说明：
电平：在数字电路中，电压（或电流）的大小分为高、低两级，通常将这两个高、低不同的电压级（电流级）分别称为高电平和低电平。
高低电平也可用于电流、频率、时间等电信号参量。
例如：
在TTL电路中，
高电平：2.4~5V
低电平：0~0.8V
例如：
在COMS电路中，
高电平：3~5V
低电平：0~2V
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
“1”和“0”的推广应用
1.古代的烽火台点火信号（点与不点）
2.开关的开与关
3.灯的亮与灭
4.数学命题的真与假
5.信号的有和无
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.手机短消息信号。
220V交流电的电压的波形显示
船只之间的灯光联络信号
手机信号的脉冲编码波形
模拟信号
数字信号
数字信号
1 .数字信号和模拟信号
生活中，还有哪些数字信号，或者模拟信号？
http://www.gzyinxun.com/News/ynzx/526.Html
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
二、数字信号的优点
1.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很小。
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（它应介于高电平和低电平之间），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。
2.数字信号的优点
255
（1）.容易处理
255
255
容易识别
失真和干扰对数字信号影响小
模拟信号在处理过程中会产生失真,并受到各种干扰;
数字信号在处理过程同样也产生失真,受到干扰,但它所代表的数字(高\低)并不改变。
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。
模拟信号
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
随着数字技术，特别是信息技术的飞速发展与普及，在现代控制、通信及检测等领域，为了提高系统的性能指标，对信号的处理广泛采用了数字计算机技术。
由系统的实际对象往往都是一些模拟量（如温度、压力、位移、图像等），要使计算机或数字仪表能识别、处理这些信号，必须首先将这些模拟信号转换成数字信号；而经计算机分析、处理后输出的数字量也往往需要将其转换为相应模拟信号才能为执行机构所接受。这样，就需要一种能在模拟信号与数字信号之间起桥梁作用的电路--模数和数模转换器。
将模拟信号转换成数字信号的电路，称为模数转换器（简称A/D转换器或ADC，Analog to Digital Converter）；将数字信号转换为模拟信号的电路称为数模转换器（简称D/A转换器或DAC，Digital to Analog Converter）；A/D转换器和D/A转换器已成为信息系统中不可缺少的接口电路。
转换精度与转换速度是衡量A/D与D/A转换器的重要技术指标。
A/D和D/A转换器
电信号
传感器
控制部分
执行机构
多彩世界
信息
电信号
电信号
传感器
多彩世界
信息
模拟信号
电信号
电信号
控制部分
010
001
011
100
101
数字信号
（Analog Signal ）
电信号
执行机构
模拟信号
（Analog Signal ）
（Digital signal）
A
D
D
A
模数转换器（A/D）：将模拟信号转换为数字信号的电路。
数模转换器（D/A）：将数字信号转换为模拟信号的电路。
怎么办？
将模拟信号转换为敷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）巾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。
模拟信号与数字信号之间的相互转换
图（a）　　　　图（b） 　　　　图（c）　　　　图（d）　　　　　 图（e） 　　
3.模数转换（A/D）
采样：每隔一段时间对模拟信号的幅值抽取样品，使模拟信号变成脉冲信号。
保持：将脉冲信号变成阶梯信号，以便处理。
量化：将阶梯信号中每个阶梯的幅值舍去零头，保留整数。
编码：将量化的信号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。
处理精度高
现在记录运动员成绩已经不用秒表，而用电子计时器，它可将时间精确到百分之一秒。
机械秒表和电子秒表
便于记录保存
数字信号只有1和0两个值，可很方便地用（有记忆功能）电路输出电压的高和低、电容上电荷的有与无、磁性物质的极化方向等方式记录保存，也可用打孔的方法保存。
光盘利用有无凹坑记录0和1，有是0
无是1，光盘逆时针转，激光射到盘上…
总结：
1——一种思想：复杂的事务，简单化处理
2——两种电路：数字电路和模拟电路
3——三个优点：容易处理、处理精度高、方便记录和存储
谢 谢