电子控制系统的信号处理课件
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课件54张PPT。电子控制系统的信号处理高中通用技术3.1 数 字 信 号电子控制系统的是怎样“控制（处理）”信息的?传感器将所获取的信息转换成电信号后，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。
信息1、数字信号与模拟信号事物变化的量变有两种情况：连续变化、非连续变化（离散）
请判断下列量中哪些是连续变化的，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。前一量是连续的，后一量是非连续的。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。模拟信号——泛指数值可连续变化的信号。
数字信号——非连续变化的量可用数字表示，若用二进制表示，并用高、低两个电平(level)代表二进制数中的“０”、“１”，则其形成的在高、低电平之间来回跳变的电信号。电平 在TTL电路中， 高电平是2.4~5V； 低电平是0~0.8V。 数字信号的高低也可用电流、频率、时间、相伴位等电信号参量。例如移动通信中的手机短信息信号就是以频率的高、低代表1和0的。
马上行动1、若用高电平表示1，低电平表示0，请问图中数字信号表示二进制数是___，它当于十进制中数值___。
2、收音机、电视机音频输出口的信号是属于哪一类信号？
1001119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；
2、海洋船只与船只之间的灯光联络信号；
3、手机短信息信号。模拟信号数字信号数字信号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、一个人的生与死；
4、一个人是好人还是坏人123适合，4不适合。数字信号具有容易处理、处理精度高、便于记录保存等优点。
（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小。
模拟信号在处理过程中会产生失真,并受到各种干扰;
2、数字信号的优点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.通过处理可以恢复原来的样子。（识别有失真和干扰影响的数字信号的方法是，设置一个电压门槛）
2、数字信号的优点模拟信号转换为数字信号的方法模拟信号转换为数字信号的过程可分为四步：
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。A/D与D/A将模拟信号转换为数字信号的电路称为模数转换器（A/D）。
数字信号被处理后，还要恢复成模拟信号，去控制执行元件执行。
将数字信号转换为模拟信号的电路称为数模转换器（D/A）。
（ 1）容易处理
（2）处理精度高 阅读案例：电子计时器
（3）便于记录保存
由于数字信号中只有1和0两个值，可很方便地用电路输出电压的高和低、电容上电荷的有和无、磁性物质的极化方向等方式记录保存，也可用打孔的方法，如穿孔卡利用孔的有和无、光盘利用有无凹坑记录1和0，还可以直接将1和0打印在纸上记录保存。
你知道模拟信号是用什么方法记录保存？这种方法有什么缺点？模拟信号可以用磁带等磁性存储器保存，它所依赖的是磁表面极化的程度，因此其分辨能力受到限制，而且存放时间长了，会受到外界磁场的影响，所存的信息将会逐步丢失。光盘是利用什么方法记录信号的？光盘是在塑料片上用激光“烧”出许多直径不到1微米、沿光盘圆周方向排列的凹坑，有凹坑的代表“0”，没有凹坑的代表“1”。
读盘时，光盘逆时针转动，激光射到盘面上，依据凹坑的有和无所造成的反射光的有和无分辨出所记录的信号是1还是0。技术试验试验目的：对比模拟信号和数字信号的优劣。
试验准备：电脑、收录机2台、原声带1盘、空白带1盘。
试验过程：
1、使用录音机将原声带中的一段音乐翻录到另一盘空白带上，比较原声带与翻录带的音质。
2、将电脑中的一段音乐复制一份，比较复制件与原件音乐的音色是否有变化。
试验结果：？
试验总结：数字信号与模拟信号相比有什么优点？
３.２ 逻 辑 门一、三种基本的逻辑门电子控制系统控制部分的输出信号与输入信号之间存在着一定的逻辑关系 ，其中输出信号对应于逻辑结论，输入信号对应于逻辑前提。
三种基本的逻辑关系是：
三种基本逻辑关系的电路是：
“与”、“或”、“非”与门（AND）、或门（OR）、非门（NOT）阅读: 三人表决器实现各种逻辑关系的电路称为数字电路(逻辑电路)。
在数字电路中，“真”用高电平“1”表示，“假”用低电平“0”表示。“1”和“0”称为数字电路的真值或逻辑值。请举出几个日常生活中常见的与逻辑关系的例子
1、火车开动前，所有车门必须关好，如有车门未关不能放行。
2、我国婚姻法规定，男方要到22岁、女方要达到20岁，并且必须双方同时到场方可登记结婚。
3、仓库的门通常用两把锁，由不同的人保管，开门时必须两个保管人同时到场。(1)“所有逻辑前提皆为真时，逻辑结论才为真”的逻辑关系称为“与”逻辑关系。1、与门(2)什么是与门？
——实现与逻辑关系的电路称为与门。1、与门 (1)“所有逻辑前提皆为真时，逻辑结论才为真”的逻辑关系称为“与”逻辑关系。开关串联电路“全高出高，有低出低”（3）与门电路的特点：
只有当与门的所有输入端皆为高电平“1”时，输出端才为高电平“1”。即 (3)特点：
“全高出高，有低出低”
(4)与逻辑关系在布尔代数中定义为逻辑乘法,记作:F=A*B F=A.B F=AB(5)与逻辑符号与门的输入、输出波形图“全高出高，有低出低”F马上行动“全高出高，有低出低”思 考“全高出高，有低出低”2、或门（1）“逻辑前提中有一个或一个以上为真，逻辑结论就为真”
即:“见高出高,全低出低”
（2）或逻辑关系在布尔代数中定义为逻辑加法，记作： F=A+B
（3）实现或逻辑关系的电路称为或门。
（并联开关电路）（4）或逻辑关系符号马上行动 列出3个输入端的或门真值表，并画出输出波形“见高出高,全低出低”3、非门逻辑结论与逻辑前提的逻辑值总是相反.（1）“逻辑前提为假时逻辑结论为真，逻辑结论为真时逻辑结论反而为假”记作：（2）实现非逻辑关系的电路称为非门。(3)非逻辑符号即：“见高出低，见低出高 ”思考与、或、非分别和集合论中的哪些运算是互相对应的？
指出图中表示“A×B”，“A＋B”，A，B，“A×B的非”的范围。与——交集
或——并集
非——补集三人表决器只有A、B同为1时才为1，所以l1=_A×B；
只有B、C同为1时才为1，所以l2=_____；
只有A、C同为1时才为1，所以l3=_____；
只有A、B、C同为1时才为1，所以l4=_____；
绿灯L1=_____
红灯L2=_____l1+l2+l3+l4=AB+BC+AC+ABC
B×CA×CA×B×C三人表决器&&&&&l1l3l2l4绿灯CBA红灯三人表决器（精简）l1l3l2绿灯CBA红灯三种门电路的逻辑关系与门：“全高出高，有低出低”
或门：“见高出高，全低出低”
非门：“见高出低，见低出高”与门：
或门：
非门：二、与非门和或非门
与门逻辑关系是“全高出高，有低出低”与非门逻辑关系是“全高出低，有低出高” + =1、与非门“全高出低，有低出高”下图是一与非门的输入信号波形，请画出输出波形2、或非门或非门的真值表和或门的真值表相反或门: “见高出高，全低出低”或非门：“见高出低，全低出高”请填写此表马上行动或门输出信号或非门输出信号请画出下图中或非门输出信号三种门电路的逻辑关系与门：“全高出高，见低出低”
或门：“见高出高，全低出低”
非门：“见高出低，见低出高”
与非门：“全高出低，见低出高”
或非门：“见高出低，全低出高”
与门：
或门：
非门：
与非门：
或非门：
３.３ 数字集成电路一、晶体三极管的开关特性及其在数字电路中的应用 分析非门开关电路的电压输出S合上时: U0=__
S断开时: U0=__0UCC门电路的开关能不能使用机械开关？为什么？
不能
因为机械开关体积大、寿命短、操作不方便，而且速度低。在高速电子控制系统中，开关每秒要开合上亿次，机械开关是无法胜任的。
必须使用电子开关，即用晶体管或MOS管（金属氧化物半导体场效应管）做成的开关。试验: 观察晶体三极管的开关特性试验过程:
按图搭接电路。
1、将输入端接地,用多用电表测量Rc的电压Ur=__V,此时晶体三极管集电极的电流Ice__,三极管处于__状态;Uce=__V,属于__电平.3V2、将输入端接3V电压,用多用电表测量Rc的电压Ur=__ V,此时晶体三极管集电极的电流Ice__ ,三极管处于__ 状态;Uce= __ V,属于 __ 电平.
3、把发光二极管接在CE两极间，观察发光二极管的发光情况。B0很小截止3高2.8很大导通0.2低开关接B时,二极管亮;开关接A时,二极管不亮认识晶体三极管由于加到三极管的信号不是高电平，就是低电平，因此晶体三极管工作于开关状态（饱和、截止）。e(发射极)C(集电极)基极b晶体三极管存在截止和饱和两种状态:
饱和——开关闭合。
截止——开关断开;
饱和：条件——
现象——
截止：条件——
现象——晶体三极管的开关特性输入信号足够大(高电平)；三极管流过的电流较大，集电极 与发射极之间的电压只有0.2V左右(低电平)。输入信号足够小(低电平)；三极管没有电流流过，集电极与发射极之间的电压与电源电压接近(高电平)。金属氧化物半导体场效应晶体三极管（MOS管）也有三个极：
源极S、栅极G、漏极D。
源极相当于发射极，通常接地；
漏极相当于集电极，通常通过电阻接电源；
栅极相当于基极，用来控制漏极电流的大小。
普通晶体三极管是电流控制的器件，基极必须注入电流方能使三极管导通；
MOS管是电压控制器件，在栅极与源极之间加适当的电压就能使MOS管导通。集成电路是将元器件集中制作在芯片上，减少了元器件的连接导线，使可靠性得到了很大提高。二、常用数字集成电路的类型二、常用数字集成电路的类型小规模集成电路(SSI)：集成晶体管数在100个以内
中规模集成电路(MSI)：晶体管数在102~103个
大规模集成电路(LSI)：晶体管数在103~105个
超大规模集成电路(VLSI)：晶体管数在105~107个
特大规模集成电路(ULSI)：晶体管数在107~109
巨大规模集成电路(GSI)：晶体管数超过109个
一万个以上门电路集成的又叫片上系统（SOC）
晶体管数——门电路数1、按集成度分可分为六类：数字电路的类型快较大较小较慢较大较小CMOS管容易损坏，电源极性不能接反，焊接时要将烙铁的电源切断。2、按晶体管类型可分为二类：普通晶体管MOS管数字电路的类型CMOS器件与TTL器件的逻辑电平和电路的输出能力不一样，因此两种类型的集成电路通常不能在同一个电路中使用，如需同时使用，要在它们之间加上电平转换电路。小资料1、TTL与CMOS部分参数对照。
2、常用集成门电路的型号。
3、部分集成逻辑门引脚图。
（规律：从顶部看下去按逆时针方向编号1、2……13、14）集成电路的发展史1、1958年9月， ______ 研制了世界上第一块集成电路，为此获得了2000年的_____奖。
2、摩尔定律的内容是什么？杰克.基尔比诺贝尔物理学集成电路芯片的集成度大约每3年提高4倍，相应的集成电路加工的特征尺寸缩小为原来的一半。
信息1、数字信号与模拟信号事物变化的量变有两种情况：连续变化、非连续变化（离散）
请判断下列量中哪些是连续变化的，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。前一量是连续的，后一量是非连续的。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。模拟信号——泛指数值可连续变化的信号。
数字信号——非连续变化的量可用数字表示，若用二进制表示，并用高、低两个电平(level)代表二进制数中的“０”、“１”，则其形成的在高、低电平之间来回跳变的电信号。电平 在TTL电路中， 高电平是2.4~5V； 低电平是0~0.8V。 数字信号的高低也可用电流、频率、时间、相伴位等电信号参量。例如移动通信中的手机短信息信号就是以频率的高、低代表1和0的。
马上行动1、若用高电平表示1，低电平表示0，请问图中数字信号表示二进制数是___，它当于十进制中数值___。
2、收音机、电视机音频输出口的信号是属于哪一类信号？
1001119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；
2、海洋船只与船只之间的灯光联络信号；
3、手机短信息信号。模拟信号数字信号数字信号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、一个人的生与死；
4、一个人是好人还是坏人123适合，4不适合。数字信号具有容易处理、处理精度高、便于记录保存等优点。
（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小。
模拟信号在处理过程中会产生失真,并受到各种干扰;
2、数字信号的优点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.通过处理可以恢复原来的样子。（识别有失真和干扰影响的数字信号的方法是，设置一个电压门槛）
2、数字信号的优点模拟信号转换为数字信号的方法模拟信号转换为数字信号的过程可分为四步：
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。A/D与D/A将模拟信号转换为数字信号的电路称为模数转换器（A/D）。
数字信号被处理后，还要恢复成模拟信号，去控制执行元件执行。
将数字信号转换为模拟信号的电路称为数模转换器（D/A）。
（ 1）容易处理
（2）处理精度高 阅读案例：电子计时器
（3）便于记录保存
由于数字信号中只有1和0两个值，可很方便地用电路输出电压的高和低、电容上电荷的有和无、磁性物质的极化方向等方式记录保存，也可用打孔的方法，如穿孔卡利用孔的有和无、光盘利用有无凹坑记录1和0，还可以直接将1和0打印在纸上记录保存。
你知道模拟信号是用什么方法记录保存？这种方法有什么缺点？模拟信号可以用磁带等磁性存储器保存，它所依赖的是磁表面极化的程度，因此其分辨能力受到限制，而且存放时间长了，会受到外界磁场的影响，所存的信息将会逐步丢失。光盘是利用什么方法记录信号的？光盘是在塑料片上用激光“烧”出许多直径不到1微米、沿光盘圆周方向排列的凹坑，有凹坑的代表“0”，没有凹坑的代表“1”。
读盘时，光盘逆时针转动，激光射到盘面上，依据凹坑的有和无所造成的反射光的有和无分辨出所记录的信号是1还是0。技术试验试验目的：对比模拟信号和数字信号的优劣。
试验准备：电脑、收录机2台、原声带1盘、空白带1盘。
试验过程：
1、使用录音机将原声带中的一段音乐翻录到另一盘空白带上，比较原声带与翻录带的音质。
2、将电脑中的一段音乐复制一份，比较复制件与原件音乐的音色是否有变化。
试验结果：？
试验总结：数字信号与模拟信号相比有什么优点？
３.２ 逻 辑 门一、三种基本的逻辑门电子控制系统控制部分的输出信号与输入信号之间存在着一定的逻辑关系 ，其中输出信号对应于逻辑结论，输入信号对应于逻辑前提。
三种基本的逻辑关系是：
三种基本逻辑关系的电路是：
“与”、“或”、“非”与门（AND）、或门（OR）、非门（NOT）阅读: 三人表决器实现各种逻辑关系的电路称为数字电路(逻辑电路)。
在数字电路中，“真”用高电平“1”表示，“假”用低电平“0”表示。“1”和“0”称为数字电路的真值或逻辑值。请举出几个日常生活中常见的与逻辑关系的例子
1、火车开动前，所有车门必须关好，如有车门未关不能放行。
2、我国婚姻法规定，男方要到22岁、女方要达到20岁，并且必须双方同时到场方可登记结婚。
3、仓库的门通常用两把锁，由不同的人保管，开门时必须两个保管人同时到场。(1)“所有逻辑前提皆为真时，逻辑结论才为真”的逻辑关系称为“与”逻辑关系。1、与门(2)什么是与门？
——实现与逻辑关系的电路称为与门。1、与门 (1)“所有逻辑前提皆为真时，逻辑结论才为真”的逻辑关系称为“与”逻辑关系。开关串联电路“全高出高，有低出低”（3）与门电路的特点：
只有当与门的所有输入端皆为高电平“1”时，输出端才为高电平“1”。即 (3)特点：
“全高出高，有低出低”
(4)与逻辑关系在布尔代数中定义为逻辑乘法,记作:F=A*B F=A.B F=AB(5)与逻辑符号与门的输入、输出波形图“全高出高，有低出低”F马上行动“全高出高，有低出低”思 考“全高出高，有低出低”2、或门（1）“逻辑前提中有一个或一个以上为真，逻辑结论就为真”
即:“见高出高,全低出低”
（2）或逻辑关系在布尔代数中定义为逻辑加法，记作： F=A+B
（3）实现或逻辑关系的电路称为或门。
（并联开关电路）（4）或逻辑关系符号马上行动 列出3个输入端的或门真值表，并画出输出波形“见高出高,全低出低”3、非门逻辑结论与逻辑前提的逻辑值总是相反.（1）“逻辑前提为假时逻辑结论为真，逻辑结论为真时逻辑结论反而为假”记作：（2）实现非逻辑关系的电路称为非门。(3)非逻辑符号即：“见高出低，见低出高 ”思考与、或、非分别和集合论中的哪些运算是互相对应的？
指出图中表示“A×B”，“A＋B”，A，B，“A×B的非”的范围。与——交集
或——并集
非——补集三人表决器只有A、B同为1时才为1，所以l1=_A×B；
只有B、C同为1时才为1，所以l2=_____；
只有A、C同为1时才为1，所以l3=_____；
只有A、B、C同为1时才为1，所以l4=_____；
绿灯L1=_____
红灯L2=_____l1+l2+l3+l4=AB+BC+AC+ABC
B×CA×CA×B×C三人表决器&&&&&l1l3l2l4绿灯CBA红灯三人表决器（精简）l1l3l2绿灯CBA红灯三种门电路的逻辑关系与门：“全高出高，有低出低”
或门：“见高出高，全低出低”
非门：“见高出低，见低出高”与门：
或门：
非门：二、与非门和或非门
与门逻辑关系是“全高出高，有低出低”与非门逻辑关系是“全高出低，有低出高” + =1、与非门“全高出低，有低出高”下图是一与非门的输入信号波形，请画出输出波形2、或非门或非门的真值表和或门的真值表相反或门: “见高出高，全低出低”或非门：“见高出低，全低出高”请填写此表马上行动或门输出信号或非门输出信号请画出下图中或非门输出信号三种门电路的逻辑关系与门：“全高出高，见低出低”
或门：“见高出高，全低出低”
非门：“见高出低，见低出高”
与非门：“全高出低，见低出高”
或非门：“见高出低，全低出高”
与门：
或门：
非门：
与非门：
或非门：
３.３ 数字集成电路一、晶体三极管的开关特性及其在数字电路中的应用 分析非门开关电路的电压输出S合上时: U0=__
S断开时: U0=__0UCC门电路的开关能不能使用机械开关？为什么？
不能
因为机械开关体积大、寿命短、操作不方便，而且速度低。在高速电子控制系统中，开关每秒要开合上亿次，机械开关是无法胜任的。
必须使用电子开关，即用晶体管或MOS管（金属氧化物半导体场效应管）做成的开关。试验: 观察晶体三极管的开关特性试验过程:
按图搭接电路。
1、将输入端接地,用多用电表测量Rc的电压Ur=__V,此时晶体三极管集电极的电流Ice__,三极管处于__状态;Uce=__V,属于__电平.3V2、将输入端接3V电压,用多用电表测量Rc的电压Ur=__ V,此时晶体三极管集电极的电流Ice__ ,三极管处于__ 状态;Uce= __ V,属于 __ 电平.
3、把发光二极管接在CE两极间，观察发光二极管的发光情况。B0很小截止3高2.8很大导通0.2低开关接B时,二极管亮;开关接A时,二极管不亮认识晶体三极管由于加到三极管的信号不是高电平，就是低电平，因此晶体三极管工作于开关状态（饱和、截止）。e(发射极)C(集电极)基极b晶体三极管存在截止和饱和两种状态:
饱和——开关闭合。
截止——开关断开;
饱和：条件——
现象——
截止：条件——
现象——晶体三极管的开关特性输入信号足够大(高电平)；三极管流过的电流较大，集电极 与发射极之间的电压只有0.2V左右(低电平)。输入信号足够小(低电平)；三极管没有电流流过，集电极与发射极之间的电压与电源电压接近(高电平)。金属氧化物半导体场效应晶体三极管（MOS管）也有三个极：
源极S、栅极G、漏极D。
源极相当于发射极，通常接地；
漏极相当于集电极，通常通过电阻接电源；
栅极相当于基极，用来控制漏极电流的大小。
普通晶体三极管是电流控制的器件，基极必须注入电流方能使三极管导通；
MOS管是电压控制器件，在栅极与源极之间加适当的电压就能使MOS管导通。集成电路是将元器件集中制作在芯片上，减少了元器件的连接导线，使可靠性得到了很大提高。二、常用数字集成电路的类型二、常用数字集成电路的类型小规模集成电路(SSI)：集成晶体管数在100个以内
中规模集成电路(MSI)：晶体管数在102~103个
大规模集成电路(LSI)：晶体管数在103~105个
超大规模集成电路(VLSI)：晶体管数在105~107个
特大规模集成电路(ULSI)：晶体管数在107~109
巨大规模集成电路(GSI)：晶体管数超过109个
一万个以上门电路集成的又叫片上系统（SOC）
晶体管数——门电路数1、按集成度分可分为六类：数字电路的类型快较大较小较慢较大较小CMOS管容易损坏，电源极性不能接反，焊接时要将烙铁的电源切断。2、按晶体管类型可分为二类：普通晶体管MOS管数字电路的类型CMOS器件与TTL器件的逻辑电平和电路的输出能力不一样，因此两种类型的集成电路通常不能在同一个电路中使用，如需同时使用，要在它们之间加上电平转换电路。小资料1、TTL与CMOS部分参数对照。
2、常用集成门电路的型号。
3、部分集成逻辑门引脚图。
（规律：从顶部看下去按逆时针方向编号1、2……13、14）集成电路的发展史1、1958年9月， ______ 研制了世界上第一块集成电路，为此获得了2000年的_____奖。
2、摩尔定律的内容是什么？杰克.基尔比诺贝尔物理学集成电路芯片的集成度大约每3年提高4倍，相应的集成电路加工的特征尺寸缩小为原来的一半。
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