計算機控制技術(shù)：第二章-系統(tǒng)構(gòu)成2

1、第二章 計算機控制系統(tǒng)構(gòu)成第二章第二章 計算機控制系統(tǒng)構(gòu)成計算機控制系統(tǒng)構(gòu)成1.1 信號轉(zhuǎn)換信號轉(zhuǎn)換1.2 量化量化 1.3 信號重構(gòu)信號重構(gòu)1.4 模模/數(shù)數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器1.5 開關(guān)量輸入輸出接口開關(guān)量輸入輸出接口1.6 Z變換變換第二章 計算機控制系統(tǒng)構(gòu)成 采樣和量化過程：將時間連續(xù)、幅值連續(xù)的模擬采樣和量化過程：將時間連續(xù)、幅值連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)換為以二進(jìn)制數(shù)碼表示的數(shù)字信號的過程稱為采量轉(zhuǎn)換為以二進(jìn)制數(shù)碼表示的數(shù)字信號的過程稱為采樣和量化過程。樣和量化過程。1.2 量化量化返回本章首頁第二章 計算機控制系統(tǒng)構(gòu)成一、基本概念一、基本概念 量化：采用有限字長的一組數(shù)碼（如二進(jìn)制碼）來

2、去整量化或逼近時間離散幅值連續(xù)的采樣信號。 量化包含內(nèi)容：量化單位、量化誤差、量化編碼第二章 計算機控制系統(tǒng)構(gòu)成二、量化單位二、量化單位 1. 量化單位定義： 字長為n的A/D轉(zhuǎn)換器把yminymax范圍內(nèi)變化的采樣信號，變換為數(shù)字0-2n-1，其最低有效位（LSB）所對應(yīng)的模擬量q稱為量化單位。 量化單位被用作對采樣信號幅值量化的標(biāo)準(zhǔn)尺度。第二章 計算機控制系統(tǒng)構(gòu)成二、量化單位二、量化單位 2. 量化單位的確定： 字長為n的A/D轉(zhuǎn)換器，若滿度輸入的模擬值表示為FSR，則量化單位q為： q=FSR/2n 例子：設(shè)滿度輸入電壓為10伏特，用12位A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，有： q=10/212=2

3、.44mV 對同一個FSR， A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)越多，q所代表的量值越小幅第二章 計算機控制系統(tǒng)構(gòu)成二、量化誤差二、量化誤差 1. 量化誤差的基本概念： 量化誤差：由于量化過程是一個小數(shù)歸整的過程，因而存在量化誤差。 舍入量化誤差：小數(shù)四舍五入歸整，誤差范圍為1/2q 截尾量化誤差：小數(shù)位截斷，誤差范圍為0q A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)越多，量化轉(zhuǎn)換精度越高 第二章 計算機控制系統(tǒng)構(gòu)成二、量化誤差二、量化誤差舍入A/D量化第二章 計算機控制系統(tǒng)構(gòu)成二、量化誤差二、量化誤差截斷A/D量化第二章 計算機控制系統(tǒng)構(gòu)成三、三、編碼 1. 編碼的基本概念 編碼概念：計算機控制系統(tǒng)中以二進(jìn)制數(shù)碼表示數(shù)字量的過程。

4、 編碼類別： 單極性編碼：二進(jìn)制數(shù)碼 雙極性編碼：符號-數(shù)值碼 偏移二進(jìn)制碼 補碼表示法第二章 計算機控制系統(tǒng)構(gòu)成三、三、編碼 0011221011122222aaaaaDnnninnii 2.單極性編碼(二進(jìn)制編碼) 數(shù)字量D1是用加權(quán)和表示的，ai是0或1取決于相應(yīng)數(shù)位值是0或1，2i表示相應(yīng)數(shù)位的權(quán)值。也可以表示為分?jǐn)?shù)形式：nnnnniiiaaaaaD22222)1(122111第二章 計算機控制系統(tǒng)構(gòu)成三、三、編碼 單極性編碼例子： 8位A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換滿度輸入電壓5V模擬量，現(xiàn)輸入電壓3.9V，整數(shù)和分?jǐn)?shù)形式表示數(shù)字量為？ 計算過程：q=5V/28=19.53mV, 3.9/0.01

5、953=199.69 舍入計算：D1=11001000 D=0.11001000 截尾計算：D1=11000111 D=0.11000111 兩種表示方法當(dāng)最低有效位變化1時，相應(yīng)模擬信號變化歸一化滿度的1/256增量，這種反映瞬時模擬量變化靈敏度的量成為分辨率。 分辨率用數(shù)字量的位數(shù)來表征。第二章 計算機控制系統(tǒng)構(gòu)成三、三、編碼 3.雙極性編碼 符號-數(shù)值碼：在單極性編碼的基礎(chǔ)上增加一位符號位構(gòu)成的。通常，正時符號位0 負(fù)時符號為1 偏移二進(jìn)制碼：用滿量程加以偏移的直接二 進(jìn)制編碼。數(shù)值為正（包括0）時，符號位為1，數(shù)值為負(fù)時，符號位為0，用于實現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換器的模擬量雙極性變換。 補碼表示法

6、：2的補碼表示法，特點符號位與偏移二進(jìn)制碼相反，數(shù)值相同。第二章 計算機控制系統(tǒng)構(gòu)成 符號-數(shù)值 2的補碼 偏移二進(jìn)制7 0111 0111 11116 0110 0110 11105 0101 0101 11014 0100 0100 11003 0011 0011 10112 0010 0010 10101 0001 0001 10010 0000 0000 10000 1000 0000 1000-1 1001 1111 0111-2 1010 1110 0110-3 1011 1101 0101-4 1100 1100 0100-5 1101 1011 0011-6 1110 1010 0010-7 1111 1001 0001-8 1000 0000 1、三種編碼之間關(guān)、三種編碼之間關(guān)系系 2、當(dāng)采用、當(dāng)采用n位編碼位編碼器，符號器，符號-數(shù)值碼量數(shù)值碼量化級化級2n-1，其