傳感器與傳感網(wǎng)技術(shù) 課件 第2講 傳感器數(shù)據(jù)采集的信號處理方法 - 副本

傳感器數(shù)據(jù)采集的信號處理方法

隨著數(shù)字技術(shù)，特別是信息技術(shù)的飛速發(fā)展與普及，在現(xiàn)代控制、通信及檢測等領(lǐng)域，為了提高系統(tǒng)的性能指標(biāo)，對信號的處理廣泛采用了數(shù)字計算機(jī)技術(shù)。

模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的方法模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的方法由于系統(tǒng)的實(shí)際對象往往都是模擬量（如溫度、壓力、位移、圖像等），而要使計算機(jī)或數(shù)字儀表能識別、處理這些信號，必須首先將這些模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。此外，經(jīng)計算機(jī)分析、處理后輸出的數(shù)字量也往往需要將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)模擬量才能為執(zhí)行機(jī)構(gòu)所接受。因此，就需要一種能在模擬量與數(shù)字量之間起橋梁作用的器件－模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器。模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的方法將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的器件，稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器（簡稱A/D轉(zhuǎn)換器或ADC，全稱AnalogtoDigitalConverter）。將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號的電路稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換器（簡稱D/A轉(zhuǎn)換器或DAC，全稱DigitaltoAnalogConverter）。A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器已成為信息系統(tǒng)中不可缺少的接口電路。模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的方法1.A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換的過程量化采樣保持編碼模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的方法1.A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換的過程采樣編碼保持量化在某些特定的時刻對這種模擬信號進(jìn)行測量叫做采樣，通常采樣脈沖的寬度是很短的，所以采樣輸出是斷續(xù)的窄脈沖。模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的方法1.A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換的過程采樣編碼保持量化量化是將保持的抽樣信號轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字信號。模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的方法1.A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換的過程采樣編碼保持量化要把一個采樣輸出信號數(shù)字化，需要將采樣輸出所得的瞬時模擬信號保持一段時間，這就是保持過程。模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的方法1.A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換的過程采樣編碼保持量化編碼是將量化后的信號編碼成二進(jìn)制代碼輸出模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的方法1.A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換的過程采樣編碼保持量化這些過程有些是合并進(jìn)行的。例如，采樣和保持就利用一個電路連續(xù)完成，量化和編碼也是在轉(zhuǎn)換過程中同時實(shí)現(xiàn)的，且所用時間又是保持時間的一部分。模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的方法2.A/D轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)④絕對精度②量化誤差③轉(zhuǎn)換時間⑤相對精度①分辨率模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的方法2.A/D轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)它表明A/D對模擬信號的分辨能力，由它來確定能被A/D辨別的最小模擬量變化。一般來說，A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)越多，其分辨率則越高。實(shí)際的A/D轉(zhuǎn)換器通常有8、10、12和16位等。分辨率量化誤差轉(zhuǎn)換時間絕對精度相對精度模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的方法2.A/D轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)由于A/D的有限分辨率而引起的誤差，即有限分辨率A/D的階梯狀轉(zhuǎn)移特性曲線與無限分辨率A/D（理想A/D）的轉(zhuǎn)移特性曲線（直線）之間的最大偏差。通常是1個或半個最小數(shù)字量的模擬變化量，表示為1LSB、1/2LSB。分辨率量化誤差轉(zhuǎn)換時間絕對精度相對精度模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的方法2.A/D轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)轉(zhuǎn)換時間是A/D完成一次轉(zhuǎn)換所需要的時間。一般轉(zhuǎn)換速度越快越好，常見有高速（轉(zhuǎn)換時間<1）、中速（轉(zhuǎn)換時間<1ms）和低速（轉(zhuǎn)換時間<1s）等。分辨率量化誤差轉(zhuǎn)換時間絕對精度相對精度模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的方法2.A/D轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)指的是對應(yīng)于一個給定量，A/D轉(zhuǎn)換器的誤差，其誤差大小由實(shí)際模擬量輸入值與理論值之差來度量。分辨率量化誤差轉(zhuǎn)換時間絕對精度相對精度模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的方法2.A/D轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)指的是滿度值校準(zhǔn)以后，任一數(shù)字輸出所對應(yīng)的實(shí)際模擬輸入值（中間值）與理論值（中間值）之差再去除以量程。例如，對于一個8位0~3.3V的A/D轉(zhuǎn)換器，如果其相對誤差為1LSB，則其絕對誤差為12.9mV，相對誤差為0.39%。分辨率量化誤差轉(zhuǎn)換時間絕對精度相對精度模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的方法3.模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量舉例：A/D轉(zhuǎn)換電路中，模擬量UA經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量A/D計算過程如