东北大学自动化复习课件3信号转换与Z变换.ppt

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 教学模块2 信号转换与 z 变换 东北大学· 计算机控制系统 本教学模块内容: 教学单元1-模块导学 教学单元2-信号转换分析 教学单元3-z变换与z反变换 教学单元1 模块导学 东北大学· 教学模块2 信号转换与z变换 熟悉 1、连续系统的s传递函数模型 2、连续系统频域特性分析 了解 1、模拟量至数字量（即A/D）转换原理 2、数字量至模拟量（即D/A）转换原理 1.1 学习本教学模块所需掌握的基础知识 （微机原理中的知识） 1.2 本教学模块解决的问题 （1）信号转换过程特性分析：了解信号从连续到离散、再从离散到连续过程中的时域和频域特性变化，从而建立确定采样周期的理论； （2）信号变换过程的数学表达：z变换（从连续变离散）与z反变换（从离散变连续）理论。 1.3 计算机控制系统信号转换分析 图1.1 计算机控制系统前后的信号转换关系 数字信号 模拟信号 （连续信号） 离散模拟信号（采样信号） 模拟信号 （连续信号） 计算机控制系统中的信号类型： （1）模拟信号：时间上连续，幅值上也是连续的信号，即通常所说的连续信号。 （2）离散模拟信号：时间上离散而幅值上连续的信号，即常说的采样信号。 （3）数字信号：时间上离散而且幅值上量化的信号，可用一序列数字表示。 图1.1 计算机控制系统前后的信号转换关系 数字信号 模拟信号 （连续信号） 离散模拟信号（采样信号） 模拟信号 （连续信号） 1.4 采样过程的基本概念与方法 每隔一定时间（例如T秒），开关闭合短暂时间（例如τ秒），对模拟信号进行采样，得到时间上离散数值序列： 图1.2 信号的转换过程 1.4.1 采样过程的基本概念 1.4.2 采样周期的作用 1.4.3 A/D转换 A/D 转换器的作用是将输入的模拟量数字化。主要分为两大类： 直接转换器：逐次逼近型、并联比较型等 间接转换器：单积分型、双积分型等 典型芯片：ADC0809—8位逐次逼近型，并行接口 顺序 砝码重量 比较判断 砝码去留 1 8g 8g13g 留 1 2 8g+4g 12g13g 留 1 3 8g+4g+2g 14g13g 去 0 4 8g+4g+1g 13g=13g 留 1 逐次逼近的基本思想：类似于用天平称物 结果表示 逐次逼近型A/D转换器： 13 1101 通常A/D转换器要完成采样、量化和编码3个变换： A/D转换的误差：主要应由A/D转换器转换速率（孔径时间）和转换精度（量化误差）来决定。 连续信号 离散模拟信号 数字信号 采样保持器 量化和编码 1.5 采样信号恢复过程的基本概念与方法 滤波器 脉冲序列 连续信号 1.5.1 采样恢复过程的基本概念 按与微机的接口形式分类DAC：串行接口DAC，并行接口DAC； 按DAC的输出形式分类：电流输出型DAC，电压输出型DAC . 典型芯片：DAC0832—8位并行接口，电流输出。 1.5.2 D/A转换 D/A转换是将数字编码信号转换为相应的时间连续模拟信号 。 D/A转换器的工作原理，可以归结为“按权展开求和”的基本原则，对输入数字量中的每一位，按权值分别转换为模拟量，然后通过运算放大器求和，得到相应模拟量输出。 权电阻法的DAC原理图 D/A转换器将数字编码信号转换为相应的时间连续模拟信号，包括解码器和信号保持器。 D/A转换的误差主要由解码器精度（转换器字长）和保持器（采样点之间插值）的形式以及规定的时间间隔 T 决定。 数字信号 离散模拟信号 连续信号 ·教学单元一结束· 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18