传感器与传感网技术 课件 第2讲 传感器数据采集的信号处理方法 - 副本

传感器数据采集的信号处理方法

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。

模拟量转换为数字量的方法模拟量转换为数字量的方法由于系统的实际对象往往都是模拟量（如温度、压力、位移、图像等），而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量转换成数字量。此外，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量才能为执行机构所接受。因此，就需要一种能在模拟量与数字量之间起桥梁作用的器件－模数转换器和数模转换器。模拟量转换为数字量的方法将模拟量转换成数字量的器件，称为模数转换器（简称A/D转换器或ADC，全称AnalogtoDigitalConverter）。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，全称DigitaltoAnalogConverter）。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。模拟量转换为数字量的方法1.A/D模数转换的过程量化采样保持编码模拟量转换为数字量的方法1.A/D模数转换的过程采样编码保持量化在某些特定的时刻对这种模拟信号进行测量叫做采样，通常采样脉冲的宽度是很短的，所以采样输出是断续的窄脉冲。模拟量转换为数字量的方法1.A/D模数转换的过程采样编码保持量化量化是将保持的抽样信号转换成离散的数字信号。模拟量转换为数字量的方法1.A/D模数转换的过程采样编码保持量化要把一个采样输出信号数字化，需要将采样输出所得的瞬时模拟信号保持一段时间，这就是保持过程。模拟量转换为数字量的方法1.A/D模数转换的过程采样编码保持量化编码是将量化后的信号编码成二进制代码输出模拟量转换为数字量的方法1.A/D模数转换的过程采样编码保持量化这些过程有些是合并进行的。例如，采样和保持就利用一个电路连续完成，量化和编码也是在转换过程中同时实现的，且所用时间又是保持时间的一部分。模拟量转换为数字量的方法2.A/D转换器的主要性能指标④绝对精度②量化误差③转换时间⑤相对精度①分辨率模拟量转换为数字量的方法2.A/D转换器的主要性能指标它表明A/D对模拟信号的分辨能力，由它来确定能被A/D辨别的最小模拟量变化。一般来说，A/D转换器的位数越多，其分辨率则越高。实际的A/D转换器通常有8、10、12和16位等。分辨率量化误差转换时间绝对精度相对精度模拟量转换为数字量的方法2.A/D转换器的主要性能指标由于A/D的有限分辨率而引起的误差，即有限分辨率A/D的阶梯状转移特性曲线与无限分辨率A/D（理想A/D）的转移特性曲线（直线）之间的最大偏差。通常是1个或半个最小数字量的模拟变化量，表示为1LSB、1/2LSB。分辨率量化误差转换时间绝对精度相对精度模拟量转换为数字量的方法2.A/D转换器的主要性能指标转换时间是A/D完成一次转换所需要的时间。一般转换速度越快越好，常见有高速（转换时间<1）、中速（转换时间<1ms）和低速（转换时间<1s）等。分辨率量化误差转换时间绝对精度相对精度模拟量转换为数字量的方法2.A/D转换器的主要性能指标指的是对应于一个给定量，A/D转换器的误差，其误差大小由实际模拟量输入值与理论值之差来度量。分辨率量化误差转换时间绝对精度相对精度模拟量转换为数字量的方法2.A/D转换器的主要性能指标指的是满度值校准以后，任一数字输出所对应的实际模拟输入值（中间值）与理论值（中间值）之差再去除以量程。例如，对于一个8位0~3.3V的A/D转换器，如果其相对误差为1LSB，则其绝对误差为12.9mV，相对误差为0.39%。分辨率量化误差转换时间绝对精度相对精度模拟量转换为数字量的方法3.模拟量转换为数字量举例：A/D转换电路中，模拟量UA经模数转换后的数字量A/D计算过程如