2.1 模拟量信号的采样与保持

《计算机控制系统》第二章过程通道沈阳工程学院动力系崔长春第二章过程通道计算机控制系统组成框图《计算机控制系统》第二章过程通道沈阳工程学院动力系崔长春转换过程大体上要解决如下3个问题：采样（Sample）、量化（Quantity）、编码（Coding）第一节模拟量信号的采样与保持《计算机控制系统》第二章过程通道沈阳工程学院动力系崔长春1、采样的形式周期采样采样点之间的时间间隔是固定值；多阶采样采样点之间的时间间隔不固定；采样点个数固定、采样总时间固定；随机采样采样点之间的时间间隔不固定；采样点个数不固定；采样总时间不固定；12……r…一、信号的采样《计算机控制系统》第二章过程通道沈阳工程学院动力系崔长春2、采样周期T采集两次过程变量的所间隔的时间3、采样时间ι采样一次过程变量所需的时间理想上ι→0ιT4、采样频率fSfS＝1／T；fs→0，X*（t）失真；fs→∞，X*（t）逼真，但是fs过高（T→0），采样值过多，占用内存，降低实时性，实现困难《计算机控制系统》第二章过程通道沈阳工程学院动力系崔长春5、香浓（Shannon）采样定理设某连续信号X(t)存在一个最大频率值fmax，以采样周期T采得的理想采样信号为X*(t)，若其采样频率fs满足fs≥2fmax那么一定可以由采样信号X*(t)唯一地确定原始连续信号X(t)。在实际应用中，通常选fs=（4～10）fmax工程上经常采用如表4-1所示的经验数据（P98）保证采样信号不失真的条件《计算机控制系统》第二章过程通道沈阳工程学院动力系崔长春《计算机控制系统》第二章过程通道沈阳工程学院动力系崔长春以天平称重为例说明：砝码:8克、4克、2克、1克表示：1—留下；0—拿走8克4克2克1克1000115克→0克13克110115克2克00101克1111、量化当量：决定数字量最低位变化代表多少模拟量2、编码：决定数字量的表示方式二、信号的量化和编码《计算机控制系统》第二章过程通道沈阳工程学院动力系崔长春1、量化当量（量化电平）A/D最低二进制位（LSB）所代表的物理量;取决于A/D的位数n及满量程电压;2、量化误差量化过程是一个数值分层过程;是四舍五入的过程；最大量化误差为±△/2;△=1LSB=2n-1满量程电压《计算机控制系统》第二章过程通道沈阳工程学院动力系崔长春例：一个2位的AD，满量程电压为3V，此AD的量化当量是（），产生的最大量化误差为（）。A/D输入输出1V2V0V3V010010112n-1满量程电压解：△==1V3=22-11V±1/2V∴最大量化误差=±△/2=±1/2V《计算机控制系统》第二章过程通道沈阳工程学院动力系崔长春AD转换器的位数越多，其量化当量越小，量化的精度就越高A/D输入输出1V2V0V3V01001011A/D输入输出18/7V0V6/7V12/7V3/7V9/7V15/7V3V0010000100111001011101112位3位《计算机控制系统》第二章过程通道沈阳工程学院动力系崔长春3、编码的表示方法量化和编码均由A/D自动完成符号－数值码偏移二进制码补码表示法数正基准富基准符号-数值码2的补码偏移2进制码+7+7/8-7/8011101111111+6+6/8-6/8011001101110+5+5/8-5/8010101011101+4+4/8-4/8010001001100+3+3/8-3/8001100111011+2+2/8-2/8001000101010+1+1/8-1/8000100011001+0+0-0000000001000-0-0+0100000001000-1-1/8+1/8100111110111-2-2/8+2/8101011100110-3-3/8+3/8101111010101-4-4/8+4/8110011000100-5-5/8+5/8110110110011-6-6/8+6/8111010100010-7-7/8+7/8111110010001-8-8/8+8/810000000常用的双极性编码《计算机控制系统》第二章过程通道沈阳工程学院动力系崔长春本节重点及难点1、了解采样形式、采样周期和采样时间；2、掌握香浓采样定理的内容及应用；3、掌握A/D量化当量及量化误差的求取方法；《计算机控制系统》第二章过程通道沈阳工程学院动力系崔长春课堂练习1、在模拟量输入通道中，能够实现信号量化的设备是（）A、多路开关B、信号放大器C、采样/保持器D、A/D转换器D《计算机控制系统》第二章过程通道沈阳工程学院动力系崔长春2、在下列采样方式中，采样点之间的时间间隔为固定值的是（）A、周期采样B、多阶采样C、随机采样D、固定采样A《计算机控制系统》第二章过程通道沈阳工程学院动力系崔长春3、Shannon采样定理证明，采样信号能唯一地确定原始连续信号的条件是（）A、连续信号最高有效频率至少为采样信号频率的2倍B、连续信号最高有效频率至少为采样信号频率的4倍C、采样信号的频率至少为连续信号最高有效频率的2倍D、采样信号的频率至少为连续信号最高有效频率的4倍C《计算机控制系统》第二章过程通道沈阳工程学院动力系崔长春4、4位的满量程为10V的A/D转换器，其最大量化误差为（）A、1/3VB、±1/3VC、2/3VD、±2/3VB《计算机控制系统》第二章过程通道沈阳工程学院动力系崔长春作业2-1：4位的满量程为10V的A/D转换器，其量化当量为多少？产生的最大量化误差为多少？