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第2章_信号输入处理(3)

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§2 汽车电子系统的输入和输出本节要解决的问题：1 在ECU的设计中，传感器信号处理方法？2 汽车电子系统执行器的驱动方法？3 需要了解一些什么类型的元器件就可以动手搭建简单的电子系统？4 重点：运放和MOSFET的使用。

§2 电子系统§2.1 传感器信号的处理（硬件）•传感器输出信号可以分为模拟量和数字量，其处理方法都是以运算放大器为基础的。

以运放为基础的放大、滤波、积分和微分等处理，是ECU输入通道的主要处理手段。

•掌握运放的基本性质和合理地选择和使用运放，是设计ECU输入通道的基础。

（Signal Conditioning）§2 电子系统§2.1 传感器信号的处理（硬件）•本节主要内容：–预备知识–信号的放大–信号的积分–信号的滤波–信号的保护–运放的使用规则§2 电子系统汽车电子系统中，有哪些传感器？温度？压力？位移？流量？转矩？水温，油温，进气，大气…增压、大气、燃油…油门、节气门、齿杆、方向盘…空气量、油量…发动机、变速箱、传动系统…§2 电子系统§2 电子系统Temperature, Inside, Outside, Water, Air, Oil Level Sensor HallHFM Steering Angle Position Airbags μMechanics PressureSensor-Intake ManifoldAnti Pinch Protection Fuel Level Potentiometer Mirror PositionSuspension Resistive Rain Sensor, OpticalOver roll SensorSeat Passenger Comp. Protection,UltrasoundPDC Ultrasound TypePressure μmechanics ABS Inductive PowerWindow Hall Lambda Sensor λAccelerator Pedal Position, HallBrake Pedal Position, HallCamshaft,HallCrankshaft,Inductive, HallKnockSensor§2 电子系统变速驱动器压力、变速器转速、车速、油液温度、档位开关、节气门开度、冷却水温、发动机转速、空调开关、巡航控制开关、进气管绝对压力传感器等；自动变速器控制系统大气压力、大气温度、增压压力、增压温度、冷却水温、排气温度、机油压力、机油温度、空气流量、凸轮轴位置、曲轴位置、空调开关、巡航控制开关、宽带氧传感器等；柴油机电子控制系统进气歧管绝对压力、冷却水温、大气压力、大气温度、节气门开度、燃油温度、曲轴位置、凸轮轴位置、空气流量、空调开关、巡航控制开关、爆震传感器和氧传感器等；汽油机电子控制系统包括的传感器名称电子控制系统的名称§2 电子系统…………其它雷达、红外、距离传感器（非按触式）、磁传感器、酒敏传感器等；智能导航、自动控制加速度、车速度传感器等；安全气囊控制系统位置、压力、加速度、速度传感器；悬驾控制系统方向盘位置、力距、速度、压力传感器等；电子动力转向系统力距、加速度、压力、重量、转角传感器、座椅温度传感器等；先进座椅控制系统制动液压力、制动液温度、加速踏板、制动踏板、加速度、轮速、偏角传感器等；ABS和ASR系统包括的传感器名称电子系统名称感知——传送——处理——采集感知——传送——处理——采集传感器ECU§2 电子系统§2 电子系统I n p u t S i g n a lTranformationConverter-Element Non-Electrical IntermediateSize Primary Electrical Value Evaluation ElectronicsAnalog Measuring Signal Analog Digital-ConverterDigitsed Measuring SignalMicroprocessorO u t p u t S i g n a l (D i g i t a l / A a n a l o g )Simple Sensor (Converter)Integrated Sensor Smart Sensor§2 电子系统车用传感器的特定要求接触电阻变化，产生干扰非金属的土路，沙尘天气灰尘腐蚀，放电空气中的盐尘，含盐的冰水溶解盐雾腐蚀，短路，漏电下雨，溅水，洗车水腐蚀，碰撞，变形天气，水蒸发湿度变形，螺栓或连接松动附件的散热温度变化材料变质，老化天气，自我发热温度结果影响因素环境变化§2 电子系统车用传感器的特定要求零点干扰或者漂移不同的环境压力大气压力受干扰或者失效辐射，干扰，过载电磁干扰老化曝露在阳光下光照辐射腐蚀制动液，蓄电池液体腐蚀性液体腐蚀，着火SO 2，氢混合气，可燃混合气腐蚀性或者爆炸性气体污染维修和服务机油或燃油蒸发结果影响因素环境变化§2 电子系统•压力传感器（Pressure Sensor)•加速度传感器(Acceleration Sensor)•转速传感器（Speed Sensor）•加速踏板传感器（Acceleration Pedal）§2 电子系统§2.1.2 信号处理的预备知识•参考文献：《模拟电子技术基础》第七章：信号的运算和处理；•理想运放的特点？开环差模增益：∞；差模输入电阻：∞；输出电阻：0；共模抑制比：∞；上限截止频率：∞；温漂为0,内部没有噪声。

§2 电子系统§2 电子系统1 理想运放的性质：“虚短”、“虚断”1u 1R 2R 2u u +u −ou i +i −−+=u u 0−+==i i§2 电子系统建立传递函数描述1 比例电路(同相)u iu ou o (t)= u i (t)(1+R 2/R 3)U o (s)= U i (s)(1+R 2/R 3)ui u oUo (s)= Ui(s)(-R1/R2)2 比例电路(反相）§2 电子系统§2 电子系统3 低通滤波器u 1u 2iC R Z c =1/(jwC)U 2=U 1/(s RC+1)i=C(du 2/dt)i=(u 1-u 2)/R I=C sU 2I=(U 1-U 2)/R 21()1()()1==+U s H s U s sRC§2 电子系统2R 2u §2.1.3 信号的放大bR fR ou 1R 1u3R 3u 11=−⋅o f u u R R 1212=−⋅−⋅o f f u u u R R R R 312123()=−++o f u u u u R R R R ?=b R 1//=b f R R R 12////=b f R R R R§2 电子系统信号的放大1u 1f R 1R 2R 1b R 2u 3u 2f R 3R 4R 2b R 4u213121()=−f u u u R R R 叠加原理§2 电子系统信号的放大如果没有运放，是否满足叠加原理？C 1R 1C 2R 2C 1R 1C 2R 2?§2 电子系统14.713.216.210001200400800600200空燃比输出电压，毫伏§2 电子系统40Ωk 10Ωk 8Ωk iu ou 5Ωk 10Ωk 10Ωk§2.1.4 信号积分积分容易很饱和，所以目前一般采用数字积分，即微处理器将信号采集后再积分，优点是具有灵活的处理方法和手段。

bRCRou iu§2 电子系统§2.1.5 信号的滤波滤波的作用：（1）提高信号的信噪比；（2）提高控制系统的抗干扰能力；滤波的种类：带通、低通和高通，带阻；有源和无源；RLC；RC滤波；§2 电子系统§2 电子系统（1）无源RC滤波RCiu ou 缺点：R较大时输出电阻太大.§2 电子系统（2）有源RC滤波RCi u1R f R ou +u ◎优点：z 输入电流小；z 可调幅；z 输出能力强。

带有数字接口的模拟滤波器§2 电子系统1u 2u ou §2.1.6 模拟信号保护处理◎限制差模幅值◎限制共模幅值◎限制输出幅值◎防止电源反接Vcc§2.1.7 实际应用举例(1)滤波限幅幅值调整§2 电子系统§2.1.7 实际应用举例(2)滤波限幅值调整整形幅§2 电子系统偏置电压§2 电子系统采用对称正负电源供电处理电路§2 电子系统§2.1.7 实际应用举例(4)•/器件查询• Analog Devices • National Semiconductor•更多运放的应用举例：点击这里§2 电子系统§2.1.8 集成运放使用的总结(1)工程上如何选择和实用运放？考虑哪些因素？运放本身的结构工作温度范围工作电压范围温度变化漂移放大能力供货厂家价格因素封装形式频率响应§2 电子系统运放的工作温度范围常用运放的型号：LM系列LM124：－55°C～125 °CLM224：－25°C～85 °CLM324：－0°C～70 °C（National Semiconductor）ÆMotorola:§2 电子系统§2 电子系统The rail-to-rail output range of theAD8051is provided by a complementary common-emitter output stage. High output drive capability isprovided by injecting all output stage predrivercurrents directly into the bases of the outputdevices Q8 and Q36. Biasing of Q8 and Q36 isaccomplished by I8 and I5, along with a common-mode feedback loop (not shown). This circuittopology allows the AD8051 to drive 45 mA ofoutput current and allows the AD8054 to drive 30mA of output current with the outputs within 0.5 Vof the supply rails.LM324AD8051zLM324工作电压：3～32V，或者±1.5～16V；z AD8051工作电压：3～12V，或者±1.5～6V。

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数字信号处理第2章

数字信号处理第2章


Z变换与拉氏变换的关系:
这一关系实际上是通过 到了Z平面。
若将Z平面用极坐标表示
标表示
，代入
将S平面的函数映射
，S平面用直角坐 ，得：
上述关系表明： z 的模 r 仅与 s 的实部 相对应， z 的幅角 则仅与 s 的虚部 对应。
映射关系：
Z变换与拉氏变换的关系
0 0,2 (S平面实轴映射到Z平面的正实轴)
解：
，求它的傅立叶变换。
其幅度谱和相位谱分别为：
典型例题
❖ 例2 已知序列的傅立叶变换如下，求它的反变换。
解：
显然序列 h(n)不是绝对可和的，而是平方可和 的 ，但其依然存在傅立叶变换。 Parseval定理
典型例题
❖ 例3 证明复指数序列 x(n) e j0n 的傅立叶变换为：
证：根据序列的傅立叶反变换定义，利用冲击函 数 的性质，有：
即序列绝对可和
某的有 立些序些叶既列序变不，列换满若虽依足引然然绝入不存对频满在可 域足。和的以见的冲上后条击条例件函件。也数，不但满满，足足其平平傅方方立可可叶和和变条，换件其傅
也存在。如
、某些周期序列，见后例。
序列傅立叶变换的定义
5．常用序列的傅立叶变换
序列
(n)
傅立叶变换
1
1
典型例题
❖ 例1 已知
A形k(式k=求0,X取1(…：z),N)B，(此z) A( z )
时
为了方bi 便z i通常利用
i0
N
1 ai z i
X(z)/z的
i 1
若序列为因果序列，且N≥M，当X(z)的N个极点都是单
极点时，可以展开成以下的部分分式的形式：
则其逆Z变换为：
数字信号处理第2章习题解答

数字信号处理第2章习题解答

n 0
e
n 0


e
j ( 0 )

n
1 1 e e j (0 )
当 e 1 0
2-9 求 x(n) R5 (n) 的傅里叶变换 解：X (e j )
5 j 2
n

j

x ( n )e j n e j n
1 1 1 z 2
1 1 1 2 1 z z 2 4 1
1 1 1 2 X ( z) 1 z z 2 4 n 1 n z 2 n 0
1 x(n ) u(n ) 2
n
1 1 1 z 2 1 1 z 2 1 1 1 2 z z 2 4 1 2 z 4
解：
1 由x1 ( n ) u( n ) 2
1 z 2
n
1 得 X 1 ( z ) ZT [ x1 ( n )] 1 1 1 z 2 n 1 由x2 ( n ) u( n ) 3 1 得 X 2 ( z ) ZT [ x2 ( n )] 1 1 1 z 3
1 z 3
z3 z 3z 5 1 1 1 1 1 z 1 z z 3 z 2 3 2
1 z 3 2
j x ( n ) X ( e ): 2-7 求以下序列 的频谱
（1） (n n0 )
X ( e j )
n j n ( n n ) e 0
0
1/ 4 Re[ z ]
当 n 1 时， F ( z )在围线c内有一 (n 1)阶极点 z 0 在围线c外有单阶极点 z 1/ 4， 且分母阶次高于分子阶次二阶以上
兰交课件系统辨识 第2章(输入信号的设计与选择)

兰交课件系统辨识 第2章(输入信号的设计与选择)

0
(2.3.9)
系统辨识模拟方块图如图2.5所示。由于x(t)和 不相关，故 和 不相关，积分器输出 为 。（相关法）
相关法的优缺点：
优点： 不要求系统严格地处于稳定状态 输入的白噪声对系统的正常工作影响不大 对系统模型不要求验前知识 缺点： 噪声的非平稳会影响辨识精度 用白噪声作为输 入 信号时要求较长的观测时 间
( i 6)
i 1 12
（2.2.21）
（2）变换抽样法：设 均匀分布随机变量，则
是2个互相独立的（0，1）
1 2 1 ( 2 ln 1 ) cos 22 1 2 (2 ln 1 ) 2 sin 22
是相互独立、服从N(0,1)分布的随机变量。
交换律
分配律
0
1 1
1
0 1
1
1 0
2.3.2 M序列的产生

设有一无限长的二元序列x1 x2 … xp xp+1 …
x i a1 x i 1 a 2 x i 2 a p x i p


i=p+1,p+2,…
a1，a2，…ap-1取值为0或1；系数ap为1
)
采用极大似然法辨识时，如果辨识方法使得 模型参数的估计值是渐近有效的，最优输入信号 就是使Fisher信息矩阵的逆达到最小的一个标量函 数。这个标量函数可以作为评价模型精度的度量 函数，记作
J (M
1
)
（2.1.1）
T
Mθ是Fisher信息矩阵，且
ln L ln L M E y| (2.1.2)
2.2.2 白噪声序列
数字信号处理(方勇)第二章习题答案

数字信号处理(方勇)第二章习题答案

2－1 试求如下序列的傅里叶变换： （1）)()(01n n n x -=δ （2）)1(21)()1(21)(2--++=n n n n x δδδ （3）),2()(3+=n u a n x n10<<a（4）)4()3()(4--+=n u n u n x（5）∑∞=-⎪⎭⎫⎝⎛=05)3(41)(k nk n n x δ（6）()6cos ,14()0,n n x n π⎧-≤≤=⎨⎩其他解： （1） 010()()j n j j nn X e n n ee ωωωδ∞--=-∞=-=∑（2） 2211()()122j j nj j n X e x n e e e ωωωω∞--=-∞==+-∑ωsin 1j +=（3） 2232()(2)1j j nj nn j nj n n a e X e a u n ea eaeωωωωω-∞∞---=-∞=-=+==-∑∑， 10<<a（4） []4()(3)(4)j j nn X e u n u n eωω∞-=-∞=+--∑∑-=-=33n nj e ω∑∑==-+=313n n j n nj e eωωωωωωωj j j j j e e e e e --+--=--111134=⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫⎝⎛=----ωωωω21sin 27sin 1137j j j e ee（5） 3350011()(3)44n kj jn j k n k k X e n k e e ωωωδ∞∞+∞--=-∞==⎛⎫⎛⎫=-= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭∑∑∑∑∞+=--⎪⎭⎫⎝⎛-=⎪⎭⎫⎝⎛=033411141k j kj e e ωω（6） 44336441()cos 32j j j jn jn n n X e nee e e ππωωωπ---=-=-⎛⎫==+ ⎪⎝⎭∑∑994()()4()()3333001122j j n j j n n n e e e e ππππωωωω--++===+∑∑ ()9()9334()4()33()()3311112211j j j j j j e e e e e e ππωωππωωππωω-+-+-+⎡⎤⎡⎤--⎢⎥⎢⎥=+⎢⎥⎢⎥++⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦2－2 设信号}1,2,3,2,1{)(---=n x ，它的傅里叶变换为)(ωj e X ，试计算(1)0()j X e （２）()j X ed πωπω-⎰（３）2()j X e d πωπω-⎰。