交流信号采集与变换68页PPT

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2
信号
模拟信号
模拟信号是指信息参数在给定范围内表现为连续的信号。 或在一段连续的 时间间隔内，其代表信息的特征量可以在任意瞬间呈现为任意数值的信号。模 拟信号分布于自然界的各个角落，如每天温度的变化。电学上的模拟信号主要 是指幅度和相位都连续的电信号，此信号可以被模拟电路进行各种运算，如放 大，相加，相乘等。
• 转换时间，指从发出启动命令到转换结束获得整个数字信号为止所 需要的时间间隔。
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24
A/D转换器
2. A/D转换器的主要参数
例1：S3C2410中的A/D转换器 • 8路10位，并支持触摸屏功能。 • 精度位1.5位，量程为0~3.3V，最
大转换速率为500K。
例1
例2： 8位模数(A/D) 转换器 ADC0809
1.模数转换器与单片机的接口
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28
单片机
2.模数转换器与单片机的接口的编程
查询方式：
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29
单片机
2.模数转换器与单片机的接口的编程
定时采样方式 向A／D发出启动脉冲信号后，先进行软件延时．延时时间取决于转换时间(
滤波器
低通滤波器 高通滤波器 带通滤波器 带阻滤波器
低通
带通
高通
.
带阻 11
调理通道
2.滤波电路
2.1 RC无源滤波器
在测试系统中，常用RC滤波器。因为这一领域中信号频率相对来说不高。 而RC滤波器电路简单，抗干扰强，有较好的低频性能，并且选用标准阻容 元件 。
1) 一阶RC低通滤波器
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12
2.1 RC无源滤波器 2) 一阶RC高通滤波器
.
8
调理通道
1.放大电路
1.1直流放大电路

有一定得幅度范围,若超过这个幅度范围,数 字输出就会发生变化,这样能分别得电压范 围叫做分辨率。通常用LSB(Least Significant Bit)表示。
AD转换电路与DA转换电路得基础
元件性能得影响与要求
• 模拟开关得性能参数
静态特性:主要指开关导通与断开时输入端与输出 端之间得电阻Ron与Roff,此外还有最大开关电压、最 大开关电流与驱动功耗等。
动态特性:开关动作延迟时间,包括开关导通延迟时 间Ton与开关截止延迟时间Toff, 通常Ton>Toff, 理想模 拟开关时Ton→0,Toff→0
b) Ron1
R1
C1
∞ -
+ + N2
C
uo uo
精度提高得方法(电路)
(2)电容校正方法得矛盾
精度 《》 速度
Ron2
C1
∞
∞
-
-
Ron
+
uo
+
+ N2
ui
+ N1
C
b)
提高速度得方法(电路)
减少反馈回路中得时间常数数目来提高速度
Uc
VD1
VD2
V2
V1
∞
-
ui
+
+ N1
R1
R2
V
∞
-
uo
+
(2)当在比较器后面连接数字电路时,专用集成比较器无需 添加任何元器件,就可以直接连接,但对通用运算放大器 而言,必须对输出电压采取嵌位措施,使它得高,彽输出电 位满足数字电路逻辑电平得要求。
电压比较电路
一 电平比较电路(单阈 值比较器)
(a)差动比较电路

02
时不变：系统的特性不随时间变 化。
系统的数学模型为非线性微分方 程或差分方程。
03
频域分析方法不适用，需采用其 他方法如几何法、状态空间法等
。
04
时变系统
系统的特性随时间变 化，即系统在不同时 刻的响应具有不同的 特性。
时域分析方法：积分 方程、微分方程等。
系统的数学模型为时 变微分方程或差分方 程。
信号与系统PPT课件
目录
CONTENTS
• 信号与系统概述 • 信号的基本特性 • 系统分析方法 • 系统分类与特性 • 系统应用实例
01
CHAPTER
信号与系统概述
信号的定义与分类
总结词
信号是传输信息的一种媒介，具有时间和幅度的变化特性。
详细描述
信号是表示数据、文字、图像、声音等的电脉冲或电磁波，它可以被传输、处理和记录。根据不同的特性，信号 可以分为模拟信号和数字信号。模拟信号是连续变化的物理量，如声音、光线等；数字信号则是离散的二进制数 据，如计算机中的数据传输。
04
CHAPTER
系统分类与特性
线性时不变系统
线性
系统的响应与输入信号的 线性组合成正比，即输出 =K*输入+常数。
时不变
系统的特性不随时间变化 ，即系统在不同时刻的响 应具有相同的特性。
频域分析方法
傅里叶变换、拉普拉斯变 换等。
非线性时不变系统
01
系统的响应与输入信号的非线性 关系，即输出不等于K*输入+常 数。
系统的定义与分类
总结词
系统是由相互关联的元素组成的整体，具有输入、输出和转 换功能。
详细描述
系统可以是一个物理装置、生物体、组织或抽象的概念，它 能够接收输入、进行转换并产生输出。根据不同的分类标准 ，系统可以分为线性系统和非线性系统、时不变系统和时变 系统等频域分析方法将信号和系统从时间域转换到频率域，通过分析系统的频率响应 来了解系统的性能，如系统的幅频特性和相频特性，这种方法特别适用于分析 周期信号和非周期信号。

采用差分放大器 高增益 低噪声 高输入阻抗 合适的通频带 电气隔离和保护
生物电放大器基本要求
不影响所检测部位的生理功能； 测得的信号不能有畸变； 必须能将有用信号和干扰分离开来； 必须对可能的电击伤害提供有效的防护； 放大器本身应能经受得起除颤器、电刀
等产生的大电流的冲击。
么设备和如何使用？ 假定把生物电测量系统看作具有高通作
用的一阶系统，推导fL和t之间的关系。
心电导联
标准导联
单极肢体导联
I = (VR-Vw)/R + (VL-Vw)/R + (VF-Vw)/R = 0 Vw = (VR+VL+VF)/3 VR = VR –(VR+VL+VF)/3 ； VL = VL –(VR+VL+VF)/3 ； VF = VF –(VR+VL+VF)/3 VR + VL + VF = 0；

10V 255
0.0392V / 位 39.2mV / 位
量化噪声的方差和有效值
假设量化噪声与被量化的模拟信号是统计独立的，而 且概率密度是均匀分布的，则量化噪声的方差为：
2

/2
e2 p
/ 2
e
de
/2 / 2
e2


2
12

时间常数
时间常数反映的是仪器的低频截止频率 （fL），由于频率低的信号要几秒钟、甚至
十几秒才一周，难以测定，实际测定时是将
生物电测量系统的低频特性看作一阶高通，
用记录一个标准的阶跃信号幅度下降到
λ=37%时所需的时间（t）来反映fL，

调制解调定义与作用
调制：将信号转换为适合传输的频率或波形 解调：将接收到的信号还原为原始信号 作用：提高信号传输效率，降低干扰和噪声影响 应用：无线通信、广播电视、卫星通信等领域
常见调制解调方式
幅度调制：AM、DSB、SSB等 频率调制：FM、PM等 相位调制：PM、QAM等
正交频分复用：OFDM等 码分复用：CDMA等 多载波调制：MCM等
数字信号 处理算法 的应用： 包括通信、 图像处理、 音频处理 等领域
常见信号处理算法原理
01
傅里叶变换：将信号从时域转换到频域，用 于分析信号的频率成分， 如低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器等
05
信号识别与分类：如语音识别、图像识别等， 用于识别和分类信号中的特定模式
02
快速傅里叶变换（FFT）：一种高效的傅里叶 变换算法，用于快速计算信号的频谱
04
信号压缩与解压缩：如MP3、JPEG等，用于 减少信号的数据量，便于存储和传输
06
信号增强与恢复：如降噪、去模糊等，用于 改善信号的质量和清晰度
信号处理算法应用实例
语音识别： 将语音信 号转换为 文字
图像处理： 对图像进 行降噪、 增强、分 割等操作
信号处理算法与应 用
数字信号处理算法概述
数字信号 处理算法 的分类： 包括滤波、 变换、压 缩、编码 等
滤波算法： 包括低通 滤波、高 通滤波、 带通滤波 等
变换算法： 包括傅里 叶变换、 离散傅里 叶变换、 小波变换 等
压缩算法：
包
括
Huffman
编码、
LZW编码、
JPEG编码
等
编码算法： 包括线性 编码、非 线性编码、 纠错编码 等

拉普拉斯变换
拉普拉斯变换可以将时域信 号转换为复频域,能够分析 系统的动态特性,是分析线 性时不变系统的重要工具。
Z变换
Z变换可以将离散时间信号 转换为复频域,广泛应用于 数字信号处理、数字滤波器 设计等领域。
信号与系统分析的一般流程
信号建模
1
根据实际问题,建立合适的数学模型
系统分析 2
对系统的输入输出关系进行分析
信号与系统分析实例
频域分析
运用傅里叶变换将时域信号转换到频域,分析信号的频谱特性,如频带、主频、谐波等。
时域分析
利用时域函数描述信号的波形、幅值、时间特性,如上升时间、延迟时间、衰减特性等。
系统建模
建立信号传输系统的数学模型,运用拉普拉斯变换或Z变换分析系统的响应特性。
滤波设计
利用频域分析结果设计合适的滤波器,如低通、高通、带通滤波器,优化系统性能。
系统
系统指由相互关联的元素组成的 整体,对输入信号进行处理并产 生输出信号的装置或过程。
输入输出
系统接受外界信号作为输入,经 过一系列的处理过程后产生输出 信号。输入输出是系统的基本特 性。
为什么要学习信号与系统
理解现代技术的 基础
信号与系统是现代技 术的基础之一,涉及 电子、通信、控制、 信息处理等诸多领域 。学习这门课程可以 帮助我们深入理解这 些技术的工作原理变换F(s)的收敛性 由实部大于某个门限值的s 决定。即当Re(s) > σ₀时, 拉普拉斯变换收敛。
拉普拉斯变换的性质
线性性
拉普拉斯变换满足线 性性质,即对任意常 数a和b以及信号x(t) 和y(t),有 L{ax(t)+by(t)}=aL{ x(t)}+bL{y(t)}。这 使得拉普拉斯变换在 信号分析中有很强的 适用性。

2、用相移法产生单边带信号
m(t)
希尔伯特 滤波器
m(t)
Ac cos 2 fct
-2
+ sSSB(t)
∑
Ac sin 2 fct
sSSB (t ) Acm(t )cos 2 fct Ac m(t )sin 2 fct
32
单边带信号得解调方法
1、相干解调:
r(t)
×
LPF
yo(t)
cos(2 fct )
M ( f )]H ( f
fc )
Ac 4
[M(
f
2 fc)
M ( f )]H ( f
fc )
Yo (
f
)
Ac 4
M(
f
)H (
f
fc )
H(
f
fc )
H ( f fc ) H ( f fc ) 常数 f W
39
HVSB()
1
0.5
-c
0
c
(a)
(a) 残留部分上边带得滤波器特性
18
DSB－SC得相干解调框图
× r(t)
LPF
yo(t)
cos(2 fct )
载波提取
电路
19
双边带抑制载波调幅信号得相干解调
r(t ) s(t ) m(t)Ac cos(ct c )
相干解调:利用恢复载波 cos(2 fct )
r(t )cos(2 fct ) m(t)Ac cos(2 fct c )cos(2 fct )
频率或相位得变化都可以看成是载波角度得变化,故调频 和调相又统称为角度调制。
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角度调制与线性调制不同,已调信号频谱不再是原调制 信号频谱得线性搬移,而是频谱得非线性变换,会产生与 频谱搬移不同得新得频率成分,又称为非线性调制。 由于频率和相位之间存在微分与积分得关系,故调频与调 相之间存在密切得关系,即调频必调相,调相必调频。

电力系统调度自动化
第二章 交流数据采集与处理
生产实践中是通过何种设备完成交流数据采集？ 电压表 电流表 功率表 万用表？ 工作原理是什么？
交流数据采集的目标是什么？ 通过提取交流量的特征信息进行交流量的表征 幅值（有效值） 频率 相位
交流数据采集与变换中需要解决的问题？
硬件： 电流电压的幅值特点（变换器） 微处理器处理能力问题（采样方式） 路数问题 成本问题（多路开关） 转换精度 （采样保持、AD转换器） 频率问题（测频） 信号干扰问题(模拟滤波电路) 软件： 针对不同采样方式，所采取的方式 直流采样 交流采样
16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 6 3 4 5 2
+15V -15V
7 11
+Vs -Vs AD574A
集成化的数据采集芯片
A/D转换器、多路转换开关、采样保持器是模拟量输入通道中的
关键部分，已经由一些公司开发出集成了以上三个部分的集成化的数
据采集芯片。如MAXIM的MAX197它是一个多量程的12位数据采集芯 片，只需一个＋5V电源供电，片内含8路模拟通道，5MHz带宽的采样
12位数据，也可先读低8位，再读高4位，输入可接单极性或双极 性，有片内时钟。
单极性接法
＋5V －15V
R1 100kΩ R4 100KΩ R3 100KΩ 0～＋10V 0～＋20V 13 14 8
＋15V
R2 100Ω
REF-IN AN-GND BPLRof 10Vspn 20Vspn REFout
交流电流变送器
转换过程中需要解决的问题 输入信号大小 中间互感器 （作用） 交流 直流 全波线性整流 （重点：电路、工作 原理） 平滑滤波，整形

Voltage will be 0 to 100V and current may as high as 25 times of the rated current, that is 125A or 25A.
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13
The voltage and current are still too big for the AAF, S/H, MUX, ADC and other electronic circuit.
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9
Typical hardware structure
❖ The following Figure shows the general hardware outline of a numeric protection relay.
❖ It consists of: Galvanic Isolation Transformer Anti-Alias Filter S/H Amplifier Multiplexer ADC Micro-Processor Timer
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28
原理电路
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29
工作过程
❖ Sample mode:
S/H is high and AS is closed.
Vout=Vin
❖ Hold mode:
S/H is low and AS is opened.
Vout=VC= Vin (just before AS
open)
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30
波形
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基本要求:
多路切换开关
❖ Function :
In general case, relays need multichannel inputs
(3phase voltage, 3phase current, zero sequence current etc.)

第一节 电量变送器
将一种电量变换为供测量用的直流电量。 可用来测量发电厂和变电站的电压、电流、 有功功率、无功功率、电能和频率等各种电 气量。 发电厂电量接入DCS、称ECS 输入交流电压、电流、功率，输出直流电 压:0～5V；电流:0～1mA 、4～20mA
一、交流电流变送器，
大电流变为小电流 电气隔离
如将150A的满量程值放大10倍后成为1500，系数K 即有11位有效位数。在1500转换成二进制数后，与K 相乘，并在二－十进制转换后，将小数点向左移一位， 即为150.0A的表达。
遥测量用四位十进制D3D2D1D0显示。用小数点标 志F1F2来设定小数点位置，其内容由通信双方约定。 例如小数点设在最低位D0之前，把F1F2置为01。例如 幅值为150A的电流，可得 0100010111011100
精密交-直流变换电路将交流电压变为 0~5v的直流电压
经电阻变为电压信号
恒流输出电路得到0~1mA或4~20mA 直流输出信号。
精密交流直流转换
问常题规：的为桥什式么整不 流用 存常 在规 管的 压桥 降式 ，整 转流换？非线性。 实现精密实整现流精关密键整是流运的算关放键大是器什的么虚？短虚断
直流采样
对于50Hz的基波，上述计算可得到7个分组值，每 个分组值恰好分别等于对基波进行每周期7次采样的 各个采样值，并且不包含任何7次谐波成分。 。
第五节 标度变换
0101011011100101---→ 86.2A
第五节 标度变换 例如被测电流的满量程为1500A，经变换后 的满量程结果为2047。当电流在0～1500A范围 内变化时，模/数转换的输出在0～2047之间变 动，两者呈线性比例关系。设遥测量的实际值 为S，模/数转换后的值为D，因为S和D呈线性 比例关系，所以可以以满量程的对应关系来求 出标度变换系数K。对于12位模/数转换器， D=2047，则