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实验七：采样信号的量化误差1.实验目的在理论学习的基础上，通过本实验熟悉A/D、D/A变换中的量化误差，了解A/D、D/A器件位数与量化误差的关系。
2.实验内容观察不同A/D、D/A位数时量化误差的大小和影响。
3.采样信号的量化误差实验用Matlab对正弦信号Y=5sin(2*pi*t)进行量化观察不同位数时的误差的大小和影响一．用Matlab进行仿真的源代码如下：%shiyan7.mt=0:0.01:5;y=5*sin(2*pi*t);partition1=-5*(1-1/2):5*1/2:5*(1-1/2);partition2=-5*(1-1/4):5*1/4:5*(1-1/4);partition3=-5*(1-1/8):5*1/8:5*(1-1/8);partition4=-5*(1-1/16):5*1/16:5*(1-1/16);z1=(quantiz(y,partition1)-3/2)*10/3;z2=(quantiz(y,partition2)-7/2)*10/7;z3=(quantiz(y,partition3)-15/2)*10/15;z4=(quantiz(y,partition4)-31/2)*10/31;subplot(5,1,1);plot(t,y);title('y=5*sin(2*pi*t)');subplot(5,1,2);plot(t,z1);ylabel('2 bit');subplot(5,1,3);plot(t,z2);ylabel('3 bit');subplot(5,1,4);plot(t,z3);ylabel('4 bit');subplot(5,1,5);plot(t,z4);ylabel('5 bit');二．用Matlab绘出不同位采样的图形如下：4．结论从Matlab的仿真结果可以看出，对模拟信号进行量化时不可避免的要引入量化误差。
004-振动信号的采集与预处理D字的数，这个过程称为量化。
由于抽样间隔长度是固定的（对当前数据来说），当采样信号落入某一小间隔内，经舍入方法而变为有限值时，则产生量化误差。
如8位二进制为28＝256，即量化增量为所测信号最大电压幅值的1/256。
1.1.1 编码振动信号经过采样和量化后，量化后的数据按照一定的协议进行编码，成为处理器可以处理的数据。
采样定理解决的问题是确定合理的采样间隔△t 以及合理的采样长度T ，保障采样所得的数字信号能真实地代表原来的连续信号x(t)。
衡量采样速度高低的指标称为采样频率f s 。
一般来说，采样频率f s 越高，采样点越密，所获得的数字信号越逼近原信号。
为了兼顾计算机存储量和计算工作量，一般保证信号不丢失或歪曲原信号信息就可以满足实际需要了。
这个基本要求就是所谓的采样定理，是由Shannon 提出的，也称为Shannon 采样定理。
Shannon 采样定理规定了带限信号不丢失信息的最低采样频率为：2smf f ≥或2smωω≥式中f m 为原信号中最高频率成分的频率。
采集的数据量大小N 为：T N t=∆ 因此，当采样长度一定时，采样频率越高，采集的数据量就越大。
使用采样频率时有几个问题需要注意。
一， 正确估计原信号中最高频率成分的频率，对于采用电涡流传感器测振的系统来说，一般确定为最高分析频率为12.5X，采样模式为同步整周期采集，若选择频谱分辨率为400线，需采集1024点数据，若每周期采集32点，采样长度为32周期。
二，同样的数据量可以通过改变每周期采样点数提高基频分辨率，这对于识别次同步振动信号是必要的，但降低了最高分析频率，如何确定视具体情况而定。
条件1采样频率控制最高分析频率采样频率（采样速率）越高，获得的信号频率响应越高，换言之，当需要高频信号时，就需要提高采样频率，采样频率应符合采样定理基本要求。
这个条件看起来似乎很简单，但对于一个未知信号，其中所含最高频率信号的频率究竟有多高，实际上我们是无法知道的。
考点一：广播的功能广播具有社会双向沟通的功能广播存在的社会价值：1 为社会个体服务2 推动社会整体的发展广播对于个体提供的服务有： 1 减少个体焦虑和孤独感，提供放松与娱乐，增加个体间的友谊与交流 2 帮助个体获得信息和建议，帮助个体解决问题，个体可以直接参与节目，也可以由电台直接提供进一步的支持与帮助 3 放大个体经验，激发个体对于先前未知主题，事件，或人的兴趣，促进个体的创造力发展，指明新的个人行为。
4 帮助个体发展自知自觉意识，提供安全与支持，帮助人们理解个体之间的联系，在普通人，社会精英与专家之间建立“链接” 5 为个体提供社会行为的向导，设立价值标准，并提供与之相适应的社会角色模型 6 提供谈话主题，在个体之间建立联系，分享经验。
7 使个体通过媒介分享他人的体验，做出自己的判断与选择。
促使个体承担公民角色，学会在社会生活中发布没有偏见的新闻与信息。
广播推动社会整体发展的作用表现为：1 社会变革的催化剂，加速信息传播速度 2 提供工作，商品和服务信息，提供消费趋势并影响市场的走势 3 作为执政机构的维护者，在政府与公众之间建立联系4 推动既定政策的执行和政治目标的发展，揭露社会问题，提供行动选择 5 推动艺术和文化进步，为人们提供新的风格和艺术选择 6 发布新思想，引导人们的信仰和架子，产生观念的变化与差异，强化社会传统价值观，巩固社会秩序，维持现状7 在个体与社会团体之间建立对话，发展社会公共成员意识8 动员公共与私有资源共同应对社会危机，特别是面临某些突发性的紧急情况时。
考点二：采样和采样率位长度与量化误差采样和采样率：1：采样也称为取样，是把振幅随时间连续变化的信号波形按照一定时间间隔切取，形成时间上不连续的脉冲列。
每个脉冲都可以视为各个时刻信号振幅的样本，叫做样本值或者采样值。
采样把连续信号变成与时间有关的离散信号，这意味着只有离散值在时间或空间保留。
2：采样率是每秒内所测量（采样）到的模拟信号的次数，也可以将采样率视为每秒钟拍下声波电子快照的次数。
实验四采样信号量化误差分析
一. 实验目的
1.通过本实验熟悉A/D、D/A变换中的量化误差。
2.了解A/D、D/A器件位数与量化误差的关系。
二. 实验原理
把连续时间信号转换为与其相对应的数字信号的过程称之为模—数（A/D）转换过程，反之则称为数—模（D/A）转换过程，它们是数字信号处理的必要程序．一般在进行A/D转换之前，需要将模拟信号经抗频混滤波器预处理，变成带限信号，防止采样时出现频率混迭现象,然后再经A/D转换成为数字信号，最后送入数字信号分析仪或数字计算机完成信号处理．如果需要，再由D/A转换器将数字信号转换成模拟信号，去驱动计算机外围执行元件或模拟式显示、记录仪等。
图1 信号A/D转换过程
把采样信号x（nT s）经过舍入或截尾的方法变为只有有限个有效数字的数，这一过程称为量化。
若取信号x（t）可能出现的最大值A，令其分为D个间隔，则每个间隔长度为R=A/D，R称为量化增量或量化步长。
当采样信号x（nT s）落在某一小间隔内，经过舍入或截尾方法而变为有限值时，则产生量化误差，如图2所示。
图2 信号的6等分量化过程
一般又把量化误差看成是模拟信号作数字处理时的可加噪声，故而又称之为舍入噪声或截尾噪声。
量化增量D愈大，则量化误差愈大，量化增量大小，一般取决于计算机A/D卡的位数．例如，8位二进制为28=256，即量化电平R为所测信号最大电压幅值的1／256。
三. 实验内容
采用软件模拟的方法对数字信号进行量化处理,观察量化后信号波形的变化,将原始数字信号和量化后的数字信号转化为音频数据流或音频文件(WAV格式),通过计算机声卡和喇叭播放,感受量化后带来的舍入噪声的影响。
四. 实验仪器和设备
1. 计算机1台
2. DRVI快速可重组虚拟仪器平台1套
3. 打印机1台
五. 实验步骤
1.运行DRVI主程序，点击DRVI快捷工具条上的"联机注册"图标，选择其中的“DRVI
采集仪主卡检测”或“网络在线注册”进行软件注册。
2.在DRVI软件平台的地址信息栏中输入WEB版实验指导书的地址，如“http://服务器IP
地址/GccsLAB/index.htm”，在实验目录中选择“采样信号量化误差分析”实验，点击实验脚本，建立实验环境，如下图所示。
观察信号量化误差的影响。
图3 采样信号的量化误差
下面是该实验的装配图和信号流图，图中的线上的数字为连接软件芯片的软件总线数据线号，**IC为使用的软件芯片。
图4 采样信号的量化误差实验装配图
六. 实验报告要求
1.简述实验目的和原理，根据实验要求整理该实验的原理设计图。
2.按实验步骤附上相应的信号波形曲线，说明不同A/D、D/A位数对采样后的数字信号精
度的影响，总结实验得出的主要结论。
3.拷贝实验系统运行界面，插入到Word格式的实验报告中，用Winzip压缩后通过Email
上交实验报告。
七. 趣味应用实验
1.将声卡作为双通道A/D卡，从Line in 口或Mic口输入，用DRVI中的声卡信号采集芯
片设计一个双通道信号采集器。
2.将声卡作为双通道D/A卡，从Line out口或Speaker口输出，用DRVI中的声卡信号输
出芯片设计一个信号发生器。
3.用DRVI声卡芯片采集声音信号，设计一个受声音信号幅度控制的声控路灯模拟实验系
统。
拍手则报警灯亮，再拍手则报警灯灭。
图5 声卡信号采集应用实验
八. 思考题
1.常用的A/D转换器件的位数有那几种，当输入的模拟电压的变化范围为-5V~+5V之间
时，对于几种不同的位数，其分辨率和转换精度分别为多少？
2.实际测量中是否A/D转换器件的位数越高越好，如何合理的选择一个A/D转换器件？
九. 附录：声卡简介
声卡是多媒体电脑的主要部件之一，它包含记录和播放声音所需的硬件。
声卡的种类很多，功能也不完全相同，但它们有一些共同的基本功能：能选择以单声道或双声道录音，并且能控制采样速率。
声卡上有数模转换芯片(DAC)，用来把数字化的声音信号转换成模拟信号，同时还有模数转换芯片(ADC)，用来把模拟声音信号转换成数字信号。
声卡真正的质量取决于它的采样和回放能力。
影响音质的两个因素是采样精度和采样频率。
采样精度决定了记录声音的动态范围，它以位(Bit)为单位，比如8位、16位。
8位可以把声波分成256级，16位可以把同样的波分成65,536级的信号。
位数越高，声音的保真度越高。
采样频率指每秒钟采集信号的次数，声卡一般采用11K、22K和44KHz的采样频率，频率越高，失真越小。
在录音时，文件大小与采样精度、采样频率和单双声道都是成正比的，如双声道是单声道的两倍，16位是8位的两倍，22K是11K的两倍。
图6 声卡结构示意图
※注意：由于声卡输入默认是外接的MIC或音频设备输出，对采样信号幅度有限制，应该控制在±1V之间，否则会损坏声卡，信号频率在20Hz~20kHz之间，否则测量的波形可能失真。
