模拟信号的转换和处理
勘误第5章模拟信号的调理与转换
第5章 模拟信号的调理与转换测试系统的一个重要环节是信号的调理与转换。
被测物理量经传感器后的输出一般了抑制干扰噪声、提高信噪比和方便后续的传输和处理，往往需要对这些电信号调电桥是将电阻、电容和电感等参数或电流输出的一种测量电路。
电桥电路简单可靠，且具，被广泛用作仪器测量电路。
电桥可分为5.直流R 桥的一条对角线两端a 和c 接入直流电源b 和d 上输出电压y e ，该输出可直接驱动指示仪表，也可接直的出为电信号。
由于测量过程中不可避免地遭受各种干扰因素的影响，为作调理和转换。
本章主要讨论模拟信号常用的调理与转换环节，包括电桥、制与解调、滤波器、以及数/模与模/数转换。
5.1 电桥的变化转换为电压有很高的精度和灵敏度，因此按其采用的激励电源类型分为直流电桥和交流电桥；按其工作方式又零值法（平衡电桥）和偏值法（不平衡电桥）。
1.1 直流电桥电桥如图5.1所示，纯电阻1R 、2、3R 和4R组成电桥的四个桥臂，在电o e ，而另一对角线两端入后续放大电路。
流电桥的输出端后接输入阻抗较大仪表或放大电路时，可视为开路，其输为零，此时有电流o 112e I R R =+，o2e I R R =图5.1 直流电桥结构形式34+ 由此可得出b 、d 两端输出电压158()()14o o 12341324o1234b ad R R U e e R R R R R R R R eR R R R ⎛⎞=−=−⎜⎟++⎝⎠−++ （5-1y e 为零，即当电桥平衡时，应有y a e U =）由式（5-1）可知，要使输出电压式（5-2）为直流电桥平衡公式。
直流电桥的工作原理是：四个桥臂中的一个或数个桥臂的阻值变化而引电各桥臂的阻值，可使输出电压（或电流）仅直流电桥的优点是：采用稳定性高的直流电源作激励电源；电桥的输出e 是直流成入工频干扰较5.入b 、d 测量。
电桥平衡条件下，检流计G 的指示为零变化时，电桥不平衡，检流计G 的电流不为零。
单片机模拟信号采集与转换技术
单片机模拟信号采集与转换技术概述：单片机模拟信号采集与转换技术是一种将模拟信号转换为数字信号的技术。
在现代电子系统中，模拟信号一般是通过传感器或外部设备获取的，而单片机则负责对这些模拟信号进行采集与转换，以便进一步处理和分析。
引言：随着科技的进步和电子设备的普及，对于模拟信号的采集和处理需求也越来越大。
单片机模拟信号采集与转换技术的应用范围非常广泛，涉及到自动控制、仪器仪表、通信系统等领域。
本文将介绍单片机模拟信号的基本概念、采集与转换原理以及常用的实现方法。
一、模拟信号的基本概念在电子领域中，模拟信号是连续变化的信号，它可以有无数个取值。
常见的模拟信号有声音、光线、温度、压力等。
模拟信号的特点是可以直接表示被测量的物理量，但也容易受到噪声的影响，不便于存储和处理。
因此，将模拟信号转换为数字信号成为了必要的步骤。
二、采集与转换原理1. 采集模拟信号采集是指将模拟信号通过传感器或其他采集电路转换成电压或电流形式，并输入到单片机的模拟输入引脚上。
常见的模拟信号采集方法有电压采集、电阻采集、电流采集等。
2. 转换模拟信号转换是指将模拟信号转换为数字信号的过程。
转换的核心是模数转换器（ADC）。
ADC将模拟信号的连续变化转换为离散的数字量，常用的转换方法有逐次逼近型、积分型和比较型。
三、常用的实现方法1. 逐次逼近型ADC逐次逼近型ADC是一种常用且精度较高的转换方法。
它基于二分逼近的原理，根据比较结果逼近目标数字，直到最终达到所需的精度。
逐次逼近型ADC的工作原理是将模拟信号与参考电压进行比较，并根据比较结果逼近目标数字。
2. 积分型ADC积分型ADC基于模拟信号的积分操作进行转换。
它将待转换的模拟信号与一个固定频率的时钟信号进行积分，积分的结果表示模拟信号的大小。
积分型ADC的优点是转换速度快，但精度相对较低。
3. 比较型ADC比较型ADC是通过与参考电压进行比较，并根据比较结果得到数字输出的转换方法。
模拟信号与数字信号之间的转换
模拟信号与数字信号之间的转换
模拟信号与数字信号之间的转换是通过模数转换（ADC）和数模转换（DAC）来实现的。
模拟信号转换成数字信号，首先通过ADC将模拟信号进行采样，即将连续的模拟信号按照一定的频率进行离散化，得到一系列的模拟采样值。
然后将模拟采样值通过量化处理，转换成对应的数字信号，即根据一定的量化规则，将模拟采样值映射到一系列离散的数字量级上。
数字信号转换成模拟信号，首先通过DAC将数字信号进行反量化，即将数字信号的离散量级映射回模拟信号的值。
然后通过重构滤波器将反量化后的数字信号进行平滑处理，得到模拟信号。
最后，通过模拟电路对模拟信号进行放大、滤波等处理，使之符合要求。
需要注意的是，模拟信号转换成数字信号和数字信号转换成模拟信号都会引入一定的误差，即量化误差和重构误差。
因此，在进行模拟信号与数字信号之间的转换时，要选择合适的采样频率、量化精度和重构滤波器等参数，以保证转换的精度和准确性。
PLC对模拟量信号是怎么进行处理的
PLC对模拟量信号是怎么进行处理的模拟量信号是自动化过程控制系统中最基本的过程信号(压力、温度、流量等)输入形式。
系统中的过程信号通过变送器，将这些检测信号转换为统一的电压、电流信号，并将这些信号实时的传送至控制器(PLC)。
PLC通过计算转换，将这些模拟量信号转换为内部的数值信号。
从而实现系统的监控及控制。
从现场的物理信号到PLC内部处理的数值信号，有以下几个步骤：从以上PLC模拟量的信号输入流程可以看到，在自动化过程控制系统中，模拟量信号的输入是非常复杂的。
但是，在现目前的工业现场，对模拟量信号的处理已基本都采用电流信号方式进行传输，相比于电压信号方式，电流信号抗干扰能力更强，传输距离更远，信号稳定。
这里就PLC对模拟量信号的转换过程进行一个简单的分解介绍。
1PLC对模拟量信号的转换西门子S7-200SMART PLC模拟量模块对模拟量信号的转换范围台达DVP系列模拟量模块对模拟量信号的转换范围从以上可以看到：1、模拟量信号接入PLC后，PLC将模拟量信号转换为了整型数据，不是浮点数(如西门子-27,648 到 27,648);2、不同品牌的PLC对模拟量转换范围是有差异的(如西门子-27,648 到 27,648;台达-32,384 到 32,384);3、PLC同一个模块对不同类型的模拟量信号的转换范围是一致的(如西门子对±10 V、±5 V、±2.5 V 或 0 到 20mA的模拟量信号的转换范围均为-27,648 到 27,648);故从以上几点我们可以知道，接入PLC的模拟量信号还需要进行再转换处理，才可以得到与实际物理量相匹配的数据;在进行数据转换处理的时候，还应该与使用的PLC模块的处理数据范围相对应。
2PLC数据转换处理过程1、模拟量信号与PLC转换数据之间的转换从以上内容知道，从PLC直接读取到的模拟量信号为整型数据，整型数据无法直观的反馈出实际的物理量大小，故为了能够直观的反馈出现场的过程信号情况，还应该将这些整型数据转换为反馈直观真实的浮点数信号。
电子电路设计中的模拟信号处理方法
电子电路设计中的模拟信号处理方法在电子电路设计中，模拟信号处理是一个重要的领域，它涉及到输入信号的采集、滤波、放大、变换和输出等一系列处理过程。
本文将介绍几种常见的模拟信号处理方法，包括采集与转换、滤波、放大和变换。
一、采集与转换在电子电路设计中，采集与转换是模拟信号处理的第一步。
通常，我们使用传感器将物理量转换成电信号，并进行采样与量化处理。
其中，采样是指将连续时间的信号转换成离散时间的信号，常用的采样方法有脉冲采样和保持采样。
而量化则是指将连续幅值的信号转换成离散幅值的信号，通常使用模数转换器（ADC）进行。
在电子电路设计中，选择合适的传感器和合理的采样率、量化精度对信号处理的质量至关重要。
二、滤波滤波是模拟信号处理中常用的方法之一，用于去除输入信号中不需要的频率成分或噪声。
常见的滤波器有低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器。
低通滤波器可以通过降低高频信号来实现信号的平滑处理，高通滤波器则可以通过降低低频信号来去除噪声。
带通滤波器和带阻滤波器则是在特定频带内传递或阻止信号。
三、放大放大是模拟信号处理中常见的操作之一，它可以将输入信号的幅值增大到合适的范围以供后续处理。
放大器是用于放大电压、电流或功率的电路，常见的放大器有运算放大器、差分放大器和功率放大器等。
在选择放大器时，需考虑增益、带宽、输入阻抗和输出阻抗等参数，以满足设计要求。
四、变换变换是模拟信号处理的重要环节，它可以将信号从一个域转换到另一个域，以提取出信号的特征或实现信号处理的目标。
常见的信号变换方法包括傅里叶变换、拉普拉斯变换和小波变换等。
傅里叶变换可以将信号从时域转换到频域，以分析信号的频谱特性；拉普拉斯变换则可以将信号从时域转换到复频域，以分析信号的稳定性和响应特性；而小波变换可以将信号从时域转换到尺度域，以分析信号的局部特征。
综上所述，电子电路设计中的模拟信号处理方法包括采集与转换、滤波、放大和变换等。
通过合理应用这些方法，可以实现对模拟信号的有效处理与分析。
模拟信号工作流程
模拟信号工作流程
模拟信号工作流程是指在电子电路中，对模拟信号进行处理和转换的过程。
该工作流程通常包括以下步骤：
1. 信号采集：将模拟信号输入电路进行采集，通常采用传感器、滤波器等元件进行预处理。
2. 放大和滤波：采集到的信号经过放大和滤波，使其符合进一步处理的要求。
3. 采样和量化：将采集到的信号按照一定的时间间隔进行采样，并将其转换为数字信号进行处理，通常使用模数转换器等元件完成。
4. 数字信号处理：对数字信号进行处理，包括滤波、增益控制、频谱分析等操作。
5. 数字信号转换：将数字信号转换为模拟信号，通常使用数模转换器等元件完成。
6. 输出：将处理后的模拟信号输出到指定的设备或系统中，如扬声器、液晶显示屏等。
总的来说，模拟信号工作流程需要进行多个环节的处理，其中每个环节都需要使用特定的电路元件和技术手段来完成。
这些环节的协同作用，可以使得模拟信号得到高质量的处理和转换，从而满足不同应用场景的需求。
- 1 -。
电子信息技术中的模拟信号处理方法
电子信息技术中的模拟信号处理方法引言：在电子信息技术领域，模拟信号处理方法是指对连续时间和连续幅度的信号进行获取、处理、传输和存储的技术。
这些方法被广泛应用于各个领域，如通信、音频、视频等。
本文将介绍一些常见的模拟信号处理方法。
一、采样和保持电路采样和保持电路是模拟信号处理中最基本的方法之一。
当模拟信号进入采样和保持电路时，根据设定的采样率，信号被周期性地采样并保持在固定的时间间隔内。
这样，连续时间信号被转换成离散时间信号，方便后续处理和传输。
二、模拟滤波模拟滤波是指通过电子元件对信号进行滤波处理，以实现降低噪声、增强信号、抑制干扰等目的。
常见的模拟滤波电路有低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。
这些滤波器可以根据信号的频率特性选择合适的滤波方式，并使用滤波电路进行滤波处理。
三、模拟信号放大模拟信号放大是指将输入信号的幅度放大到需要的输出幅度。
放大电路通常由放大器构成，常用的放大器有运放和功率放大器等。
运放是一种高增益放大器，能够放大低幅度的信号，而功率放大器适用于放大高幅度的信号。
四、模拟信号调制与解调调制技术是一种将模拟信号转换成载波信号的方法，目的是为了实现信号的传输和改善传输质量。
常见的模拟调制技术有幅度调制（AM）、频率调制（FM）和相位调制（PM）。
解调则是将调制后的信号恢复成原始信号的过程，常用的解调技术有幅度解调、频率解调和相位解调等。
五、模拟信号处理芯片模拟信号处理芯片是针对模拟信号处理需求设计的专用芯片。
模拟信号处理芯片结合了上述提到的各种方法和技术，能够完成多种信号处理任务。
这些芯片通常具有高速处理能力、低噪声特性和低功耗等优势。
六、应用领域模拟信号处理方法广泛应用于各个领域。
在通信领域，模拟信号处理方法常用于调制与解调、音频信号处理、图像处理等。
在音频领域，模拟信号处理方法用于音频放大、音频滤波等。
在视频领域，模拟信号处理方法用于视频信号放大、视频滤波等。
结论：模拟信号处理方法在电子信息技术中起着重要的作用。
模拟信号转差分
模拟信号转差分随着科技的进步和应用领域的不断扩展，模拟信号转差分成为了一项重要的技术。
在许多电子设备和通信系统中，我们经常需要将模拟信号转换为差分信号进行处理和传输。
本文将介绍模拟信号转差分的原理、应用以及相关技术。
一、模拟信号转差分的原理模拟信号转差分是将模拟信号转换为差分信号的过程。
差分信号是指由两个相对电位进行测量的信号，它的特点是对干扰信号的抵抗能力较强。
通过将模拟信号转差分，可以提高信号的抗干扰能力，减小信号传输过程中的噪声干扰。
模拟信号转差分的原理可以简单地理解为，通过将模拟信号与一个恒定电位进行相减，得到一个差分信号。
这个差分信号可以看作是原模拟信号相对于恒定电位的偏移量，从而实现了信号的差分化。
二、模拟信号转差分的应用模拟信号转差分在实际应用中具有广泛的应用领域，下面将介绍其中的几个典型应用。
1. 传感器测量在许多传感器测量中，由于环境干扰等原因，模拟信号往往受到噪声的影响。
通过将传感器输出的模拟信号转换为差分信号，可以提高信号的抗干扰能力，提高测量的准确性和稳定性。
2. 音频信号处理在音频信号处理中，模拟信号转差分可以用于音频信号的采集、传输和处理。
通过将音频信号转换为差分信号，可以减小信号传输过程中的噪声干扰，提高音频信号的音质。
3. 通信系统在通信系统中，模拟信号转差分可以用于信号的编码和解码。
通过将模拟信号转换为差分信号进行传输，可以提高信号的抗干扰能力和传输的可靠性。
三、模拟信号转差分的技术模拟信号转差分的实现需要借助一些特定的电路和器件。
目前常用的模拟信号转差分的技术包括：1. 运算放大器差分输入运算放大器是一种常用的电子器件，它可以实现模拟信号转差分的功能。
通过将模拟信号输入到运算放大器的一个输入端，将恒定电位输入到另一个输入端，然后将两个输入端的差分信号作为输出信号。
2. 变压器差分输入变压器是一种常用的电子元件，它可以实现模拟信号转差分的功能。
通过将模拟信号输入到变压器的一个绕组，将恒定电位输入到另一个绕组，然后将两个绕组的差分信号作为输出信号。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
通频带 A2 ( f ) A3 ( f ) A4 ( f )
1
1
1
1
0
f2
f
0
f1
f
0
f1
f2
f
0
f1
f2
f
a)低 通 滤 波
b)高 通 滤 波
c)带 通 滤 波
d)带 阻 滤 波
四类滤波器的幅频特性
14
实际滤波器的基本参数
纹波幅度：在一定范围内，滤波器的幅频特性的波动 幅度。 截止频率：幅频特性值衰减-3dB对应的频率。
8阶低通巴特沃斯开关电容滤波器
31
第三节
调制与解调
调制：利用一个信号(通常为低频测量信号)来控制另 外一个信号(通常为高频振荡信号)的某个参数 (幅值、频率或相位)的过程。
分类：根据高频信号被控参量的不同，调制分为幅值 调制(简称调幅AM)、频率调制(调频FM)和相位 调制(调相PM)。
调制信号：低频信号 载波信号：高频振荡信号
10
隔离放大器符号
外形封装 (ISO124隔离放大器)
11
第二节
滤波器
滤波器：选择频率功能的装置，使一部分频率范围内 的信号通过，另一部分频率范围内的信号衰 减。
作用： 1. 去除无用信号、噪声、干扰信号以及信号处 理过程中引入的信号； 2. 分离不同频率的有用信号； 3. 对测量仪器或控制系统的频率特性进行补偿。
C1
C2 + R2
`
当C1=C2=C时，
－
A
1 ０ ＝ C R1R2
R1 1 2 Q R2
1 R1＝ 2Q0C 2Q R2 0C
27
有源高阶滤波器
采用有源滤波器形式，容易地实现由低阶滤波器串连构成 高阶滤波器。
28
MOS型开关电容等效电路
R1
eA
C
eB
H (s) 1 R1C1s
f2
1 2
17
例3：已知RC低通滤波器的R 10k ，C 1uF。试求: (1)滤波器的截止频率f c； (2)当输入为x(t ) 10sin10t 2sin1000t时，滤波器输出 表达式。
R Ux C Uy
18
1 1 解：（） 1 fc 15.9Hz 3 6 2 RC 2 3.14 10 10 110 1 (2)滤波器频响H ( j ) 1 j RC 1 H ( ) ， ( ) arctan( RC ) 2 1 ( RC )
1 Uy U y dt U x RC
H (s)
A( )
， RC s 1
2
s
1
2 f 1 2 f
2
1 arctan( ) arctan( ) 2 f
1
f1
1 2
20
RC带通滤波器
带宽B(-3dB带宽)：上下两个截止频率之间的频率范 围。 B=f2-f1 中心频率(f0)： f0
品质因数：Ｑ=f0/B
15
f1 f 2
倍频选择性：在上截止频率f2与2f2之间，或者下截止 频率f1与f1/2之间幅频特性的衰减量，即 频率变化一个倍频程的衰减量。 滤波器因数 ：滤波器幅频特性的－60dB带宽和-3dB带 宽的比值。滤波器选择性的另一种表示 方法，
信号的变换与处理
第一节 信号的放大 第二节 信号滤波器
第三节 调制与解调
1
第一节 信号的放大
集成运算放大器：分为通用型、高输入阻抗型、高精 度型、低漂移型、低功耗型等。
放大类型：反相输入、同相输入和差动输入。
Rf vi R1
－ ＋
Rf
v0
R1
－ ＋
v0
R
/
R
Rf v0 Avf vi R1
带通滤波器可以看作是低通滤波器和高通滤波器
串联组成，串联后所得的下截止频率为原高通滤波器
的截止频率，上截止频率为原低通滤波器的截止频率。 设计一个600Hz~5KHz的带通滤波器。 先设计一个600Hz的高通滤波器，再设计一个5KHz 的低通滤波器，让信号在高通滤波器中滤掉600Hz以 下的频率，然后经过低通滤波器滤波器滤掉5KHz以上 的频率，剩下的就是600Hz—5KHz的频率信号。
Rf v0 Avf 1 vi R1
2
差动放大电路
差动放大器将两个输入端之间的电压差进行放大， 而两输入端与其电源的参考点均不相连。差动放大器最 适合电阻电桥信号的处理。 R R
Rf
v
Байду номын сангаас
1
R f R1
v0
f
R f R1
vi1
vi1 vi2
R1
VV+
－ +
v0
R/ v v / i2 R2 R
调制器实质是一个 乘法器。
35
y(t)(carrier)
载 波
调 制 信 号
已 调 信 号
36
调幅信号的时域－频域关系
1 设载波为 cos 2 f 0t ( f f 0 ) ( f f 0 ) 根据 2 x(t )y (t ) X ( ) Y ( )可知，调幅后信号x(t )的频谱 图形由原点向左右搬移f 0频段。
利用移频法。
解调中所乘的信号要与原载波信号具有相同的频率
39
和相位，称为同步解调。这种调制方法又称为抑制调幅。
40
同步解调的原理： 假设载波为频率f 0的余弦信号 cos 2 f 0t 则x(t ) y (t ) X ( f ) Y ( f ) 1 1 由于 cos 2 f 0t ( f f0 ) ( f f0 ) 2 2 1 1 则x(t ) cos 2 f 0t X ( f ) ( f f0 ) X ( f ) ( f f0 ) 2 2 1 1 X ( f f0 ) X f f0 2 2
分别代入1 10，2 1000，可分别求出 1 1 0.9950， H (2 ) 0.0995 2 1 0.01 1 10 (1 ) arctan(0.0110) 5.681 H (1 )
(2 ) arctan(0.011000) 83.85
Q Q1 Q2 =C(V1 V2 )
Q C I = (V1 V2 ) TC TC
V1 V2 TC 1 R I C CfC
fc f s
30
MAXIM 公司开关电容滤波器
MAX260,261,262 可编程通用有源滤波器
MAX280
MAX7480
5阶开关电容低通滤波器
32
33
调制解调的应用
1. 应用传感器测量过程中，感器器输出的经常是一 些很低频率的电信号，一般不能直接采用交流放大 器处理。如果直接采用直流放大，很容易受到工频 干扰、接地阻抗等因素的影响，影响精度。
另一方面，低频信号无法实现远距离传送，不能 实现远距离无线测量。 采用调制—解调技术将低频信号变为受控高频信号
2.
后，一方面可以解决远距离传输问题，另一方面也可
以避免直流放大器中的种种问题。
34
一、幅值调制与解调方法
幅值调制(又称调幅，AM)的原理是用被测信号
(调制信号)与高频载波相乘，使载波信号的幅值随着
被测信号的变化而变化，而载波的频率不发生变化。
xm x(t ) y(t )
x(t )
调制器
x(t) y(t )
2Q C1＝ 0 R 1 C2 2Q0 R
25
有源高通滤波器
R1 C1
C2 + R2
`
－
A
V0 ( s ) s2 H s Vi ( s ) s 2 0 s 2 0 Q 1 R1C1 R1C2 1 0 R1R2C1C2 Q R2C2 R2C1
26
R1
eo
由开关电容实现的一阶低通滤波器
T
的时间常数为 C1 C1 = T , C Cf f 开关频率
29
+ V1
－
+ V2
－
开关S在V1和V2之间切 换，频率为fc。
C
相高电平，S处于
位置1， Q1 CV1
相高电平，S处于
S + V1
－
2 + V2
－
1 C
位置2， Q2 CV2
21
三、有源滤波器(低通滤波器) RC滤波器的电阻会产生功率损耗，不仅会衰减不 需要的信号，也会衰减有用的信号。低频信号经常采 用有源滤波器。
Vin R + C
－
Vout
R2 1 Vo Vin (1 ) RCs 1 R3 R2 1 R3 H (s) 1 sRC
22
R2 R3
12
一、滤波器的分类
根据构成滤波器的元件类型：可分为RC、LC或晶体 谐振滤波器。 根据构成滤波器电路的性质：分为无源滤波器和有 源滤波器。
根据滤波器所处理信号的性质：分为模拟滤波器和 数字滤波器。
13
根据滤波器的频率筛选特性，将滤波器分为下面四类： 低通滤波器(LPF)；高通滤波器(HPF)；带通滤波器(BPF)； 带阻滤波器(BEF)。
R2 R/