《工程測(cè)試技術(shù)》課件PPT,工程測(cè)試技術(shù),工程,測(cè)試,技術(shù),課件,PPT 華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p1工程測(cè)試技術(shù)工程測(cè)試技術(shù)華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p2工程測(cè)試技術(shù)工程測(cè)試技術(shù)本章學(xué)習(xí)要求：本章學(xué)習(xí)要求：1.1.掌握信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換原理掌握信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換原理 2.2.掌握信號(hào)采樣定理，能正確選擇采樣頻率掌握信號(hào)采樣定理，能正確選擇采樣頻率 3.3.了了解解數(shù)數(shù)字字信信號(hào)號(hào)處處理理中中信信號(hào)號(hào)截截?cái)鄶唷⒛苣芰苛啃剐孤┞?、柵欄效?yīng)等現(xiàn)象柵欄效應(yīng)等現(xiàn)象 4.4.了解常用數(shù)字信號(hào)處理方法了解常用數(shù)字信號(hào)處理方法第第5章數(shù)字信號(hào)處理章數(shù)字信號(hào)處理華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p3工程測(cè)試技術(shù)工程測(cè)試技術(shù)本講內(nèi)容本講內(nèi)容5.1 數(shù)字信號(hào)處理概述數(shù)字信號(hào)處理概述 p128-1295.2 A/D轉(zhuǎn)換與轉(zhuǎn)換與D/A轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 p129-136 5.3 采樣定理采樣定理 p40-41,p136-1375.4 信號(hào)截?cái)嗯c能量泄漏信號(hào)截?cái)嗯c能量泄漏 p138-139 5.5 DFT與與FFT p42-44華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p45.1數(shù)字信號(hào)處理概述數(shù)字信號(hào)處理概述5.1.1數(shù)字信號(hào)處理的主要研究?jī)?nèi)容數(shù)字信號(hào)處理的主要研究?jī)?nèi)容 研研究究用用數(shù)數(shù)字字序序列列表表示示測(cè)測(cè)試試信信號(hào)號(hào)，并并用用數(shù)數(shù)學(xué)學(xué)公公式式和和運(yùn)運(yùn)算算來(lái)來(lái)對(duì)對(duì)數(shù)數(shù)字字序序列列進(jìn)進(jìn)行行處處理理。內(nèi)內(nèi)容容包包括括數(shù)數(shù)字字波形分析、幅值分析、頻譜分析和數(shù)字濾波等。波形分析、幅值分析、頻譜分析和數(shù)字濾波等。0AtX(0)X(1)X(2)X(3)X(4)5.1數(shù)字信號(hào)處理概述數(shù)字信號(hào)處理概述華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p55.1數(shù)字信號(hào)處理概述數(shù)字信號(hào)處理概述物理信號(hào)物理信號(hào)對(duì)象對(duì)象傳傳感感器器電信號(hào)電信號(hào)放放大大調(diào)調(diào)制制電信號(hào)電信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)顯顯示示D/A轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換電信號(hào)電信號(hào)執(zhí)行器執(zhí)行器物理信號(hào)物理信號(hào)5.1.2測(cè)試信號(hào)數(shù)字化處理的基本步驟測(cè)試信號(hào)數(shù)字化處理的基本步驟華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p65.1數(shù)字信號(hào)處理概述數(shù)字信號(hào)處理概述 1)1)用數(shù)學(xué)計(jì)算代替復(fù)雜的測(cè)量電路用數(shù)學(xué)計(jì)算代替復(fù)雜的測(cè)量電路5.1.3數(shù)字信號(hào)處理的優(yōu)勢(shì)數(shù)字信號(hào)處理的優(yōu)勢(shì)華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p75.1數(shù)字信號(hào)處理概述數(shù)字信號(hào)處理概述 2)2)用用計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)顯顯示示代代替替復(fù)復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p85.1數(shù)字信號(hào)處理概述數(shù)字信號(hào)處理概述 3)3)計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)發(fā)展的有力推動(dòng)計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)發(fā)展的有力推動(dòng)a)a)多種多樣的工業(yè)用計(jì)算機(jī)多種多樣的工業(yè)用計(jì)算機(jī) 華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p95.1數(shù)字信號(hào)處理概述數(shù)字信號(hào)處理概述b)b)靈活、方便的計(jì)算機(jī)虛擬儀器開(kāi)發(fā)系統(tǒng)靈活、方便的計(jì)算機(jī)虛擬儀器開(kāi)發(fā)系統(tǒng)華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p105.1數(shù)字信號(hào)處理概述數(shù)字信號(hào)處理概述 案例：鐵路機(jī)車案例：鐵路機(jī)車FSKFSK信號(hào)檢測(cè)與分析信號(hào)檢測(cè)與分析京廣線計(jì)劃提速到京廣線計(jì)劃提速到200公里公里/小時(shí)小時(shí)合作任務(wù)：機(jī)車狀態(tài)信號(hào)識(shí)別合作任務(wù)：機(jī)車狀態(tài)信號(hào)識(shí)別(頻率解調(diào)頻率解調(diào))虛擬儀器設(shè)計(jì)方案虛擬儀器設(shè)計(jì)方案FSK=Frequency Shift Keying=頻移鍵控頻移鍵控華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p115.1數(shù)字信號(hào)處理概述數(shù)字信號(hào)處理概述 華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p125.2模數(shù)模數(shù)(A/D)和數(shù)模和數(shù)模(D/A)采樣采樣利用采樣脈沖序列，利用采樣脈沖序列，從信號(hào)從信號(hào)x(t)中抽取一中抽取一系列離散值，使之成為采樣信號(hào)系列離散值，使之成為采樣信號(hào)x(nTs)的過(guò)程的過(guò)程 編碼編碼將經(jīng)過(guò)量化的值變?yōu)槎M(jìn)制數(shù)字的過(guò)程。將經(jīng)過(guò)量化的值變?yōu)槎M(jìn)制數(shù)字的過(guò)程。量量化化把把采采樣樣信信號(hào)號(hào)經(jīng)經(jīng)過(guò)過(guò)舍舍入入變變?yōu)闉橹恢挥杏杏杏邢尴迋€(gè)個(gè)有有效效數(shù)字的數(shù)，這一過(guò)程稱為量化數(shù)字的數(shù)，這一過(guò)程稱為量化5.2模數(shù)模數(shù)(A/D)和數(shù)模和數(shù)模(D/A)5.2.1A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p135.2模數(shù)模數(shù)(A/D)和數(shù)模和數(shù)模(D/A)3.編碼：編碼：對(duì)采樣值二進(jìn)制化對(duì)采樣值二進(jìn)制化 4位位A/D:為為XXXXx(1)0101x(2)0011x(3)0000 x(3)00011.采樣：采樣：對(duì)坐標(biāo)軸離散化對(duì)坐標(biāo)軸離散化2.量化：量化：對(duì)采樣值數(shù)字化對(duì)采樣值數(shù)字化華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p14離散采樣誤差離散采樣誤差 5.2模數(shù)模數(shù)(A/D)和數(shù)模和數(shù)模(D/A)模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)采樣后變?yōu)橛邢迋€(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的離模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)采樣后變?yōu)橛邢迋€(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的離散信號(hào)，數(shù)據(jù)點(diǎn)間用直線進(jìn)行插值逼近，所造成散信號(hào)，數(shù)據(jù)點(diǎn)間用直線進(jìn)行插值逼近，所造成的誤差稱為離散采樣誤差，采樣頻率越高，誤差的誤差稱為離散采樣誤差，采樣頻率越高，誤差越小。越小。華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p15量化誤差量化誤差 5.2模數(shù)模數(shù)(A/D)和數(shù)模和數(shù)模(D/A)把采樣信號(hào)把采樣信號(hào)x(nTs)經(jīng)過(guò)量化變?yōu)橹挥杏邢迋€(gè)有效數(shù)經(jīng)過(guò)量化變?yōu)橹挥杏邢迋€(gè)有效數(shù)字的數(shù)，這一過(guò)程所產(chǎn)生的誤差稱為量化誤差。字的數(shù)，這一過(guò)程所產(chǎn)生的誤差稱為量化誤差。絕對(duì)量化誤差相對(duì)量化誤差華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p16實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)：5.2模數(shù)模數(shù)(A/D)和數(shù)模和數(shù)模(D/A)華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p17A/D轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo) 5.2模數(shù)模數(shù)(A/D)和數(shù)模和數(shù)模(D/A)(3)模擬信號(hào)的輸入范圍：如，模擬信號(hào)的輸入范圍：如，5V，+/-5V，10V，+/-10V等。等。(1)分辨率：用輸出二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)表示。位分辨率：用輸出二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)表示。位數(shù)越多，量化誤差越小，分辨力越高。常用有數(shù)越多，量化誤差越小，分辨力越高。常用有8位、位、10位、位、12位、位、16位等。位等。(2)轉(zhuǎn)換速度：指完成一次轉(zhuǎn)換所用的時(shí)間，如轉(zhuǎn)換速度：指完成一次轉(zhuǎn)換所用的時(shí)間，如:1ms(1kHz)；10us(100kHz)華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p185.2模數(shù)模數(shù)(A/D)和數(shù)模和數(shù)模(D/A)D/AD/A轉(zhuǎn)換器是把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓或電流信號(hào)轉(zhuǎn)換器是把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓或電流信號(hào)的裝置的裝置。D/AD/A轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo) 分辨率分辨率;轉(zhuǎn)換速度轉(zhuǎn)換速度;模擬信號(hào)的輸出范圍模擬信號(hào)的輸出范圍;5.2.25.2.2D/AD/A轉(zhuǎn)換過(guò)程和原理轉(zhuǎn)換過(guò)程和原理華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p19A/D、D/A轉(zhuǎn)換過(guò)程中的量化誤差實(shí)驗(yàn)：轉(zhuǎn)換過(guò)程中的量化誤差實(shí)驗(yàn)：5.2模數(shù)模數(shù)(A/D)和數(shù)模和數(shù)模(D/A)華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p205.2模數(shù)模數(shù)(A/D)和數(shù)模和數(shù)模(D/A)聲卡簡(jiǎn)介（雙通道聲卡簡(jiǎn)介（雙通道A/DA/D、D/AD/A卡）卡）聲卡是電腦主要部件之一，聲卡上有聲卡是電腦主要部件之一，聲卡上有D/AD/A芯片，芯片，用來(lái)把數(shù)字化聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，同時(shí)還有用來(lái)把數(shù)字化聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，同時(shí)還有A/DA/D芯片，用來(lái)把模擬聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，芯片，用來(lái)把模擬聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)時(shí)可以將聲卡作為雙通道實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)時(shí)可以將聲卡作為雙通道A/DA/D卡和卡和D/AD/A卡?？?。華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p215.2模數(shù)模數(shù)(A/D)和數(shù)模和數(shù)模(D/A)聲卡的信號(hào)輸入接口聲卡的信號(hào)輸入接口(A/D)(A/D)聲卡輸入口包括聲卡輸入口包括MIC和和Line in。MIC輸入阻抗輸入阻抗1500 20k，輸入電壓，輸入電壓10mV，單通道。，單通道。Line In輸入阻抗為輸入阻抗為10 k 47 k,輸入電平范圍輸入電平范圍500 mV 2 V，雙通道。聲卡是用來(lái)采集聲音信號(hào)，其頻率，雙通道。聲卡是用來(lái)采集聲音信號(hào)，其頻率特性線性段在特性線性段在20Hz20kHz之間。之間。為防止測(cè)量信號(hào)超量程造成損壞，可以采用下為防止測(cè)量信號(hào)超量程造成損壞，可以采用下面電路對(duì)聲卡輸入端進(jìn)行保護(hù)。面電路對(duì)聲卡輸入端進(jìn)行保護(hù)。華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p225.2模數(shù)模數(shù)(A/D)和數(shù)模和數(shù)模(D/A)聲卡的輸出接口聲卡的輸出接口(D/A)(D/A)聲卡輸出口包括聲卡輸出口包括Speaker和和Line out。Speaker輸出輸出阻抗為阻抗為8，輸出功率，輸出功率2W。Line out輸出阻抗為輸出阻抗為20500，最大輸出電平，最大輸出電平2V。通?？梢灾苯訉⒉孱^連接在通?？梢灾苯訉⒉孱^連接在Line out或或Speaker，為防止短路對(duì)聲卡造成的損壞，可在連接電路，為防止短路對(duì)聲卡造成的損壞，可在連接電路中串聯(lián)電阻。中串聯(lián)電阻。華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p235.2模數(shù)模數(shù)(A/D)和數(shù)模和數(shù)模(D/A)華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p245.3采樣定理采樣定理 采樣是將采樣脈沖序列采樣是將采樣脈沖序列p(t)與信號(hào)與信號(hào)x(t)相乘，相乘，取離散點(diǎn)取離散點(diǎn)x(nTs)的值的過(guò)程。的值的過(guò)程。5.3采樣定理采樣定理x(t)華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p255.3采樣定理采樣定理 X(0),X(1),X(2),X(n)華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p265.3采樣定理采樣定理 每周期應(yīng)該有多少采樣點(diǎn)每周期應(yīng)該有多少采樣點(diǎn)？最少最少2 2點(diǎn)點(diǎn):華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p275.3采樣定理采樣定理 華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p28采樣過(guò)程的數(shù)學(xué)描述采樣過(guò)程的數(shù)學(xué)描述5.3采樣定理采樣定理 0tx(t)0fX(f)0fP(f)0tp(t)0txs(t)0fXs(f)華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p29采樣過(guò)程的頻域解釋采樣過(guò)程的頻域解釋 5.3采樣定理采樣定理 0t0f0t0ft00f華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p30采樣定理采樣定理 5.3采樣定理采樣定理 為為保保證證采采樣樣后后信信號(hào)號(hào)能能真真實(shí)實(shí)地地保保留留原原始始模模擬擬信信號(hào)號(hào)信信息息，信信號(hào)號(hào)采采樣樣頻頻率率必必須須至至少少為為原原信信號(hào)號(hào)中中最最高高頻頻率率成成分分的的2 2倍倍。這這是是采采樣樣的的基基本本法法則則，稱稱為為采采樣定理。樣定理。fs 2 fmax 0t0ffsfmax華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p315.3采樣定理采樣定理 需需注注意意，滿滿足足采采樣樣定定理理，只只保保證證不不發(fā)發(fā)生生頻頻率率混混疊疊，而而不不能能保保證證此此時(shí)時(shí)的的采采樣樣信信號(hào)號(hào)能能真真實(shí)實(shí)地地反反映映原原信信號(hào)號(hào)x(t)x(t)。工工程程實(shí)實(shí)際際中中采采樣樣頻頻率率通通常常大大于于信信號(hào)號(hào)中最高頻率成分的中最高頻率成分的3 3到到5 5倍。倍。華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p325.3采樣定理采樣定理 頻混計(jì)算：頻混計(jì)算：FsFsFsFs頻混頻混正常正常Fs/2工程處理：工程處理：混迭頻率混迭頻率=Fs-=Fs-信號(hào)頻率信號(hào)頻率華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p335.3采樣定理采樣定理 A/DA/D采樣前的抗混迭濾波：采樣前的抗混迭濾波：物理信號(hào)物理信號(hào)對(duì)象對(duì)象傳傳感感器器電信號(hào)電信號(hào)放放大大濾濾波波電信號(hào)電信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)展開(kāi)展開(kāi)低通濾波低通濾波(0-Fs/2)放大放大華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p345.3采樣定理采樣定理 實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)：華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p355.3采樣定理采樣定理 頻混現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)：頻混現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)：華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p365.3采樣定理采樣定理 動(dòng)手做：動(dòng)手做：將聲卡作為將聲卡作為A/D、D/A卡卡,設(shè)計(jì)一個(gè)雙通道信號(hào)采集設(shè)計(jì)一個(gè)雙通道信號(hào)采集器和信號(hào)發(fā)生器。器和信號(hào)發(fā)生器。華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p375.3采樣定理采樣定理 聲卡儀器聲卡儀器華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p385.4信號(hào)的截?cái)?、能量泄漏信?hào)的截?cái)?、能量泄漏為便于?shù)學(xué)處理，對(duì)截?cái)嘈盘?hào)做周期延拓，得到虛擬的無(wú)限長(zhǎng)信號(hào)。為便于數(shù)學(xué)處理，對(duì)截?cái)嘈盘?hào)做周期延拓，得到虛擬的無(wú)限長(zhǎng)信號(hào)。用用計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)進(jìn)進(jìn)行行測(cè)測(cè)試試信信號(hào)號(hào)處處理理時(shí)時(shí)，不不可可能能對(duì)對(duì)無(wú)無(wú)限限長(zhǎng)長(zhǎng)的的信信號(hào)號(hào)進(jìn)進(jìn)行行測(cè)測(cè)量量和和運(yùn)運(yùn)算算，而而是是取取其其有有限限的的時(shí)時(shí)間片段進(jìn)行分析，這個(gè)過(guò)程稱信號(hào)截?cái)?。間片段進(jìn)行分析，這個(gè)過(guò)程稱信號(hào)截?cái)唷?.4信號(hào)的截?cái)?、能量泄漏信?hào)的截?cái)?、能量泄漏華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p395.4信號(hào)的截?cái)?、能量泄漏信?hào)的截?cái)?、能量泄?周周期期延延拓拓后后的的信信號(hào)號(hào)與與真真實(shí)實(shí)信信號(hào)號(hào)是是不不同同的的，下下面就從數(shù)學(xué)角度來(lái)看這種處理帶來(lái)的誤差情況。面就從數(shù)學(xué)角度來(lái)看這種處理帶來(lái)的誤差情況。設(shè)有余弦信號(hào)設(shè)有余弦信號(hào)x(t),x(t),用矩形窗函數(shù)用矩形窗函數(shù)w(t)w(t)與其與其相乘，得到截?cái)嘈盘?hào)相乘，得到截?cái)嘈盘?hào):y(t)=x(t)w(t)將將截截?cái)鄶嘈判盘?hào)號(hào)譜譜 XT()與與原原始始信信號(hào)號(hào)譜譜X()相相比比較較可可知知，它它已已不不是是原原來(lái)來(lái)的的兩兩條條譜譜線線，而而是是兩兩段段振振蕩蕩的的連連續(xù)續(xù)譜譜.原原來(lái)來(lái)集集中中在在f0處處的的能能量量被被分分散散到到兩兩個(gè)個(gè)較較寬寬的的頻頻帶帶中中去去了了，這這種種現(xiàn)現(xiàn)象象稱稱之之為為頻頻譜譜能能量泄漏量泄漏。華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p405.4信號(hào)的截?cái)?、能量泄漏信?hào)的截?cái)唷⒛芰啃孤┲芷谘油匦盘?hào)與真實(shí)信號(hào)是不同的：周期延拓信號(hào)與真實(shí)信號(hào)是不同的：能量泄漏誤差能量泄漏誤差頻譜失真頻譜失真華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p415.4信號(hào)的截?cái)?、能量泄漏信?hào)的截?cái)?、能量泄?能量泄漏實(shí)驗(yàn)：能量泄漏實(shí)驗(yàn)：華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p425.4信號(hào)的截?cái)?、能量泄漏信?hào)的截?cái)?、能量泄?克服方法之一：信號(hào)整周期截?cái)嗫朔椒ㄖ唬盒盘?hào)整周期截?cái)嗳A中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p435.5DFT與與FFT5.5.1離散傅立葉變換離散傅立葉變換 Discrete Fourier Transform一詞是為適應(yīng)計(jì)一詞是為適應(yīng)計(jì)算機(jī)作傅里葉變換運(yùn)算而引出的一個(gè)專用名詞。算機(jī)作傅里葉變換運(yùn)算而引出的一個(gè)專用名詞。x(t)截?cái)?、周期延拓截?cái)?、周期延拓xT(t)周期信號(hào)周期信號(hào)x xT T(t)(t)的傅里葉變換：的傅里葉變換：5.5DFT與與FFT華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p445.5DFT與與FFT對(duì)周期信號(hào)對(duì)周期信號(hào)x xT T(t)(t)采樣，得離散序列采樣，得離散序列x xT T(n),(n),將將積分轉(zhuǎn)為集合：積分轉(zhuǎn)為集合：展開(kāi)，得連續(xù)傅立葉變換計(jì)算公式：展開(kāi)，得連續(xù)傅立葉變換計(jì)算公式：用計(jì)算機(jī)編程很容易計(jì)算出指定頻率點(diǎn)值用計(jì)算機(jī)編程很容易計(jì)算出指定頻率點(diǎn)值 華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p45f=？/計(jì)算的頻率點(diǎn)計(jì)算的頻率點(diǎn)Fs=?N=1024dt=1.0/Fspi=3.1415926 XR=0XI=0 For n=0 To N-1 XR=XR+x(n)*cos(2*pi*f*n*dt)*dt XI=XI+x(n)*sin(2*pi*f*n*dt)*dtNextA=sqr(XR*XR+XI*XI)Q=atn(XI/XR)VBScript 樣例樣例5.5DFT與與FFT 華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p465.5DFT與與FFT 連續(xù)傅立葉變換編程計(jì)算實(shí)驗(yàn)：連續(xù)傅立葉變換編程計(jì)算實(shí)驗(yàn)：華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p47采采樣樣信信號(hào)號(hào)頻頻譜譜是是一一個(gè)個(gè)連連續(xù)續(xù)頻頻譜譜，不不可可能能計(jì)計(jì)算算出所有頻率點(diǎn)值，設(shè)頻率取樣間隔為：出所有頻率點(diǎn)值，設(shè)頻率取樣間隔為：f=Fs/N 頻率取樣點(diǎn)為頻率取樣點(diǎn)為0,f,2f,3f,.0,f,2f,3f,.，有：，有：5.5DFT與與FFT 該公式就是離散傅立葉計(jì)算公式該公式就是離散傅立葉計(jì)算公式(DFT)(DFT)華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p485.5DFT與與FFTFast Fourier Transform是是DFTDFT的的一一種種有有效效的的算算法，通過(guò)選擇和重新排列中間結(jié)果，減小運(yùn)算量。法，通過(guò)選擇和重新排列中間結(jié)果，減小運(yùn)算量。展開(kāi)各點(diǎn)的展開(kāi)各點(diǎn)的DFTDFT計(jì)算公式：計(jì)算公式：XR(1)=x(0).cos(2pi*0*1/N)+x(1).cos(2pi*1*1/N)+x(2).cos(2pi*2*1/N).XR(2)=x(0).cos(2pi*0*2/N)+x(1).cos(2pi*1*2/N)+x(2).cos(2pi*2*2/N).5.5.2快速傅立葉變換快速傅立葉變換華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p495.5DFT與與FFT 有大量重復(fù)的有大量重復(fù)的coscos、sinsin計(jì)算，計(jì)算，F(xiàn)FTFFT的作用就是的作用就是用技巧減少用技巧減少coscos、sinsin項(xiàng)重復(fù)計(jì)算。項(xiàng)重復(fù)計(jì)算。當(dāng)采樣點(diǎn)數(shù)為當(dāng)采樣點(diǎn)數(shù)為10241024點(diǎn)點(diǎn),DFT,DFT要求一百萬(wàn)次以上要求一百萬(wàn)次以上計(jì)算量，而計(jì)算量，而FFTFFT則只要求一萬(wàn)次。則只要求一萬(wàn)次。華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p505.6柵欄效應(yīng)與窗函數(shù)柵欄效應(yīng)與窗函數(shù) 思考題：思考題：1.A/D1.A/D，D/AD/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)有哪些？轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)有哪些？2.2.信號(hào)量化誤差與信號(hào)量化誤差與A/DA/D，D/AD/A轉(zhuǎn)換器位數(shù)的關(guān)系？轉(zhuǎn)換器位數(shù)的關(guān)系？3.3.采樣定理的含義，當(dāng)不滿足采樣定理時(shí)如何計(jì)采樣定理的含義，當(dāng)不滿足采樣定理時(shí)如何計(jì)算混迭頻率？算混迭頻率？4.A/D4.A/D采樣前為何要加抗混濾波器，作用是什么？采樣前為何要加抗混濾波器，作用是什么？5.5.數(shù)字信號(hào)處理中采樣信號(hào)的頻譜為何一定會(huì)數(shù)字信號(hào)處理中采樣信號(hào)的頻譜為何一定會(huì) 產(chǎn)生能量泄漏？產(chǎn)生能量泄漏？6.6.用用FFTFFT計(jì)算的頻譜為何一定存在柵欄效應(yīng)誤差？計(jì)算的頻譜為何一定存在柵欄效應(yīng)誤差？7.7.窗函數(shù)的作用是什么？窗函數(shù)的作用是什么？