模拟信号和数字信号讲堂(10)，模拟信号和数字信号之模拟信号处理

模拟信号和数字信号的使用必不可少，对于模拟信号和数字信号，小编推出模拟信号和数字信号系列文章。想对模拟信号和数字信号有更多认识的朋友，可以翻阅哦。本文对于模拟信号和数字信号的介绍在于讲解模拟信号是如何被处理的。如果你对本文内容具有一定兴趣，不妨继续往下阅读哦。

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。

模拟信号是指用连续变化的物理量所表达的信息，如温度、湿度、压力、长度、电流、电压等等，我们通常又把模拟信号称为连续信号，它在一定的时间范围内可以有无限多个不同的取值。而数字信号是指在取值上是离散的、不连续的信号。

实际生产生活中的各种物理量，如摄相机摄下的图像、录音机录下的声音、车间控制室所记录的压力、流t、转速、湿度等等都是模拟信号。数字信号是在模拟信号的基础上经过采样、量化和编码而形成的。具体地说，采样就是把输入的模拟信号按。适当的时间间隔得到各个时刻的样本值。量化是把经采样测得的各个时刻的值用二进码制来表示，编码则是把t化生成的二进制数排列在一起形成顺序脉冲序列。

模拟信号传输过程中，先把信息信号转换成几乎“一模一样”的波动电信号(因此叫“模拟”)，再通过有线或无线的方式传输出去，电信号被接收下来后，通过接收设备还原成信息信号。

实际中遇到的信号大多为模拟信号，这些在时间和幅度上都连续变化的信号利用含有源电路和无源电路元件的电网络进行处理。这种途径称为模拟信号处理(ASP，Analog Signal Processing)，例如无线电和电视接收机就属于这一类。

它们能够利用加法器，乘法器和逻辑元件的数字硬件或专用微处理器进行处理。然而需要将模拟信号转换成一种适合于数字硬件的某种形式，这种形式的信号称为数字信号。这种信号在时间的特定时刻取有限个数值中的一个，所以能用二进制数(或比特)来表示。这种数字数字信号的处理称为 DSP，用方框图的形式表示为：

PtF：是一个前置滤波器(prefilter)或抗混叠滤波器，用于控制模拟信号以防止混叠;

ADC：analog-to-digital converter，模数转换器，用来从模拟信号产生一串二进制数值流;

DSP：DSP 的核心部分，可以代表一台通过计算机或专用处理器，或数字硬件等等;

DAC：ADC 的逆操作，digital-to-analog converter，它从一串二进制数的序列中产生一种阶梯形波形(如下图)，这是朝着产生一个模拟信号的第一步;

PoF：postfilter，后置滤波器，用于将阶梯波形平滑为所期望的模拟信号;

(一)奈奎斯特采样定理

从模拟到数字的转换包含了“采样”和“量化”两个过程，通过这两大过程，声音被转化为比特流。

采样：从时间轴上等间隔地取 N 个时间点，然后取得原始模拟信号在该 N 个时间点上的值，这一过程就叫采样;

那么，究竟要取多少点，原始的连续时间信号所含的信息才不会丢失。奈奎斯特给出一个论证，如果一个信号是带限的(bounded bandwidth，傅里叶变换在某一有限频带范围内有值(f)，以外均为 0)，如果采样的样本足够密集的话(采样频率大于信号带宽的两倍，2f)，那么便可以无失真地还原信号，这个结论被称为奈奎斯特采样定理。

人发出的声音的频率一般为：85 - 1100hz，而 1-4kHz 也是人耳非常敏感的频率范围，则根据奈奎斯特采样频率，8kHz 的采样便可满足手机通话的需求，

事实上，GSM 规范规定的 GSM 手机采样频率正是 8kHz;

(二)S7-200 量程转换

1. 工程量：指工程设计中没有量化之前的物理量，如温度、压力、流量、转速、风速、液位、压差等;

2. 模拟量：指传感器输出的标准直流信号，如0--20MA、4--20MA、0--10V、1--5V 等

3. 数字量(量化值)：指与模拟量相对应的数值，如0--10V 模拟量对应0--32000 数字量;

4. 量程：工程量上限值减去工程量下限值; 5. 值域：数字量上限值减去数字量下限值;

6. 量程转换：把模拟量地址上的数字量经过PLC 的数学运算指令运算后转换成工程量的方法。

(三)S7-200PLC 量程转换的过程

(四)S7-200PLC 模拟量信号与数字量的关系

(五)量程转换公式及其用法量程转换公式

(六)量程转换公式的使用方法

某工程使用CPU224 扩展EM235模块测量温度，温度传感器的测量范围是-50 ℃ ----+120 ℃，信号输出0----10V，接在模拟量模块的输入端A 口(地址AIW0)，假设AIW0=10000，此时温度是多少?根据给定条件：yH=120.0℃、yL=-50.0 ℃、xH=32000.0、xL=0.0、x=10000.0，则y=3.12℃

(七)S7-200PLC 量程转换的编程方法

1. 读取模拟量地址的数据并转换为浮点数存入VD0 地址里

2. 把得到的数字量转换为工程量(量程转换)，首先给各变量分配地址并安排在V 区，中间结果安排在M 区，最终结果存储在VD4 地址上，人机界面读取VD4地址得工程量数值。X=VD0、Y=VD4

S7-200PLC 执行数学运算之前，必须将数据转换为同一类型的数据，然后再进行运算。如果对数据类型不是特别熟悉将数据一律转换为浮点数再进行运算。

以上便是此次小编带来的“模拟信号和数字信号”相关内容，通过本文，希望大家对模拟信号是如何被处理的具备一定的认知。如果你喜欢本文，不妨持续关注我们网站哦，小编将于后期带来更多精彩内容。最后，十分感谢大家的阅读，have a nice day!