專(zhuān)利名稱(chēng)：一種轉(zhuǎn)置型模數(shù)及數(shù)模轉(zhuǎn)換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于模數(shù)轉(zhuǎn)換及數(shù)模轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，具體涉及一種轉(zhuǎn)置型模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換和數(shù)字 模擬轉(zhuǎn)換方法。
背景技術(shù)：
連續(xù)變化的模擬信號(hào)，由無(wú)窮多個(gè)無(wú)限靠近的連續(xù)樣點(diǎn)組成，每個(gè)樣點(diǎn)都有確定 的時(shí)間t和電壓U。模數(shù)轉(zhuǎn)換的核心，就是在無(wú)窮多個(gè)信號(hào)樣點(diǎn)中，提取有限個(gè)可以用數(shù)字 量表達(dá)的樣點(diǎn)，以近似描述原始的模擬信號(hào)。提取樣點(diǎn)，必須確定該樣點(diǎn)的兩個(gè)量時(shí)間量 化值和電壓量化值。傳統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換方法，以固定的采樣時(shí)間間隔At對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采樣，對(duì)采樣 時(shí)刻的電壓值進(jìn)行量化并記錄。其最終的轉(zhuǎn)換結(jié)果，是一個(gè)電壓量化值序列Y= [Yo，Y1, Y2,……Yi,……YJ，而各樣點(diǎn)的時(shí)間量化值，以Ti = iXAt計(jì)算獲得，形成無(wú)需記錄的 默認(rèn)序列T= [[T0,T1,T2,……Ti,……Tm]。因此，其核心思路是，以事先規(guī)定的等時(shí)間間 隔At，在iX At時(shí)刻，對(duì)模擬信號(hào)電壓值進(jìn)行量化并記錄，是已知時(shí)間，量化并記錄電壓 的方式。相應(yīng)的，傳統(tǒng)的數(shù)模轉(zhuǎn)換方法，就是在規(guī)定的i X Δ t時(shí)刻，將記錄的數(shù)字量序列Y =[Y0J1, Y2,……Yi,……YJ，依序用對(duì)應(yīng)的模擬量發(fā)出。本方法與傳統(tǒng)方法正好相反，是已知電壓，量化并記錄時(shí)間的方式，因此稱(chēng)之為轉(zhuǎn) 置型方法。這種方法同樣可以實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，也可以實(shí)現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換。與傳統(tǒng)方法相比，本方 法帶來(lái)的最大好處是，它所獲得的樣點(diǎn)位置，與被測(cè)的模擬信號(hào)密切相關(guān)信號(hào)變化頻繁也 就是信息量豐富的區(qū)域，它獲得的樣點(diǎn)較多，而信號(hào)變化緩慢也就是信息量較少的區(qū)域，它 獲得的樣點(diǎn)較少。這種更加合理的樣點(diǎn)分布，幾乎不產(chǎn)生任何數(shù)據(jù)冗余，會(huì)大幅度提高數(shù)字 量記錄的效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種樣點(diǎn)分布與被測(cè)信號(hào)相關(guān)的，轉(zhuǎn)置型的模數(shù)轉(zhuǎn)換及數(shù)模 轉(zhuǎn)換方法，為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的一種轉(zhuǎn)置型模數(shù)轉(zhuǎn)換及數(shù)模轉(zhuǎn)換方法，其特征在于包括如下步驟(1)把輸入的被測(cè)信號(hào)U的幅值范圍[Umin，UfflaJ平均分成M個(gè)電壓間隔相等的區(qū) 域A0 Ash A0 :Ufflin<u<Ufflin+AUA1 :Ufflin+AU<u<Ufflin+2AU......An :Umin+n Δ U < u < Umin+ (η+1) Δ U......
Am^1 =Ufflin+(M-I) AU< u < Ufflax ；其中AU= (Umax-Umin)/M, M 為正整數(shù)，η < M ；(2)設(shè)上述Atl Ash區(qū)域中的某個(gè)區(qū)域An，作為整個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換的起始區(qū)域，其余區(qū) 域?yàn)榉瞧鹗紖^(qū)域；(3)開(kāi)始模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)，啟動(dòng)一個(gè)高速計(jì)時(shí)器Timer ；(4)當(dāng)被測(cè)輸入信號(hào)由一個(gè)區(qū)域進(jìn)入它上方的相鄰區(qū)域，稱(chēng)為上交越事件，交越方 向d= 1 ；當(dāng)被測(cè)輸入信號(hào)由一個(gè)區(qū)域進(jìn)入它下方的相鄰區(qū)域，稱(chēng)為下交越事件，交越方向d =-1 ；定義上交越事件和下交越事件的合集為交越事件；(5)在t-U坐標(biāo)系中，任意樣點(diǎn)Pi表示為PiUi, Ui),其中的、來(lái)自步驟(3)所述 的Timer，第一個(gè)樣點(diǎn)為起始樣點(diǎn)，由PQ(tQ，U0)表示；(6)確定第一個(gè)樣點(diǎn)Ptl:當(dāng)開(kāi)始模數(shù)轉(zhuǎn)換后，被測(cè)信號(hào)第一次由非起始區(qū)域進(jìn)入起始區(qū)域，或者由起始區(qū) 域進(jìn)入非起始區(qū)域，視為起始交越事件，此時(shí)由Timer產(chǎn)生的時(shí)間信息被記做、，起始交越 事件的交越方向記做Cltl ；d0 = 士 1 ；設(shè)一個(gè)狀態(tài)量PS，表示開(kāi)始轉(zhuǎn)換時(shí)被測(cè)信號(hào)是否在起始 區(qū)域An內(nèi)當(dāng)開(kāi)始轉(zhuǎn)換時(shí)被測(cè)信號(hào)在An內(nèi)，則PS = 1 ；當(dāng)開(kāi)始轉(zhuǎn)換時(shí)被測(cè)信號(hào)不在An內(nèi)， 則PS = -1 ；由此，第一個(gè)樣點(diǎn)電壓的公式為U0 = Umin+n X Δ U+ (1+PS X d0) Δ U/2根據(jù)tQ、U0獲得第一個(gè)樣點(diǎn)P0 ；(7)起始樣點(diǎn)Ptl后，每發(fā)生一次步驟⑷所述的交越事件，即從步驟(3)所述的 Timer讀取并記錄該事件發(fā)生的時(shí)刻ti;并對(duì)交越事件類(lèi)型進(jìn)行記錄，即交越方向(Ii ；(8)起始樣點(diǎn)Ptl后，交越事件持續(xù)發(fā)生m次，m為正整數(shù)，就可以獲得兩組長(zhǎng)度均 為m+1的數(shù)字量序列，第一組為時(shí)刻序列ti;其格式為“V t1;……ti;……I1，tm，”；第 二組為交越方向序列屯，其格式為“屯，屯，……Cli,……(Vpdm，”，這兩組序列即為本方法 的模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果，由所述的兩組序列，用遞推的方法唯一計(jì)算獲得能夠表示被測(cè)信號(hào)u的 多個(gè)樣點(diǎn)Ptl到Pm，各個(gè)樣點(diǎn)的表達(dá)式如下P。(t。，U。)，其中 U。= Umin+nX Δ U+(1+PS Xd0) Δ U/2P1 U1，U1)，其中 U1 = U0+ (di+do) Δ U/2 ；P2 (t2，U2)，其中 U1 = U1+ (Clfd1) Δ U/2 ；...... Pi (ti，Ui)，其中 Ui = Ui^1+ (φ+φ-ι) Δ U/2 ；......Pm(tm，Um)，其中 Uffl = Unri+(dD Δ U/2。(9)按照步驟⑶所述的兩組序列(t。，、，……ti;……I1Am，)和(屯，屯，…… φ,……C^1，dm，)，結(jié)合步驟(1)、(2)中已經(jīng)設(shè)定的Umax、Umin, Μ、η,以及表述開(kāi)始轉(zhuǎn)換時(shí)被 測(cè)信號(hào)起始所處位置的狀態(tài)量PS，使用步驟(8)所述的樣點(diǎn)表達(dá)式，可以唯一恢復(fù)被測(cè)信 號(hào)，即可實(shí)現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換。上述方法中，步驟(2)所述起始區(qū)域An取相對(duì)整個(gè)等間隔區(qū)域A0 Αμ_「居中的 某個(gè)區(qū)域。本發(fā)明模數(shù)轉(zhuǎn)換方法最終的數(shù)字量不再是傳統(tǒng)模數(shù)轉(zhuǎn)換中的電壓量化值，而是由兩組相同長(zhǎng)度的數(shù)字量序列組成第一組是時(shí)間量化值，第二組是方向值。通過(guò)該方法獲得 的樣點(diǎn)分布與被測(cè)模擬信號(hào)的幅值變化情況密切相關(guān)信號(hào)變化頻繁含有較多信息量的部 分，獲得較多的樣點(diǎn)，而信號(hào)變化緩慢含有較少信息量的部分，獲得較少的樣點(diǎn)，其樣點(diǎn)分 布更加合理，有效的減小了數(shù)據(jù)冗余。
以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

圖1是傳統(tǒng)模數(shù)轉(zhuǎn)換方法的樣點(diǎn)獲取示意圖。圖2是本發(fā)明模數(shù)轉(zhuǎn)換方法的樣點(diǎn)獲取示意圖(開(kāi)始模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)，被測(cè)信號(hào)不在 起始區(qū)域內(nèi))。圖3是本發(fā)明模數(shù)轉(zhuǎn)換方法的樣點(diǎn)獲取示意圖(開(kāi)始模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)，被測(cè)信號(hào)在起 始區(qū)域內(nèi))。
具體實(shí)施例方式一種轉(zhuǎn)置型模數(shù)轉(zhuǎn)換及數(shù)模轉(zhuǎn)換方法，包括如下步驟(1)把輸入的被測(cè)信號(hào)U的幅值范圍[Umin，UfflaJ平均分成M個(gè)電壓間隔相等的區(qū) 域A0 Ash A0 =Ufflin < u < Ufflin+ (Umax-Umin) /MA1 =Ufflin+ (Umax-Umin) /M < u < Umin+2 (Umax-Umin) /M......An :Ufflin+n (Umax-Umin) /M < u < Umin+ (n+1) (Umax-Umin) /M......Ash =Ufflin+ (M-I) (Umax-Umin) /M < u < Ufflax ；其中M為正整數(shù)，η < M，為方便表述，定義Δ U = (Umax-Umin) /M ；(2)設(shè)上述區(qū)域中的某個(gè)區(qū)域K，作為整個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換的起始區(qū)域，其余區(qū)域?yàn)榉瞧?始區(qū)域；其中An可以是A0 Ash中的任意一個(gè)區(qū)域。一般可以將An設(shè)為相對(duì)居中的某個(gè) 區(qū)域。(3)開(kāi)始模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)，啟動(dòng)一個(gè)高速計(jì)時(shí)器Timer ；(4)當(dāng)被測(cè)輸入信號(hào)由一個(gè)區(qū)域進(jìn)入它上方的相鄰區(qū)域，稱(chēng)為上交越事件，交越方 向d= 1 ；當(dāng)被測(cè)輸入信號(hào)由一個(gè)區(qū)域進(jìn)入它下方的相鄰區(qū)域，稱(chēng)為下交越事件，交越方向d =-1 ；定義上交越事件和下交越事件的合集為交越事件；(5)在t-U坐標(biāo)系中，任意樣點(diǎn)Pi表示為PiUi, U1),其中的、來(lái)自步驟(3)所述 的Timer，第一個(gè)樣點(diǎn)為起始樣點(diǎn)，由PQ(tQ，U0)表示；(6)確定第一個(gè)樣點(diǎn)Ptl 分為兩種情況，分述如下第一種情況如圖2所示，當(dāng)開(kāi)始模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)，被測(cè)信號(hào)不在起始區(qū)域內(nèi)當(dāng) 被測(cè)信號(hào)第一次由步驟(2)所述的非起始區(qū)域進(jìn)入起始區(qū)域，視為起始交越事件，這 個(gè)時(shí)刻由Timer產(chǎn)生的時(shí)間信息被記做、；起始交越事件的交越方向記做(Itl，則U0 = Umin+nX Δυ+α-d。)Δυ/2，由此獲得第一個(gè)樣點(diǎn) Ptl ；當(dāng)Cltl = 1，說(shuō)明被測(cè)信號(hào)是由下方以電壓增長(zhǎng)的方式進(jìn)入起始區(qū)域，則Utl =Ufflin+nX Δυ，為起始區(qū)域下邊界；當(dāng)Cltl = -I,說(shuō)明被測(cè)信號(hào)是由上方以電壓降低的方式進(jìn)入 起始區(qū)域，則Utl = Umin+(η+1) X Δ U，為起始區(qū)域上邊界；第二種情況如圖3所示，當(dāng)開(kāi)始模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)，被測(cè)信號(hào)在起始區(qū)域內(nèi)當(dāng)被測(cè)信號(hào) 第一次由步驟(2)所述的起始區(qū)域進(jìn)入非起始區(qū)域，視為起始交越事件，這個(gè)時(shí)刻由Timer 產(chǎn)生的時(shí)間信息被記做、；起始交越事件的交越方向記做Cltl，則U0 = Ufflin+nX AU+(l+d0) AU/2，由此獲得第一個(gè)樣點(diǎn)Ρ『本方法中，當(dāng)Cltl= 1，說(shuō)明被測(cè)信號(hào)是以電壓增長(zhǎng)的方式進(jìn) 入非起始區(qū)域，則U0 = Ufflin+(η+1) X AU ；當(dāng)d0 = -1，說(shuō)明被測(cè)信號(hào)是以電壓降低的方式進(jìn) 入起始區(qū)域，則U0 = Umin+nX Δ U。綜合第一和第二種情況，設(shè)一個(gè)狀態(tài)量PS，表示開(kāi)始轉(zhuǎn)換時(shí)被測(cè)信號(hào)是否在起始 區(qū)域An內(nèi)當(dāng)開(kāi)始轉(zhuǎn)換時(shí)被測(cè)信號(hào)在An內(nèi)，則PS = 1 ；當(dāng)開(kāi)始轉(zhuǎn)換時(shí)被測(cè)信號(hào)不在An內(nèi)， 則 PS = -1。由此，本方法中確定第一個(gè)樣點(diǎn)電壓的公式為U0 = Umin+nX AU+(l+PSXd0) AU/2 公式(1)(7)起始樣點(diǎn)Ptl后，每發(fā)生一次步驟⑷所述的交越事件，即從步驟(3)所述的 Timer讀取并記錄該事件發(fā)生的時(shí)刻ti;并根據(jù)步驟(4)所述，對(duì)交越事件類(lèi)型進(jìn)行記錄， 即交越方向di;(8)起始樣點(diǎn)Ptl后，交越事件持續(xù)發(fā)生m次，m為正整數(shù)，就可以獲得兩組長(zhǎng)度均 為m+1的數(shù)字量序列，第一組為時(shí)刻序列ti;其格式為“V t1;……ti;……I1，tm，”；第 二組為交越方向序列屯，其格式為“屯，屯，……Cli,……CUdm，”，由所述的兩組序列，用遞 推的方法唯一計(jì)算獲得能夠表示被測(cè)信號(hào)u的多個(gè)樣點(diǎn)Ptl到Pm，各個(gè)樣點(diǎn)的表達(dá)式如下Ptl(t。，U。)，其中 Utl = U^+iiX Δ U+(1+PSXd0) AU/2P1 U1，U1)，其中 U1 = U0+ (di+do) Δ U/2 ；P2 (t2，U2)，其中 U2 = U1+ (Clfd1) Δ U/2 ；......Pi (ti，Ui)，其中 Ui = Ui^1+ (φ+φ-ι) Δ U/2 ；......Pm(tm，Um)，其中 Uffl = Unri+(dD Δ U/2。(9)步驟(8)所述的兩組序列(t0, ti;……ti;……V1, tm，)和(d0, d1，…… φ,……《_”《，)即為本發(fā)明所要獲得的模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果，結(jié)合步驟(1)、(2)中已經(jīng)設(shè)定的 量Umax、Umin、M、n，以及表述開(kāi)始轉(zhuǎn)換時(shí)被測(cè)信號(hào)所處位置的狀態(tài)量PS，使用步驟(8)所述的 樣點(diǎn)表達(dá)式，可以唯一恢復(fù)被測(cè)信號(hào)，即可實(shí)現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換。
權(quán)利要求
一種轉(zhuǎn)置型模數(shù)及數(shù)模轉(zhuǎn)換方法，其特征在于包括如下步驟(1)把輸入的被測(cè)信號(hào)u的幅值范圍[Umin，Umax]平均分成M個(gè)電壓間隔相等的區(qū)域A0～AM 1A0Umin＜u＜Umin+ΔUA1Umin+ΔU＜u＜Umin+2ΔU……AnUmin+nΔU＜u＜Umin+(n+1)ΔU……AM 1Umin+(M 1)ΔU＜u＜Umax；其中ΔU＝(Umax Umin)/M，M為正整數(shù)，n＜M；(2)設(shè)上述A0～AM 1區(qū)域中的某個(gè)區(qū)域An，作為整個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換的起始區(qū)域，其余區(qū)域?yàn)榉瞧鹗紖^(qū)域；(3)開(kāi)始模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)，啟動(dòng)一個(gè)高速計(jì)時(shí)器Timer；(4)當(dāng)被測(cè)輸入信號(hào)由一個(gè)區(qū)域進(jìn)入它上方的相鄰區(qū)域，稱(chēng)為上交越事件，交越方向d＝1；當(dāng)被測(cè)輸入信號(hào)由一個(gè)區(qū)域進(jìn)入它下方的相鄰區(qū)域，稱(chēng)為下交越事件，交越方向d＝ 1；定義上交越事件和下交越事件的合集為交越事件；(5)在t U坐標(biāo)系中，任意樣點(diǎn)Pi表示為Pi(ti，Ui)，其中的ti來(lái)自步驟(3)所述的Timer，第一個(gè)樣點(diǎn)為起始樣點(diǎn)，由P0(t0，U0)表示；(6)確定第一個(gè)樣點(diǎn)P0當(dāng)開(kāi)始模數(shù)轉(zhuǎn)換后，被測(cè)信號(hào)第一次由非起始區(qū)域進(jìn)入起始區(qū)域，或者由起始區(qū)域進(jìn)入非起始區(qū)域，視為起始交越事件，此時(shí)由Timer產(chǎn)生的時(shí)間信息被記做t0，起始交越事件的交越方向記做d0；d0＝±1；設(shè)一個(gè)狀態(tài)量PS，表示開(kāi)始轉(zhuǎn)換時(shí)被測(cè)信號(hào)是否在起始區(qū)域An內(nèi)當(dāng)開(kāi)始轉(zhuǎn)換時(shí)被測(cè)信號(hào)在An內(nèi)，則PS＝1；當(dāng)開(kāi)始轉(zhuǎn)換時(shí)被測(cè)信號(hào)不在An內(nèi)，則PS＝ 1；由此，第一個(gè)樣點(diǎn)電壓的公式為U0＝Umin+n×ΔU+(1+PS×d0)ΔU/2根據(jù)t0、U0獲得第一個(gè)樣點(diǎn)P0；(7)起始樣點(diǎn)P0后，每發(fā)生一次步驟(4)所述的交越事件，即從步驟(3)所述的Timer讀取并記錄該事件發(fā)生的時(shí)刻ti，并對(duì)交越事件類(lèi)型進(jìn)行記錄，即交越方向di；(8)起始樣點(diǎn)P0后，交越事件持續(xù)發(fā)生m次，m為正整數(shù)，就可以獲得兩組長(zhǎng)度均為m+1的數(shù)字量序列，第一組為時(shí)刻序列ti，其格式為“t0，t1，……ti，……tm 1，tm，”；第二組為交越方向序列di，其格式為“d0，d1，……di，……dm 1，dm，”，這兩組序列即為本方法的模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果，由所述的兩組序列，用遞推的方法唯一計(jì)算獲得能夠表示被測(cè)信號(hào)u的多個(gè)樣點(diǎn)P0到Pm，各個(gè)樣點(diǎn)的表達(dá)式如下P0(t0，U0)，其中U0＝Umin+n×ΔU+(1+PS×d0)ΔU/2P1(t1，U1)，其中U1＝U0+(d1+d0)ΔU/2；P2(t2，U2)，其中U2＝U1+(d2+d1)ΔU/2；……Pi(ti，Ui)，其中Ui＝Ui 1+(di+di 1)ΔU/2；……Pm(tm，Um)，其中Um＝Um 1+(dm+dm 1)ΔU/2。(9)按照步驟(8)所述的兩組序列(t0，t1，……ti，……tm 1，tm，)和(d0，d1，……di，……dm 1，dm，)，結(jié)合步驟(1)、(2)中已經(jīng)設(shè)定的Umax、Umin、M、n，以及表述開(kāi)始轉(zhuǎn)換時(shí)被測(cè)信號(hào)起始所處位置的狀態(tài)量PS，使用步驟(8)所述的樣點(diǎn)表達(dá)式，可以唯一恢復(fù)被測(cè)信號(hào)，即可實(shí)現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換。
2.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)置型模數(shù)及數(shù)模轉(zhuǎn)換方法，其特征在于步驟(2)所述起始 區(qū)域An取相對(duì)整個(gè)等間隔區(qū)域Atl Ash-居中的某個(gè)區(qū)域。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種轉(zhuǎn)置型模數(shù)及數(shù)模轉(zhuǎn)換方法，其特征在于把模擬信號(hào)變化區(qū)域均分為若干個(gè)大小相等的連續(xù)的小區(qū)域，通過(guò)記錄被測(cè)模擬信號(hào)從一個(gè)電壓區(qū)域變化到相鄰電壓區(qū)域所經(jīng)歷的時(shí)間以及變化方向來(lái)描述被測(cè)模擬信號(hào)的變化信息，從而實(shí)現(xiàn)模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換。根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換獲得的時(shí)間序列和方向序列，可唯一恢復(fù)被測(cè)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字到模擬的轉(zhuǎn)換。本發(fā)明提供的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換的方法在樣點(diǎn)獲取上與被測(cè)信號(hào)的變化有密切關(guān)系，因此其樣點(diǎn)分布更加合理，具有較小的數(shù)據(jù)冗余。
文檔編號(hào)H03M1/02GK101931406SQ20101026824
公開(kāi)日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2010年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月31日
發(fā)明者周旺, 楊建國(guó), 鄭斌 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)