Цифровое представление аналоговых сигналов   (т4-2)

Адрес

http://90.189.213.191:4422/temp/nkpsis/tema_tec_tc23/lek10/lek10.doc    инд: 2-124-6-10    примеры

 

 

Цифровой сигнал является формой представления аналогового сигнала.

 

Это означает, что представить акустический сигнал сразу в цифровой форме не представляется возможным. Для этого, акустический сигнал необходимо прежде представить в аналоговой форме и только после этого станет возможным перевести его в цифровую. Таким образом, качество аналогового сигнала будет самым прямым образом влиять на качество конечного цифрового результата. По этой причине, применение качественного аналогового оборудования, использование симметричных линий, грамотная электроразводка, а также другие шаги, направленные на обеспечение качества аналогового сигнала, имеют критическое значение и не терпят пренебрежения.

 

Процесс представления аналоговых сигналов в цифровой форме и наоборот производится при помощи аналого-цифровых преобразователей (АЦП) и цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП) соответственно. Как правило, они объединены в один прибор, способный производить оба действия. Для этого он должен включать в себя как аналоговые входы и выходы, так и цифровые, чтобы пользователь имел возможность работать с полученным цифровым сигналом - будь то сохранять информацию на цифровых носителях, жесткий диск, например,  или же с целью обработки, передачи и усиления сигнала в сфере живого звука.

 

 

Пример 1.

Выполним дискретизацию аналогового сигнала приведенного на рис. 1, с частотой превышающей в 10 раз наивысшую частоту в спектре исходного сигнала.

Аналоговый сигнал представляет собой сумму

постоянной составляющей и гармоники с частотой равной 50 Гц.

Согласно условиям задачи, выбираем частоту дискретизации равную 500 Гц. Полученный дискретный сигнал приведен на рис. 2.

На рис. 4 приведен спектр аналогового сигнала, а на рис. 5 – дискретного

 

 

При выполнении условия теоремы Котельникова частотные составляющие исходного спектра сигнала не пересекается с побочными составляющими, которые возникли при дискретизации, поэтому можно выделить исходный сигнал без искажений.

Если условие теоремы Котельникова не выполняется, то в таком случае спектр исходного сигнала перекрывается со спектром хотя бы одной из побочных составляющих. В результате при восстановлении сигнала возникнут необратимые искажения.

На практике частота дискретизации обычно выбирается больше чем в 2 раза (сверхдискретизация), что позволяет применять более простые ФНЧ для восстановления исходного сигнала.

 

Каждому отсчету дискретного сигнала присвоим со шкалы квантования ближайший к нему номер и отобразим полученные значения на временной диаграмме. Далее выполним кодирование полученных квантованных значений сигнала трехразрядным двоичным кодом. Результаты кодирования сведем в таблицу 1.

 

Зная частоту дискретизации и разрядность двоичного кода k, определяем скорость передачи цифровой информации

Рассчитаем скорость передачи двоичного кода, полученного в предыдущем примере, и вычислим длительность бита информации. Для частоты дискретизации сигнала и разрядности двоичного кода k = 3,  скорость передачи равна C=500*3= 1500 бит/c=1.5 кбит/c 

а длительность бита  To=1/(500*3)= 0.67mc

 

Рассмотрим дискретное преобразование на модели Vco_tec_dz-3-1.DSN  в разделе пример.  Ниже на gif-рисунке  показано влияние частоты дискретизации на выходной сигнал.

- исходный сигнал - период 10 мс (100гц)

- Дискретность преобразования - GAIN=1000

В модели последовательно меняется исходный сигнал в 10 Гц и в 1000 Гц и приводится выходной сигнал в оцифрованном виде.

На последнем этапе меняется дискретность и длительность развертки.

 

 

Контрольные вопросы  ДЗ-3 (дифференцированный зачет-3 тема Цифровое представление аналоговых сигналов)

 

Оценка на 3=  Используя пример   построить график дискретного анализа для своего варианта аналогового сигнала.

 

  1. Отчет в формате WORD документа должен содержать
  1. Всего 2а файла  отчет (doc) проект(DSN)  Итого 2а файла.
  2. При защите  рассказать  и  нарисовать понятие «дискретизации» по длительности и по амплитуде.

 

Оценка на 4=  Дополнительно  используя модель Voltmeter_sample.zip:

·         Соединить схемы для совместной работы.

·         Установить  синусоидальное напряжение по своему варианту и представить скриншот полученных данных.

·         Показать ошибки дискретизации на цифровом вольтметре используя инструменты диаграммы Фурье. Уменьшить или увеличить дискретность

 

Оценка на 5=  Дополнительно используя  АЦП модель ADC0831.ZIP   В системе =Протеус-7= установить сигнал своего варианта.

·         Представить диаграммы спектра Фурье для цифрового и аналогового сигнала.

 

Сектор-приз   победить в шахматы модель протеус-7   GNU Chess.zip  или Tiny Chess.zip. По выбору. Привести скан-видео игры и выигрыша.   (Победителю присуждается  +2 балла на экзамене ОТК при любом  билете и вопросе )

 

Электронные источники:

  1. Цифровое представление сигналов
  2. Элементы цифровой системы связи
  3. ЦИФРОВЫЕ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ
  4. PROTEUS УРОКИ
  5. 74HC595 Shift и другие примеры построения схем ЦСП

  Подготовил Шабронов А.А.  тс +7-913-905-8839 shabronov@ngs.ru

Ред.2019-3-18