Оцифровка

29.09.07

Задача

Задача: построить прибор, решающий поставленные задачи с наилучшими характеристиками (Рис.4).

Рис.4

Главные параметры датчиков: полоса пропускания и амплитуда выходного сигнала.

Функции БСС (блок согласования сигналов):

1) найти формат взаимодействия;

2) согласование формата данных;

3) обеспечение необходимого вида и формы сигнала;

4) обеспечение стабильного источника питания;

Виды согласования сигналов:

1) по амплитуде (если сигнал имеет очень малую амплитуду необходимо его усилить, сигналы с большой амплитудой- делить), см рис.5.

Рис.5

2) по частоте (обеспечивается с помощью фильтров):

а) фильтр нижних частот (ФНЧ) или LPF (рис.6)

Сопротивление конденсатора: Zc=1/jwc

R

Рис.6

Частотная характеристика ФНЧ представлена на рис.7, где 1- характеристика идеального ФНЧ, 2- реального ФНЧ. Частоты от 0 Гц до fm образуют полосу пропускания фильтра.

Рис.7

Полоса пропускания обычно определяется первым лепестком амплитудно- частотной характеристики, относящимся к интервалу частот от 0 до fm (см рис 8)

Рис.8

б) фильтр верхних частот (ФВЧ) или HPF (рис.9 а) схема, б) частотная характеристика)

а) б)

Рис.9

3) по импедансу (см рис.10)

Rвх ={L} или {H} (низкое или высокое входное сопротивление)

Рис.10

Благодаря высокому входному сопротивлению операционных усилителей и наличию обратной связи сигнал от блока 1 к блоку 2 передается без искажений (рис.11)

Рис.11

Также для оптимальной работы устройств необходимо стабильное питание (см функции БСС).

Для датчиков целесообразно обеспечить наличие отдельного источника питания.

Аналоговый сигнал является непрерывной функцией времени, в АЦП он преобразуется в последовательность цифровых значений. Следовательно, необходимо определить частоту выборки цифровых значений из аналогового сигнала. Частота, с которой производятся цифровые значения – частота дискретизации.

Непрерывно меняющийся сигнал подвергается оцифровке (значения сигнала измеряются через интервал времени ∆Т – период дискретизации). Точность восстановления ограничена ошибкой квантования, однако в соответствии с теоремой Котельникова точное восстановление возможно только если частота дискретизации выше, чем удвоенная максимальная частота в спектре сигнала.

Таким образом, понятие оцифровка сигнала включает в себя понятия дискретизации и квантования.

Дискретизация- измерения, проведенные в определенные промежутки времени (рис.12).

Рис.12

f дискретизации>>>fm (первой гармоники входного сигнала)

f дискретизации ≥ 2fm (по Котельникову)

∆Т (время между отсчетами) выбирается: а) в зависимости от цели; б) в зависимости от желаемого качества сигнала на выходе.

Например, частота дискретизации 44 кГц (музыкальный диск) – соответствуют стандартному качеству звука.

Дискретизация предполагает выбор отсчетов, следовательно будем использовать логический элемент «И», реализующий операцию умножения (рис.13).

Генератор импульсов

Рис.13

Генератор импульсов (тактовых сигналов, «клоков») воспроизводит сигнал вида, приближающегося к виду дельта-функции:

Главный недостаток таких импульсов- их нестабильность.

Для того чтобы увеличить объем информации о реальном сигнале полученный после оцифровки, необходимо уменьшить шаг дискретизации.

Квантование по уровню фактически означает присвоить отсчету цифровой эквивалент или выразить результат в цифрах.

Шаг квантования может представлять собой мм, см, м и т.д., при этом ошибка может изменяться в пределах от -0,5 кванта до +0,5 кванта.

На рис.14(а): 1- идеальная функция преобразования (переходная характеристика идеальных АЦП и ЦАП), 2- реальная функция после квантования (имеет ступенчатый характер),

∆Q – погрешность (шаг квантования). Ошибка квантования, являющаяся следствием ограниченного разрешения АЦП, составляет {+ ∆Q/2;-∆Q/2}. Из вышесказанного следует, что закон распределения- равномерный (рис.14(б)).

Рис.14

Дата добавления: 2014-01-04