Аналоговые и цифровые сигналы презентация

станочные системы»
Dept. of Automated Manufacturing Systems

непрерывным

равные промежутки

Компьютер напрямую может обрабатывать только цифровые сигналы

– световая волна с разной длиной (цвет) и амплитудой (яркость)

цвет

яркость

двух видов: отрезков и дуг.

Растровые изображения

Пиксел (picture element)

Для каждого пиксела в цифровом виде записывается его цвет или яркость

длиной волны (тон звука) и амплитудой (громкость)

кодировок символов: CP866, Win1251, Unicode, KOИ…

Чем больше кодировок, тем больше проблем

-?¬ ЎR<ми? ЄR¤ЁаRўRЄ, в?¬ ЎR<ми? ЇаRЎ

Unicode – двухбайтная кодировка, 65535 символов всех алфавитов Земли

равные участки – семплы, sample) и для каждого участка в память компьютера заносится средняя амплитуда сигнала в семпле.

АЦП неизбежно ухудшает качество сигнала

Чем меньше семпл, тем качественнее преобразование

Битрейт – число семплов в единицу времени. Обычно меряется в Кбит/с (объем данных, извлекаемых из секунды сигнала)

получения мгновенных значений преобразуемого аналогового сигнала с определенным временным шагом, называемым шагом дискретизации

Как выбрать частоту дискретизации?

Теорема Котельникова

Аналоговый сигнал может быть точно описан дискретной последовательностью значений его амплитуды, если эти значения следуют с частотой, как минимум вдвое превышающей наивысшую частоту спектра сигнала.

Пример для звука: чтобы оцифрованный сигнал содержал информацию о всем диапазоне слышимых человеком частот исходного аналогового сигнала (0…20 кГц), необходимо, чтобы выбранное значение частоты дискретизации при оцифровке составляло не менее 40 кГц (40000 семплов в секунду).

делится на 2N равных промежутков – квантов (N бит на одно измерение)

Импульсно-кодовая модуляция, ИКМ (Pulse Code Modulation – PCM)

Стандартный аудио компакт-диск хранит информацию в формате PCM с частотой дискретизации 44.1 кГц и разрядностью квантования 16 бит (216=65536 интервалов).

Analog-Digital Converter)
Цифро-аналоговый преобразователь (DAC, Digital-Analog Converter)

преобразует его в эквивалентное напряжение. Основными узлами этого преобразователя являются запоминающий регистр, стабилизированный источник опорного напряжения и цифроаналоговый декодер, содержащий аналоговую цепочку прецизионных резисторов.

большинство ЦАП построены по двум основным схемам: в виде цепочки взвешенных резисторов и типа R—2R. Оба названия определяют тип резистивной многозвенной цепочки, используемой в преобразователе.

ЦАП со взвешенными резисторами

Преобразователи со взвешенными резисторами содержат источник опорного напряжения, набор ключей, набор двоично-взвешенных прецизионных резисторов и операционный усилитель. Каждый двоичный разряд входного цифрового слова управляет своим ключом.
Если разрядная цифра «1» - ключ замыкается.
Если разрядная цифра «0» - ключ остается разомкнутым.

—2R также содержат источник опорного напряжения, набор ключей и операционный усилитель. Однако вместо набора двоично-взвешенных резисторов они содержат по два резистора на разряд. Один включен последовательно с разрядным ключом, а другой, сопротивление которого равно половине сопротивления последовательно включенного резистора, включен в суммирующую шину таким образом что это соединение в сочетании с последующими каскадами образует П-образную цепочку.

ЦАП с цепочкой резисторов типа R—2R

преобразуют аналоговый входной сигнал (напряжение или ток) в частоту или последовательность импульсов, длительность которой измеряют для обеспечения отображающего цифрового выходного сигнала, либо, чтобы получить цифровой выходной сигнал, сравнивают входной сигнал с переменным опорным сигналом, используя внутренний ЦАП.
Существует три ведущих способа преобразования, основанных на принципе измерения временного интервала: преобразование напряжения в частоту, метод с пилообразным напряжением и метод линейного интегрирования.