Додаток Опис програми sdcad

Програма SDCAD власної розробки призначена для структурного моделювання алгоритмів і систем ЦОІ. Програма містить графічний редактор введення досліджуваних структур з набору базових елементів (блоків) ЦОІ і джерел тестових сигналів. Вид робочого екрану програми в режимі редагування схем показаний на рис. Д.1.

Рис. Д.1. Вид робочого вікна програми в режимі редагування схем

Базовий набір елементів включає нерекурсивний цифровий фільтр (НФ), ланку рекурсивного цифрового фільтру другого порядку, елементи підвищення і пониження частоти дискретизації, суматори, помножувачі, елементи затримки та ін. Тестові сигнали задаються від вбудованих джерел – мультигенератора (генератора тричастотного гармонійного сигналу), синтезатора частот (генератора полігармонічного сигналу), генераторів імпульсного, випадкового і постійного сигналів. Вони можуть бути отримані також із створених користувачем текстового і звукового файлів.

Аналіз сигналів здійснюється в контрольних точках досліджуваної схеми. Максимальне число одночасно контрольованих точок – 6 (A, B, C, D, E, F). Розрахунки сигналів виконуються в часовій або частотній областях залежно від вибору виду графіку: «Час», «Модуль» (спектр амплітуд) і «Фаза» (спектр фаз). Результати розрахунків представляються в графічному вигляді і можуть бути збережені для документування. Вид вікна результатів розрахунків показаний на рис. Д.2.

Передбачений режим додаткового спектрально-кореляційного аналізу сигналів в двох одночасно контрольованих точках схеми, у тому числі аналізу спектрів комплексних сигналів (режим «Аналіз»).

Коефіцієнти ланок РФ можуть бути введені як з клавіатури, так і зчитані з текстового файлу, створеного в зовнішній програмі. Імпульсна характеристика НФ зчитується з джерела типу «Файл». Текстовий файл імпульсної характеристики може бути створений в зовнішній програмі. До підключення його до блоку НФ з нього мають бути видалені усі коментарі.

Рис. Д.2. Вид вікна результатів розрахунків

Робота в SDCAD включає:

• попередню підготовку досліджуваної структури і перетворення її в схему, що складається з базових елементів (блоків) програми SDCAD;

• розрахунок або вибір параметрів усіх блоків;

• створення схеми за допомогою графічних засобів редактора SDCAD у вікні «Схема»;

• введення значень параметрів блоків і джерел сигналів;

• введення значення частоти дискретизації (частота вибірки) і числа оброблюваних вибірок сигналу (кінцева вибірка), що відносяться до глобальних параметрів, завдання контрольних точок і номера початкового відліку (початку вікна) і числа аналізованих відліків сигналу (ширина вікна), що їм відповідає;

• запуск програми на виконання підготовленого завдання в режимі «Розрахунок».

Програма передбачає запис і зчитування файлів структурних схем, що створюються користувачем.

Контрольні питання

Загальні питання дискретизації сигналів за часом

1. Як визначаються і графічно відображаються дискретний сигнал і дискретна послідовність?

2. Як по математичному опису аналогового сигналу знайти математичний опис дискретного сигналу, що відповідає йому? Наведіть приклади.

3. Як в загальному випадку визначається спектр дискретного сигналу?

4. Як визначається спектр періодичного дискретного сигналу?

5. У чому принципова відмінність спектрів дискретного і аналогового сигналів?

6. Який взаємозв'язок спектрів аналогового і дискретного сигналів?

7. Що називається основною смугою частот дискретного сигналу і чому?

8. За якої умови і як можливе точне відновлення аналогового сигналу по дискретному сигналу, що відповідає йому?

9. Як по відомому спектру аналогового сигналу аналітично і графічно знайти спектр дискретного сигналу, що відповідає йому?

10. Як математично і фізично пояснити явище розмноження і періодизації спектрів при дискретизації сигналів за часом?

11. У чому полягає і як проявляється накладення спектрів при дискретизації сигналів за часом?

12. Як корисним чином використовується накладення спектрів при дискретизації сигналів? Наведіть приклади.

13. Які умови вибору частоти дискретизації для різного виду аналогових сигналів і як вони обґрунтовуються?

14. Чи можна по відомому спектру дискретного сигналу знайти спектр аналогового сигналу, що відповідає йому?

15. Які спотворення пов'язані з дискретизацією сигналів за часом?

16. Покажіть, як перетвориться нефінітний спектр аналогового сигналу при його дискретизації?

17. Що розуміється під ефективною шириною(максимальною частотою) спектру аналогового сигналу?

18. Які дискретні сигнали мають лінійчастий, т. е. дискретний по частоті спектр?

19. Яким чином можуть бути зменшені спотворення, пов'язані з дискретизацією сигналів за часом?

20. Для чого потрібна дискретизація сигналів за часом в системах ЦОС? Чому не рекомендується вибір не обґрунтовано завищених значень частоти дискретизації сигналу?

Спектри конкретних аналогових і дискретних сигналів

21. Як аналітично визначається спектр аналогового періодичного сигналу типу меандр і його ефективна ширина(максимальна частота)?

22. Як аналітично визначається спектр трикутного аналогового періодичного сигналу і його ефективна ширина(максимальна частота)?

23. Як аналітично визначається спектр періодичної послідовності прямокутних імпульсів і його ефективна ширина (максимальна частота)?

24. Покажіть, як перетвориться спектр періодичного сигналу при дискретизації його з частотою, меншої частоти сигналу?

25. Як в часовій області знайти форму дискретного сигналу, що отримується шляхом дискретизації аналогового гармонійного сигналу з частотою : а) F = F_i + f_д/2; б) F = f_д - F_i?

26. Як графічно знайти спектр дискретного сигналу, що отримується шляхом дискретизації за часом з частотою дискретизації f_д аналогового гармонійного сигналу з частотою: а) F = F_i + f_д/2; б) F = f_д - F_i?

27. Як знайти значення частоти дискретного сигналу, отриманого шляхом дискретизації за часом гармонійного сигналу з частотою : а) F = f_д + F_i; б) F = f_д - F_i; в) F = f_д/2+ F_i;?

28. Як по спектру дискретного сигналу знайти експериментальне значення невідомої частоти сигналу F шляхом дискретизації його з різними значеннями частот дискретизації?

29. Як експериментально встановити відповідність частот дискретного і аналогового сигналів(шляхом зміни частоти дискретизації сигналу)?

30. В результаті спектрального виміру отримані значення частоти гармонійного сигналу F = 2 кГц при частоті дискретизації f_д = 8 кГц і F = 1 кГц при частоті дискретизації f_д = 10 кГц. Чому дорівнює істинне невідоме значення частоти сигналу?

31. Як графічно знайти спектр дискретного сигналу, що отримується шляхом дискретизації за часом із заданою частотою дискретизації f_д аналогового сигналу типу меандр з частотою F_i?

32. Як графічно знайти спектр дискретного сигналу, що отримується шляхом дискретизації за часом із заданою частотою дискретизації f_д аналогового трикутного сигналу з частотою F_i?

33. Як знаходиться математично і який має вигляд спектр дискретного гармонійного сигналу?

34. Як знаходиться математично і який має вигляд спектр дискретного сигналу типу меандр?

35. Як знаходиться математично і який має вигляд спектр дискретного трикутного сигналу?

36. Як пов'язані між собою спектри дискретних сигналів типу меандр і трикутник? Спектр якого з них швидше убуває з частотою?

37. Як графічно знайти спектр дискретного сигналу, що отримується шляхом дискретизації за часом із заданою частотою дискретизації f_д аналогового прямокутного імпульсного сигналу тривалістю τ_і і періодом Т?

38. Як знаходиться математично і який має вигляд спектр дискретного прямокутного імпульсного сигналу тривалістю τ_і і періодом Т?

39. Як вибрати частоту дискретизації для аналогового прямокутного імпульсного сигналу тривалістю τ_і і періодом Т?

Перетворення сигналів з цифрової форми в аналогову

40. Яке призначення ЦАП в підсистемі відновлення сигналу?

41. Яке призначення ФНЧ в підсистемі відновлення сигналу?

42. Який вид має сигнал на виході ЦАП?

43. У чому полягає завдання відновлення сигналу в частотній області?

44. Як визначається імпульсна характеристика ЦАП?

45. Що таке частотна характеристика ЦАП?

46. Як визначається частотна характеристика ЦАП?

47. Якими параметрами характеризується частотна характеристика ЦАП?

48. Чому дорівнює рівень АЧХ ЦАП на частоті f_д/2?

49. Як визначаються спотворення спектру сигналу при його відновленні?

50. Як визначаються спотворення спектру при відновленні сигналу в смузі частот сигналу(0 - f_m)?

51. Як залежать спотворення при відновленні сигналу від співвідношення частот f_д/f_m?

52. Які ВЧ-складові є присутніми в спектрі відновленого сигналу і від чого залежить їх рівень?

53. Який бажаний вид АЧХ ФНЧ, що включається на виході ЦАП?

54. Які вимоги пред'являються до частотної характеристики аналогового ФНЧ, що включається на виході ЦАП?

55. Як можна понизити вимоги до частотної характеристики аналогового ФНЧ на виході ЦАП?

56. Як зміниться якість відновлення сигналу при збільшенні частоти дискретизації і незмінному значенні частоти f_m (максимальної частоти спектру сигналу)?

57. Для чого при практичній реалізації на виході ЦАП включають ПВЗ?

28