Ф едеральное агентство связи РФ

Барабанова А.М

Цифровое представление сигналов

методические указания

к лабораторной работе № 1

Новосибирск

2007

1 ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Исследовать принципы цифрового представления сигналов. Изучить этапы перехода от аналогового сигнала к цифровому, и восстановление аналогового сигнала по цифровым отсчетам.

2 ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ

2.1 Изучить следующие вопросы курса:

- обобщенную структурную схему радиотехнической системы;

- временные, спектральные диаграммы при передаче сигналов;

- математическое описание дискретных сигналов.

2.2 Выполнить предварительный расчет, используя данные таблицы 2.1, в соответствии с номером бригады. Используя данные таблицы рассчитать частоту дискретизации в соответствии с теоремой Котельникова и выбрать число уровней квантования.

2.3 Подготовить ответы на контрольные вопросы.

Литература:

1 Катунин Г. П. Основы телекоммуникаций. Учебное пособие. Новосибирск: СибГУТИ, 2006. – 546 с.:ил.

Таблица 2.1 – Варианты значений исходных сигналов.

№ бригады	1	2	3	4	5
F, Гц	500	1000	600	800	1200
U0, В	1	1	1	1	1
Вид сигнала	U= U0sint

3 ЗАДАНИЕ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

3.1 Ознакомиться с методикой проведения измерений в программе Lab VIEW.

3.2 В соответствии с вариантами заданий таблицы 2.1.

Исследовать временные диаграммы:

1) Исходного аналогового сигнала;

2) Аналого-цифрового преобразователя;

- генератора тактовых импульсов;

- дискретизатора (АИМ);

- квантователя;

- кодера (ИКМ);

3) Цифро-аналогового преобразователя;

4) Фильтра нижних частот (ФНЧ).

3.3 Исследовать временные диаграммы сигнала с частотой дискретизации f_д>2F_с.

4 ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

Структурная схема радиотехнической системы на рисунке 1.

Рисунок 1 – Структурная схема радиотехнической системы

Процесс аналого-цифрового преобразования осуществляется следующим образом: аналоговый низкочастотный сигнал от генератора сигналов поступает на один из входов дискретизатора, на второй вход которого поступает последовательность узких прямоугольных импульсов с частотой следования f_д 2F, где F – частота сигнала. На выходе дискретизатора получается последовательность узких импульсов с амплитудой равной мгновенным значениям сигнала в точках kt , t=1/f_д – период дискретизации, k – целое число. Таким образом осуществляется дискретизация по времени аналогового сигнала.

Далее последовательность импульсов поступает на вход квантователя, где осуществляется дискретизация по уровню (квантование). В результате на выходе квантователя получается последовательность дискретных импульсов с амплитудой nU, где U – шаг квантования, n – целое число. Обычно шаг квантования выбирается таким образом, чтобы количество разрядов соответствовало 2^m, где m – разрядность кодера (ИКМ). После квантователя импульсы, дискретизированные по времени и квантованные по уровню, поступают на вход импульсно-кодового модулятора – ИКМ, который преобразует поступающую последовательность в последовательность двоичных прямоугольных импульсов. Этот сформированный сигнал передается по каналу связи.

На приеме происходит обратное преобразование сигнала из цифровой формы в дискретную с помощью цифро-аналогового преобразователя (ЦАП). После ЦАП сигнал подается на ФНЧ, на выходе которого мы получаем восстановленный аналоговый сигнал.

5 ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

5.1 Запустите программу Lab VIEW. После завершения загрузки командного окна необходимо выбрать раздел Open и далее «Цифровое представление сигналов». После загрузки передней панели лабораторной работы выберите меню Window, далее Show Block Diagram.

Перед вами откроется функциональная схема лабораторной работы.

5.2 Установите частоту сигнала в соответствии с заданием, для этого откройте параметры блока генератор сигналов двойным щелчком мыши. В параметрах генератора сигналов, в разделе Frequency задайте свою частоту сигнала, после чего нажмите OK.

5.3 Установите рассчитанную частоту дискретизации, для чего откройте параметры блока генератор тактовых импульсов. В параметрах блока задайте частоту следования импульсов (она равна частоте дискретизации).

5.4. Установите число уровней квантования (предпочтительно равное 2^m). Для этого в блоке квантователь в строке «уровни квантования» двойным щелчком мыши щелкните по квадрату, который содержит число, когда квадрат станет черным задайте число, которое вам необходимо.

В зависимости от числа уровней квантования кодер автоматически определяет разрядность АЦП. Чем больше число уровней, тем легче восстановить исходный сигнал на приеме

5.5 Установите частоту среза в блоке ФНЧ в соответствии с частотой вашего сигнала для этого откройте параметры блока ФНЧ. В параметрах блока задайте частоту среза в разделе Cutoff Frequency.

5.6 Подключите осциллограф на выходе блока генератор сигналов. Для этого наведите курсор мыши на блок осциллограф. Когда у блока появится вывод, нажмите левую кнопку мыши и проведите курсор к генератору сигналов. Рекомендуется удалять старые связи осциллографа и создавать новые, чтобы избежать ошибок.

5.7 Зарисуйте осциллограммы на выходе каждого блока, для этого поочередно подключайте осциллограф к узлам схемы.

После подключения осциллографа необходимо запустить работу программы, для этого нажмите крайнюю левую кнопку вверху на панели инструментов run или run continuously (либо в меню Operate команду run).

Для остановки программы нажмите на передней панели, или нажмите кнопку stop вверху на панели инструментов (либо в меню Operate команду stop).

Просмотреть осциллограммы можно на передней панели.

Перед вами изображены два окна осциллографа, в левом окне изображаются осциллограммы различных блоков, к которым вы подключили осциллограф на блок-диаграмме, а в правом окне отображается двоичный код на выходе кодера.

Двоичный код представлен в параллельном виде, разряды располагаются снизу вверх по старшинству, их количество зависит от разрядности АЦП. В данной работе разрядность АЦП m определяется автоматически в зависимости от числа уровней квантования (2^m).

5.7 Установите другую частоту дискретизации и число уровней квантования, такие, чтобы восстановленный сигнал после ФНЧ был точной копией исходного аналогового сигнала. Зарисуйте осциллограммы на выходе каждого блока.

6 СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА