Лабораторная работа № 6
”Кодирование информации при передаче по дискретному каналу без помех“
Цель: Исследование кодирования информации при передаче по дискретному каналу без помех, знакомство с понятием аналого-цифрового преобразователя и разновидностями таких преобразователей.
Задание.
1.Эмулировать программу АЦП с развертывающим измерительным преобразованием. Эмулировать три варианта Ux, и для каждого варианта зарисовать Ux,выход ГИ, выход ОС, выход Сч.
2.Эмулировать программу АЦП со следящим измерительным преобразованием. Эмулировать три варианта Ux, и для каждого варианта зарисовать Ux,Uk.
Отчет по лабораторной работе должен содержать:
1.Схемы различных АЦП и графики сигналов.
2.Назначение каждого элемента АЦП.
3.Выводы.
Основные понятия и определения.
”Аналого-цифровой преобразователь со следящим измерительным преобразованием”.
Устройства, позволяющие заменять непрерывную последовательность значений аналоговой величины конечным числом дискретных значений и представлять их в заданном коде, получили название аналого-кодовых преобразователей. такие эквиваленты аналоговой величины могут быть представлены комбинациями состояний оптических, электромеханических, электронных и других элементов, а также параллельными или последовательными во времени комбинациями электрических импульсов.
В настоящее время более рационально преобразовывать различные по физической природе сигналы в электрические, а затем представлять их в цифровой форме посредством преобразователей напряжение — код. Под термином «аналого-цифровой преобразователь» (АЦП) в первую очередь подразумевают именно такой преобразователь (напряжение— код).
Современные АЦП строят на основе серийно выпускаемых отечественной промышленностью интегральных схем, номенклатура которых достаточно высока. В нее входят операционные усилители, органы сравнения (компараторы напряжения), источники опорного напряжения, коммутаторы, цифроаналоговые преобразователи, устройства запоминания и другие функциональные элементы и узлы. Поскольку степень интеграции схем постоянно растет, количество интегральных схем, необходимых для реализации конкретного АЦП, уменьшается.
Имеются образцы АЦП выполненные на одном кристалле. Успехи в технологии изготовления интегральных схем способствовали увеличению быстродействия, повышения надежности и снижению стоимости АЦП.
По способу получения цифрового эквивалента все разнообразие существующих преобразователей может быть разбито на три основные группы: преобразователи последовательного счета, преобразователи поразрядного уравновешивания, преобразователи считывания.
1. АЦП с развертывающим измерительным преобразованием
На
рис. 6.1.1 изображена функциональная схема
АЦП с развертывающим измерительным
преобразованием. В начале каждого цикла
преобразования запускается генератор
ГКН линейно изменяющегося компенсирующего
напряжения
.
Одновременно сигнал с органа сравнения
ОС открывает схему совпадения И, и
импульсы высокостабильного генератора
ГИ начинают поступать в счетчик Сч.
Функциональная схема преобразователя
с развертывающим измерительным преобразованием
Рис. 6.1.1
Программа
на примере одного рабочего такта
графически показывает, что в момент
компенсации, когда преобразуемое
напряжение
сравнивается с компенсирующим напряжением
.
Состояние органа сравнения изменяется,
и доступ импульсов в счетчик прекращается.
С выхода счетчика снимается цифровой
эквивалент
,
соответствующий
(см. рис. 6.1.2).
2. АЦП со следящим измерительным преобразованием
Преобразователь со следящим измерительным преобразованием является цифровой следящей системой (см. рис. 6.2.1), в которой входное напряжение , сравнивается органом сравнения ОС с напряжением , поступающим с источника линейно-ступенчатого компенсирующего напряжения ИСКН.
Временная диаграмма работы преобразователя.
Рис. 6.1.2
В
зависимости от разности напряжений
происходит такое изменение кода в схеме
управления источником, которое приводит
к равенству этих напряжений в пределах
заданной точности.
Орган
сравнения воздействует на две схемы
совпадения И, через которые импульсы
генератора G поступают на входы
реверсивного счетчика СТ : если
,
импульсы идут по каналу “+1”, а если
,
по каналу “–1”. При равенстве напряжений
обе схемы И закрыты и импульсы на
счетчик не поступают.
Минимальное
напряжение срабатывания органа сравнения
должно
лежать в пределах
,
где
— напряжение одной ступеньки. При
большей чувствительности значение
младшего разряда цифрового эквивалента
беспрерывно изменяется даже при
постоянном значении
.
Для аналогово-цифровых преобразователей поразрядного уравновешивания максимально возможное число преобразований в секунду можно оценить по формуле
Приняв,
как и ранее,
=0,1%
и погрешность в процентах %
=5*107,
максимальную частоту преобразователя
получим равной 4,5*106
Гц, что почти на два порядка превышает
частоту преобразователей с
линейно-ступенчатым компенсирующим
напряжением.
Функциональная схема преобразователя со следящим
измерительным преобразованием
Рис. 6.2.1
Программа на примере небольшого интервала времени графически показывает работу преобразователя со следящим измерительным преобразованием (см. рис. 6.2.2)
Отработка цифровых эквивалентов аналоговой величины Uх.
Рис. 6.2.2
Контрольные вопросы
1.Аналого-кодовые преобразователи. Виды.
2.АЦП по способу получения цифровых эквивалентов.
3.АЦП с развертывающим измерительным преобразованием.
4.АЦП со следящим измерительным преобразованием.
5.Временные диаграммы работы преобразователей.
6.Какие ограничения входного напряжения по частоте имеют АЦП.
7. Напряжения срабатывания органа сравнения. Блок синхронизации.
Лабораторная работа №7
” Эффективное кодирование “
Цель: Изучение методик эффективного кодирования.
Задание.
1. Построить код Шеннона-Фано по выбранным вариантам и результаты свести в таблицы.
2. Построить код Хаффмана по выбранным вариантам и результаты свести в таблицы. Для каждого построенного кода построить кодовое дерево.
Отчет по лабораторной работе должен содержать:
- краткие теоретические сведения о коде Шеннона-Фано и коде Хаффмана;
- построить коды Шеннона-Фано и Хаффмана при различных вариантах входных данных (для каждого кода выбрать произвольно три группы по 12 символов в каждой, присвоить каждому символу вероятность (сумма равна единице) и построить указанные коды).
- выводы.
Основные понятия и определения.