Техника и технологии первичной обработки сигналов. Виртуальные лабораторные работы. Методические указания

Рис. 5 – Схема пассивного регулятора тембра для исследования принципа эквализации

3. Изменяя величину сопротивления на потенциометрах Х1 и Х2 от 0 до 100% с шагом 10%, для каждого значения определить величины изменения уровня коэффициента передачи в области НЧ и ВЧ (ΔКНЧ и КВЧ). Заполнить таблицу 3.

Для этого:

1)Два раза щелкнуть левой кнопкой мыши на значении потенциометра, установить требуемую величину:

2)В меню Analysis выбрать пункт АС…

3)В появившемся окне AC Analysis Limits убедиться, что оно заполнено

всоответствии с рисунком 6.

Рис. 6 – Диалоговое окно AC Analysis Limits

41

4)Построить АЧХ исследуемой схемы, нажав кнопку Run.

5)Измерить с помощью курсора на графике АЧХ величины коэффици-

ента передачи в точке «1» – K1, в точке «2» – K2, в точке «3» – K3 (точки указаны на рисунке 7).

Рис. 7 – АЧХ исследуемого эквалайзера на примере регулятора тембра

6) Вычислить величины изменения уровня коэффициента передачи в области НЧ и ВЧ:

4.Для значений Х1 = Х2 = 0%, 20%, 50%, 80%, 100% зарисовать полу-

ченные АЧХ на одном графике.

5.Сделать выводы.

42

Содержание отчета по лабораторной работе №3

1.Исследуемая схема эквалайзера, смоделированного в среде Micro-Cap.

2.Заполненная таблица с измеренными величинами уровней коэффици-

ента передачи и рассчитанными величинами КНЧ и КВЧ.

3.Семейство графиков АЧХ исследуемого эквалайзера.

4.Выводы по результатам исследования.

Контрольные вопросы

1.Что такое эквализация? Классификация методов эквализации.

2.Заданная и адаптивная эквализация: принцип, достоинства и недо-

статки.

3.Место эквалайзера в радиоканале.

4.Линейные эквалайзеры: принцип действия, особенности.

5.Нелинейные эквалайзеры: принцип действия, особенности.

6.Эквалайзеры в проводных системах связи с однонаправленным потоком информации.

7.Эквалайзеры в проводных системах связи с двунаправленной пакетной передачей информации.

8.С помощью чего в лабораторной работе осуществлялась регулировка коэффициента передачи в области низких частот? В каком диапазоне возможна регулировка возможна (определить по семейству зависимостей или по таблице)?

9.С помощью чего в лабораторной работе производится регулировка коэффициента передачи в области высоких частот, и в каком диапазоне она возможна (определить по семейству зависимостей или по таблице)?

10.В каком случае достигается максимальное подавление НЧ в исследуемой схеме? Проиллюстрировать свой ответ подходящим графиком АЧХ.

11.В каком случае достигается максимальное подавление ВЧ в исследуемой схеме? Проиллюстрировать свой ответ подходящим графиком АЧХ.

12.На основании проведенных в лабораторной работе исследований, в каком случае вся область частот исходного сигнала при прохождении через рассматриваемую схему будет передаваться практически без изменений? Показать это на подходящем графике АЧХ, воспользоваться данными из заполненной таблицы.

13.Исходя из проведенных в лабораторной работе исследований, как будет выглядеть АЧХ, при установке значений потенциометров: Х1=0%, Х2=100%? Опишите характер АЧХ в области НЧ и ВЧ. В каком диапазоне можно осуществить регулировку ВЧ?

14.Исходя из проведенных в лабораторной работе исследований, как будет выглядеть АЧХ, при установке значений потенциометров: Х1=100%, Х2=0%? Опишите характер АЧХ в области НЧ и ВЧ. В каком диапазоне можно осуществить регулировку ВЧ?

43

15.Исходя из проведенных в лабораторной работе исследований, на сколько произойдет ослабление/усиление НЧ и ВЧ по отношению к средним частотам для случая Х1=20%, Х2=50%? Проиллюстрировать свой ответ графиком подходящей АЧХ.

16.Исходя из проведенных исследований в ЛР, на сколько произойдет ослабление/усиление НЧ и ВЧ по отношению к средним частотам для случая Х1=80%, Х2=20%? Проиллюстрировать свой ответ графиком подходящей АЧХ.

44

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4 Исследование принципов аналогово-цифрового

и цифро-аналогового преобразований в среде Micro-Cap

Цель работы

Изучение принципов аналогово-цифрового преобразования сигнала и восстановления исходного сигнала – цифро-аналогового преобразования. Исследование роли реконструкционного фильтра на выходе ЦАП на примере параллельного 16-разрядного АЦП-ЦАП в среде Micro-Cap.

Подготовка к выполнению работы. Теоретические сведения

Аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) – устройство, преобразу-

ющее значение непрерывной аналоговой величины в эквивалентный ей цифровой код.

Процедура аналого-цифрового преобразования включает в себя три ос-

новные операции: дискретизацию, квантование и кодирование [3].

В результате дискретизации и квантования получается дискретный по уровню и во времени сигнал. Цель кодирования – представить один элемент с большим основанием в виде группы элементов с малым основанием, так как последние лучше согласуются с параметрами канала передачи. Эта группа называется кодовым словом.

Если кодовая группа содержит m символов 0 или 1, то с помощью такого m-разрядного двоичного кода можно закодировать число до nmax

Двоичные символы, входящие в состав кодовых групп, называются битами. Они имеют разный вес. Наименьший вес имеет младший бит a0, несущий информацию об одном шаге квантования. Старший значащий бит am-1 несет информацию о 2m−1 шагах квантования и имеет наибольший вес.

Последовательность m-разрядных кодовых слов является выходным сиг-

налом аналого-цифрового преобразователя.

Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) – устройство для преобразо-

вания цифрового (обычно двоичного) кода в аналоговый сигнал (ток, или напряжение).

ЦАП можно рассматривать как декодирующее устройство, которое, принимая на входы цифровой сигнал (код) и эталонный (или опорный), формирует на выходе аналоговый сигнал.

Фильтр низких частот на выходе ЦАП служит для выделения определенной полосы частот, несущей полезный сигнал, и дальнейшего подавления шумов квантования, ошибок передискретизации и других факторов. Такие фильтры называются реконструкционными (восстанавливающими), их параметры непосредственно влияют на качество восстановления аналогового сигнала на выходе ЦАП.

45

Указания к выполнению экспериментальной части

1.Запустить программу Micro-Cap. Программу можно запустить двойным щелчком мыши на ярлыке, находящемся на рабочем столе.

2.Открыть схему лабораторной установки, для чего выбрать в меню File команду Open, а затем выбрать файл со схемой лабораторной установки

(ADC-DAC_16.cir).

На экране появится схема, реализующая последовательное подключение микросхемы 16-разрядного АЦП и микросхемы ЦАП (рисунок 8).

Рис. 8 – Исследуемая схема АЦП-ЦАП

3. Исследовать форму сигналов на выходах АЦП, соответствующих страшим разрядам (В0, В1, В2, В3).

Для этого:

1)В меню Analysis выбрать пункт Transient…

2)В появившемся окне Transient Analysis Limits убрать галочки в первых двух строчках (V(In) и V(Out)), как на рисунке 9.

46

Рис. 9 – Диалоговое окно Transient Analysis Limits

3)Нажать кнопку Run.

4)Зарисовать полученные временные зависимости: D(Convert) – сигнал выходе генератора тактовых импульсов;

D(B0), D(B1), D(B2), D(B3) – сигналы на выходах параллельного АЦП, соответствующих старшим разрядам полученной кодовой комбинации.

4. Исследовать зависимость формы восстановленного сигнала от параметров фильтра на выходе ЦАП для трех случаев: R1 = 1 Ом; 100 Ом; 500 Ом.

Для этого:

1)Два раза щелкнуть левой кнопкой мыши на значении номинала резистора R1, установить требуемую величину:

2)В меню Analysis выбрать пункт Transient…

3)В появившемся окне Transient Analysis Limits оставить галочки только в первых двух строчках (V(In) и V(Out)), как на рисунке 10.

47

Рис. 10 – Диалоговое окно Transient Analysis Limits

4)Нажать кнопку Run.

5)Зарисовать полученные временные зависимости сигналов для трех вариантов номиналов резистора R1:

V(In) – исходный сигнал на входе АЦП;

V(Out) – восстановленный сигнал на выходе фильтра после ЦАП.

5. Сделать выводы.

Содержание отчета по лабораторной работе №4

1.Исследуемая схема АЦП-ЦАП, смоделированная в среде Micro-Cap.

2.Временная зависимость сигнала на выходе генератора тактовых им-

пульсов.

3.Временные зависимости сигналов на выходах параллельного АЦП, соответствующих старшим разрядам полученной кодовой комбинации.

4.Временные зависимости исходного сигнала на входе АЦП и восстановленного сигнала на выходе фильтра после ЦАП для трех вариантов номиналов резистора R1.

5.Выводы по результатам исследования.

Контрольные вопросы

1.Основные операции аналогово-цифрового преобразования.

2.Основные параметры аналогово-цифровых преобразователей.

3.Типы аналогово-цифровых преобразователей.

4.Основные операции цифро-аналогового преобразования.

5.Основные параметры цифро-аналоговых преобразователей.

6.Типы цифро-аналоговых преобразователей.

48

7.Какой тип АЦП исследовался в ЛР? Последовательный или параллельный?

8.Какое максимальное число можно закодировать рассматриваемым в лабораторной работе АЦП?

9.Какого вида сигнал на входе АЦП, какой на выходе?

10.Какие операции производятся с исходным сигналом в АЦП?

11.Для чего нужен генератор тактовых импульсов?

12.Какого вида сигнал на выходе ЦАП?

13.Оцените качество обратного преобразования (ЦАП) при отсутствии реконструкционного фильтра на выходе ЦАП (R1=1 Ом). Насколько форма восстановленного сигнала соответствует форме исходного сигнала?

14.Оцените качество обратного преобразования (ЦАП) при изменении параметров реконструкционного фильтра на выходе ЦАП: при R1=100 Ом и 500 Ом. Насколько форма восстановленного сигнала соответствует исходному сигналу в каждом рассматриваемом случае?

15.Сделайте вывод: нужен ли на выходе ЦАП реконструкционный фильтр или нет? И для чего?

16.Можно ли по полученным временным диаграммам оценить время преобразования АЦП-ЦАП? Каким образом?

49

Литература

1.Катунин, Г.П. Основы мультимедийных технологий: учебное пособие / Г.П. Катунин; Сиб. гос. ун-т телекоммуникаций и информатики. – Новосибирск: СибГУТИ, 2017. – 791 с.

2.Микушин, А.В. Схемо- и системотехника электронных средств: учебное пособие для СПО / А.В. Микушин, В.И. Сединин. − Саратов: Профобразо-

вание, 2021. − 322 c.

3.Марьев, А.А. Методы и устройства цифровой обработки сигналов. Дискретизация. Квантование. Цифровой анализ сигналов: учебное пособие / А.А. Марьев. − Ростов-на-Дону, Таганрог: Издательство Южного федерального университета, 2020. − 132 c.

50