Методическое указание для выполнения

лабораторной работы «Изучение принципов работы ЦАП-АЦП»

1. Подготовка к работе

Изучить принцип действия ЦАП и АЦП, произвести предварительные расчеты , ответить на контрольные вопросы.

2. Контрольные вопросы

1. Перечислите основные виды и подвиды АЦП. По какому принципу они классифицированы?

2. Пояснить принцип работы АЦП?

3. Пояснить принцип работы ЦАП?

4. Основной источник тактовых импульсов АЦП?

5. Когда поступает сигнал прерывания АЦП?

6. Какая частота дискретизации используется при записи (считывании) в современных оптических аудиодисках?

7. Сколько уровней квантования используется при записи (считывании) в современных оптических аудиодисках?

8. Сколько уровней квантования имеет 16-ти разрядный ЦАП?

9. Как с помощью теоремы Котельникова по известной максимальной частоте спектра определить необходимую частоту дискретизации АЦП?

10. Как связаны между собой действующее и амплитудное значения синусоидального напряжения?

11. Как по известной частоте дискретизации определить длительность одной ступеньки на выходе ЦАП?

12. Что называется разрешением АЦП?

13. Приведите отечественное условное графическое обозначения ЦАП и АЦП.

14. Приведите примеры аналоговых сигналов.

15. Почему внутри ЭВМ циркулируют преимущественно цифровые сигналы?

3. Краткие теоретические сведения

Передача на расстояние звуковых голосовых звуковых сигналов с помощью современных средств связи, кроме прочего предполагает аналогово-цифровое преобразование на предварительном этапе и цифро-аналоговое преобразование на завершающем этапе. Аналогово-цифровое преобразование включает в себя следующие операции: дискретизацию сигналов по времени, квантование по уровню, кодирование. Цифро-аналоговое преобразование включает в себя следующие операции: декодирование и восстановление сигналов по времени и по уровню. Операции дискретизации, квантования и кодирования осуществляют аналого-цифровые преобразователи (АЦП). Операции декодирования и восстановления сигналов по времени и по уровню осуществляют цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП).

Дискретизация и квантование неизбежно приводят к потерям полезной информации и, следовательно, к погрешностям в результатах цифровой обработки аналоговых сигналов. Поэтому чрезвычайно важно технически грамотно выбрать аналого-цифровой преобразователь с требуемыми разрешающей способностью, точностью и быстродействием для решения конкретной задачи передачи сигналов.

В основу классификации АЦП положен признак, указывающий на то, как во времени разворачивается процесс преобразования аналогового сигнала в цифровой.

Рис. 2. Классификация АЦП

Опера­ции квантования и кодирования могут осуществляться с по­мощью либо последовательной, либо параллельной, либо последо­вательно-параллельной процедуры приближения цифрового экви­валента к преобразуемой величине.

Различают две формы представления информации – непрерывную (аналоговую) и прерывистую (цифровую, дискретную). Непрерывная форма характеризует процесс, который не имеет перерывов и может изменяться в любой момент времени и теоретически на любую величину. Цифровой сигнал может изменяться лишь в определенные моменты времени и принимать лишь заранее обусловленные значения (например, только значения напряжений 0 и 3,5 В). Моменты возможного изменения уровня цифрового сигнала задает тактовый генератор конкретного цифрового устройства.

Для преобразования аналогового сигнала в цифровой сигнал требуется провести дискретизацию во времени, квантование по уровню и кодирование.

Дискретизация - замена непрерывного (аналогового) сигнала последовательностью отдельных во времени отсчетов этого сигнала.

Первое представление об аналоговом и цифровом способах хранения и распространения информации можно получить, рассматривая два способа записи звуковых сигналов: аналоговую и цифровую аудиозаписи.

При аналоговой аудиозаписи непрерывный электрический сигнал, формируемый источником звука на выходе микрофона, с помощью магнитной головки наносится на движущуюся магнитную ленту.

При цифровой аудиозаписи используется процесс выборки, заключающийся в периодическом измерении уровня аналогового звукового сигнала и превращении полученного значения в последовательность двоичных чисел. Для преобразования аналогового сигнала в цифровой используется специальный конвертор, называемый аналого-цифровым преобразователем (АЦП). Сигнал на выходе АЦП представляет собой последовательность двоичных чисел, которая может быть записана на лазерный диск или обработана компьютером. Обратная конверсия цифрового сигнала в непрерывный сигнал осуществляется с помощью цифроаналогового преобразователя (ЦАП).

Качество аналого-цифрового преобразования характеризует параметр, называемый разрешением. Разрешение - это количество уровней квантования, используемых для замены непрерывного аналогового сигнала цифровым сигналом. Восьмиразрядная выборка позволяет получить только 256 различных уровней квантования цифрового сигнала.

Еще один показатель качества трансформации непрерывного сигнала в цифровой сигнал - это частота дискретизации - количество преобразований аналог-цифра (выборок), производимое устройством в одну секунду.