Instrukcja do ćwiczenia „SYGNAŁY”

Laboratorium Podstaw Cyfrowego Przetwarzania Sygnałów
Instrukcja do ćwiczenia „SYGNAŁY”
Opis sygnału w dziedzinie czasu i częstotliwości
Próbkowanie i rekonstrukcja sygnału
Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia laboratoryjnego jest nabycie podstawowej umiejętności generacji i analizy sygnałów
dyskretnych na podstawie ich przebiegu czasowego (odczyt amplitudy, wartości średniej, opis sygnałów) oraz ich
gęstości widmowej mocy (wyliczanie GWM podstawowych sygnałów metodą bezpośrednią, opis sygnału na
podstawie GWM). Celem ćwiczenia jest równieŜ zapoznanie studentów z problematyką doboru parametrów
procesu próbkowania sygnałów oraz efektami towarzyszącymi temu procesowi.
Przygotowanie do ćwiczeń laboratoryjnych
Przygotowanie do laboratorium obejmuje zaznajomienie się z:
o materiałami i notatkami z wykładów
o następującymi funkcjami i operacjami dostępnymi w środowisku Matlab: abs, fft(x,N),semilogy,
plot, stairs, square, randn(N,1), sin, pi, hold on/off, grid on; sound,
uencode, udecode, wavrecord
generacja wektora: i = (1:10)’, sin(i); x=x(10:2:100);
mnoŜenie wektorów: e.*e; e’*e; x.^2
Przed przystąpieniem do laboratorium naleŜy posiadać umiejętność:
o wykreślenia funkcji sinus i prostokąt o zadanej częstotliwości, opis funkcji na podstawie wykresu
o obliczania dyskretnej transformaty Fouriera i gęstości widmowej mocy dla prostych ciągów czasowych
(x(i)={1 0 1 0 0 0 0 0}, x(i)={1 0 0 0 1 0 0 0}, x(i)={0 0 1 0 1 0 0 0}, x(i)={0 0 0 0 1 0 1 0}) (przykład
rozwiązania zadania jest udostępniony na stronie przedmiotu)
o próbkowania i kwantowania sygnału ciągłego danego w postaci wykresu lub funkcji czasowej
o doboru częstotliwości próbkowania dla sygnału opisanego wykresem gęstości widmowej mocy
(znajomość twierdzenia Shannona-Kotielnikowa o próbkowaniu)
o pojęciami kwantyzacji, kwantu, szumu kwantyzacji
W celu wygodnego odsłuchu sygnałów proszę zaopatrzyć się w słuchawki.
Przebieg ćwiczenia
I) Sprawdzenie przygotowania do ćwiczenia
II) Opis sygnału w dziedzinie czasu
1. Wygenerować zadane sygnały: prostokąt, sinusoidę o zadanej częstotliwości, zadany sygnał losowy,
wykreślić po 5 okresów sygnałów okresowych w skali czasowej t [s].
2. Wykreślić przebiegi czasowe sygnałów podanych przez prowadzącego (plik sygnaly_xx.zip).
Scharakteryzować poszczególne sygnały na podstawie ich przebiegu czasowego.
III) Opis sygnału w dziedzinie częstotliwości
3. Wykreślić gęstość widmową mocy sygnałów podanych przez prowadzącego.
poszczególne sygnały na podstawie ich GWM. Oś częstotliwości wyskalować w f [Hz].
Scharakteryzować
IV) Kwantowanie sygnału dyskretnego
4. Wygenerować sygnał sinusoidalny z zadaną częstotliwością próbkowania, wykreślić jego 5 okresów.
5. Dokonać kwantyzacji (uencode, a następnie udecode) wygenerowanego sygnału na 2,4,8 bitach. Dla
kaŜdego z otrzymanych sygnałów wykreślić jego przebieg czasowy, GWM oraz odsłuchać sygnał.
Skomentować wyniki.
V) Próbkowanie sygnału – analiza zjawiska stroboskopowego
6. Wygenerować sygnał składający się z kilku sygnałów sinusoidalnych o róŜnych częstotliwościach, wykreślić
przebieg czasowy i GWM wygenerowanego sygnału. Odsłuchać wygenerowany sygnał.
Zmienić częstotliwość próbkowania sygnału poprzez pominięcie co drugiej (trzeciej, czwartej – zgodnie
z poleceniem prowadzącego) próbki. Wykreślić przebieg czasowy i GWM wygenerowanego sygnału,
odsłuchać go. Skomentować wyniki.
VI) Indywidualne zaliczanie ćwiczenia – obrona protokołu
W trakcie ćwiczenia naleŜy dokumentować postępy w pracy uzupełniając protokół (wzór protokołu w pliku
protokol_pcps_syg.odt), który na zakończenie zajęć naleŜy umieścić jako sprawozdanie w formacie PDF
w systemie LabPro.*
dr inŜ. Małgorzata Michalczyk, dr inŜ. Krzysztof CzyŜ, ostatnia aktualizacja 2010-11-24
Po zajęciach student powinien
znać pojęcia: sygnał deterministyczny, periodyczny (okresowy), losowy, biały szum, pojęcie aliasingu, procedurę
doboru okresu próbkowania
umieć:
- wygenerować w trybie off-line podstawowe sygnały dyskretne,
- scharakteryzować sygnał dyskretny na podstawie przebiegu czasowego (odczytać amplitudę, wartość
średnią, częstotliwość, rozróŜniać sygnały deterministyczne i losowe)
- scharakteryzować sygnał dyskretny na podstawie wykresu jego gęstości widmowej mocy (określić
własności sygnał, odczytać częstotliwość składowych sinusoidalnych, zakres częstotliwościowy
dominującego pasma szumu)
- dobrać częstotliwość próbkowania sygnału ciągłego,
- skwantować sygnał dyskretny, wyjaśnić wpływ kwantyzacji na sygnał
Materiały
Wykłady z przedmiotu PCPS
E. Bielińska i in. Identyfikacja procesów, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice, 2002, rozdział 7
plik sygnaly_xx.zip na stronie przedmiotu, zawiera sygnały do analizy, kaŜdy z sygnałów dany w osobnym
pliku: sygnr_fp, gdzie nr to numer sygnału, a fp to jego częstotliwość próbkowania,
* Znajomość hasła do systemu LabPro jest obowiązkowa. W przypadku problemów z logowaniem proszę zgłosić się po pomoc do mgr inŜ.
Rataja, pok. 326.
dr inŜ. Małgorzata Michalczyk, dr inŜ. Krzysztof CzyŜ, ostatnia aktualizacja 2010-11-24