Przetwarzanie A/C

Przetwarzanie A/C
09.11.2007
Przetwarzanie i Obróbka Sygnałów –
M. Zawadzki - ZSEiO
Klasyfikacja metod przetwarzania
•
•
•
•
Klasyfikacji metod przetwarzania może być wiele, ale w
aspekcie zastosowań w technice pomiarowej istotny
jest przede wszystkim podział na przetworniki
pośrednie i bezpośrednie. W metodach bezpośrednich
jest przetwarzana wartość chwilowa napięcia
natomiast w większości metod pośrednich - wartość
średnia. W kontekście przyrządów i układów
pomiarowych podstawowe znaczenie mają:
metody integracyjne
metoda bezpośredniego porównania równoległego
metody wieloprzebiegowe
metoda kompensacji wagowej
Koncepcja cyfrowego przetwarzania
sygnałów
• Cechą charakterystyczną współczesnego przetwarzania
sygnałów jest postępująca dominacja metod cyfrowych.
Metody te wkroczyły szerokim frontem do wielu dziedzin
techniki, wypierając klasyczne metody analogowe i
otwierając przed praktykami nowe obszary zastosowań.
• Cyfrowe metody przetwarzania sygnałów polegają na
przetworzeniu badanego sygnału analogowego w sygnał
cyfrowy reprezentowany ciągiem słów binarnych o
ustalonej długości słowa, a następnie dokonywaniu
wszelkich operacji na sygnale jako operacji na ciągach
binarnych reprezentujących ten sygnał.
• Schemat blokowy ilustrujący idee cyfrowego przetwarzania
sygnałów jest pokazany na nast. slajdzie
Schemat blokowy układu cyfrowego
przetwarzania sygnałów
c.d.
• Układ przetwarzania składa sie z:
• przetwornika analogowo-cyfrowego (przetwornika A/C),
którego zadaniem jest zamiana postaci analogowej sygnału
wejściowego na postać binarną,
• filtru cyfrowego, który realizuje zadane operacje na
wejściowym sygnale binarnym, przetwarzając go w inny
sygnał binarny,
• oraz z przetwornika cyfrowo-analogowego (przetwornika
C/A), który zamienia postać binarną sygnału wyjściowego
na pożądana z reguły postać analogową. Filtr cyfrowy
zawiera urządzenie arytmetyczne oraz pamięć.
• Całość jest sterowana i synchronizowana specjalnym
układem zewnętrznym.
Przetwornik analogowo-cyfrowy
• Aby przetworzyć sygnał analogowy w sygnał binarny, należy
wykonać na nim trzy fundamentalne operacje:
próbkowanie, kwantowanie i kodowanie (rys. nast. slajd).
• Wszystkie te operacje są realizowane przez przetwornik
analogowo-cyfrowy. Jego działanie, podobnie jak innych
bloków funkcjonalnych układu jest sterowane generatorem
impulsów synchronizujących, których częstotliwość
powtarzania określa zarazem częstotliwość próbkowania
sygnału analogowego.
• Na wyjściu przetwornika A/C występuje sygnał
reprezentowany ciągiem słów binarnych kodujących
kolejne próbki sygnału. Każde z tych słów jest ciągiem
znaków binarnych „1” oraz „0” o ustalonej dla danego
przetwornika długości.
Podstawowe operacje przetwarzające
sygnał analogowy w sygnał binarny
Filtr cyfrowy
•
•
•
Słowa binarne z wyjścia przetwornika A/C są przesyłane do układu
nazywanego filtrem cyfrowym. Mogą być one przesyłane znak po znaku
(transmisja szeregowa), bądź tez wszystkie znaki są przesyłane
jednocześnie odrębnymi torami (transmisja równoległa). W filtrze
cyfrowym następuje przetwarzanie słów.
Pojecie filtru cyfrowego jest przy tym rozumiane bardzo szeroko.
Obejmuje ono nie tylko cały zespół środków sprzętowych i programowych
przetwarzania, ale także algorytm, według którego jest ono dokonywane.
W tym znaczeniu filtrem cyfrowym może być zarówno urządzenie
fizyczne, jak i program obliczeniowy.
W większości przypadków filtr cyfrowy łączy w sobie obie te funkcje. W
wyniku przetwarzania sygnału przez filtr cyfrowy na jego wyjściu
otrzymujemy inny sygnał, również reprezentowany ciągiem słów
binarnych. Zwykle interesuje nas postać analogowa sygnału wyjściowego,
a wiec sygnał na wyjściu filtru cyfrowego musi być jeszcze przetworzony
na sygnał analogowy. Operacje te realizuje przetwornik C/A.
Próbkowanie
• Operacja próbkowania polega na pobieraniu
próbek x(tn) analogowego sygnału x(t) w
dyskretnych chwilach tn. W większości
zastosowań
praktycznych
sygnały
są
próbkowanie równomiernie.
Kwantowanie
• Operacja, która przetwarza sygnał spróbkowany
w sygnał o dyskretnej strukturze amplitudowej
jest nazywana kwantowaniem. Polega ona na
podzieleniu zakresu zmian wartości sygnału na
skończona liczbę M przedziałów kwantyzacji i
przybliżeniu wartości chwilowych próbek
wartościami przyporządkowanymi
poszczególnym przedziałom. Najczęściej
przedziały kwantyzacji maja jednakową szerokośc
q, nazywana kwantem lub krokiem kwantowania.
• Liczbę M wybiera się z reguły jako naturalną
potęgę liczby 2.
Kodowanie
• W wyniku kwantowania sygnału dyskretnego
przedział zmian jego wartości zostaje
podzielony na M = 2^b przedziałów
kwantyzacji. Przedziały te można wówczas
zakodować słowami binarnymi o długości b.
• Jeżeli sygnał zmienia się w zakresie od -Xm do
Xm, to wielkość kwantu (różnica miedzy
sąsiednimi poziomami kwantyzacji) jest
określona wzorem:
Klasyfikacja metod przetwarzania A/C
Klasyfikacji metod przetwarzania może być wiele, ale w
aspekcie zastosowań w technice pomiarowej istotny jest
przede wszystkim podział na przetworniki pośrednie i
bezpośrednie.
W
metodach
bezpośrednich
jest
przetwarzana wartość chwilowa napięcia natomiast w
większości metod pośrednich - wartość średnia. W
kontekście przyrządów i układów pomiarowych
podstawowe znaczenie mają: metody integracyjne
• metoda bezpośredniego porównania równoległego
• metody wieloprzebiegowe
• metoda kompensacji wagowej
Źródła
• Źródło: "
•
http://wazniak.mimuw.edu.pl/index.php?title=Uk%C5%82ady_elektroniczne_i_
,
J. Szabatin: „Przetwarzanie sygnałów”