Rozdział 5. Przetwarzanie analogowo-cyfrowe (A C)



Podobne dokumenty
Cyfrowe przetwarzanie obrazów i sygnałów Wykład 2 AiR III

Rozdział 1 PODSTAWOWE POJĘCIA I DEFINICJE

Podstawowe funkcje przetwornika C/A

Cyfrowe przetwarzanie sygnałów Jacek Rezmer -1-

Ćwiczenie 4. Filtry o skończonej odpowiedzi impulsowej (SOI)

Reprezentacje danych multimedialnych - dźwięk. 1. Podstawowe fakty 2. Próbkowanie 3. Kwantyzacja 4. Formaty plików

Przetworniki A/C. Ryszard J. Barczyński, Materiały dydaktyczne do użytku wewnętrznego

2. Arytmetyka procesorów 16-bitowych stałoprzecinkowych

2. Próbkowanie Sygnały okresowe (16). Trygonometryczny szereg Fouriera (17). Częstotliwość Nyquista (20).

CZWÓRNIKI KLASYFIKACJA CZWÓRNIKÓW.

Cyfrowe przetwarzanie sygnałów w urządzeniach EAZ firmy Computers & Control

Podstawy Przetwarzania Sygnałów

Pomiary i przyrządy cyfrowe

PRZETWORNIKI C / A PODSTAWOWE PARAMETRY

Ćw. 7 Przetworniki A/C i C/A

1. Modulacja analogowa, 2. Modulacja cyfrowa

1.5. Sygnały. Sygnał- jest modelem zmian w czasie pewnej wielkości fizycznej lub stanu obiektu fizycznego

Struktury specjalizowane wykorzystywane w mikrokontrolerach

Technik elektronik 311[07] moje I Zadanie praktyczne

Przetwarzanie sygnałów w telekomunikacji

Laboratorium EAM. Instrukcja obsługi programu Dopp Meter ver. 1.0

Zakres wymaganych wiadomości do testów z przedmiotu Metrologia. Wprowadzenie do obsługi multimetrów analogowych i cyfrowych

A-2. Filtry bierne. wersja

KWANTYZACJA. kwantyzacja

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

uzyskany w wyniku próbkowania okresowego przebiegu czasowego x(t) ze stałym czasem próbkowania t takim, że T = t N 1 t

Przetwarzanie analogowo-cyfrowe sygnałów

BŁĘDY GRANICZNE PRZYRZĄDÓW POMIAROWYCH POMIARY NAPIĘCIA I PRĄDU PRZYRZĄDAMI ANALOGO- WYMI I CYFROWYMI

Analiza obrazu. wykład 3. Marek Jan Kasprowicz Uniwersytet Rolniczy 2009

Zastosowania mikrokontrolerów w przemyśle

W celu obliczenia charakterystyki częstotliwościowej zastosujemy wzór 1. charakterystyka amplitudowa 0,

Cechy karty dzwiękowej

Systemy przetwarzania sygnałów

WZMACNIACZ OPERACYJNY

Cyfrowy pomiar czasu i częstotliwości Przetwarzanie sygnałów pomiarowych (analogowych)

CZAZ GT BIBLIOTEKA FUNKCJI PRZEKAŹNIKI, LOGIKA, POMIARY. DODATKOWE ELEMENTY FUNKCJONALNE DSP v.2

Teoria przetwarzania A/C i C/A.

Podstawy Automatyki. wykład 1 ( ) mgr inż. Łukasz Dworzak. Politechnika Wrocławska. Instytut Technologii Maszyn i Automatyzacji (I-24)

Komputerowe systemy pomiarowe. Podstawowe elementy sprzętowe elektronicznych układów pomiarowych

Teoria sygnałów Signal Theory. Elektrotechnika I stopień (I stopień / II stopień) ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny)

Sygnał a informacja. Nośnikiem informacji mogą być: liczby, słowa, dźwięki, obrazy, zapachy, prąd itp. czyli różnorakie sygnały.

Parametryzacja przetworników analogowocyfrowych

Przekształcenia sygnałów losowych w układach

Spis treści. 1. Cyfrowy zapis i synteza dźwięku Schemat blokowy i zadania karty dźwiękowej UTK. Karty dźwiękowe. 1

Wydział Elektryczny. Katedra Telekomunikacji i Aparatury Elektronicznej. Konstrukcje i Technologie w Aparaturze Elektronicznej.

A3 : Wzmacniacze operacyjne w układach liniowych

Transformata Fouriera

ĆWICZENIE nr 3. Badanie podstawowych parametrów metrologicznych przetworników analogowo-cyfrowych

Przetworniki analogowe / cyfrowe (A/C) gły analogowymi kodowane sygnały cyfrowe Przetwarzanie dyskretyzacji sygnału w czasie próbkowaniu)

Przetworniki AC i CA

Przetworniki analogowo-cyfrowe

Programy CAD w praktyce inŝynierskiej

SPRZĘTOWA REALIZACJA FILTRÓW CYFROWYCH TYPU SOI

Rozkład materiału z przedmiotu: Przetwarzanie i obróbka sygnałów

Uśrednianie napięć zakłóconych

ANALIZA SYGNAŁÓ W JEDNÓWYMIARÓWYCH

AiR_CPS_1/3 Cyfrowe przetwarzanie sygnałów Digital Signal Processing

Zjawisko aliasingu. Filtr antyaliasingowy. Przecieki widma - okna czasowe.

KATEDRA ELEKTRONIKI AGH WYDZIAŁ EAIIE. Dydaktyczny model 4-bitowego przetwornika C/A z siecią rezystorów o wartościach wagowych

XXXII Olimpiada Wiedzy Elektrycznej i Elektronicznej. XXXII Olimpiada Wiedzy Elektrycznej i Elektronicznej

KOMPUTEROWE SYSTEMY POMIAROWE

Ćwiczenie A2 : Filtry bierne

POLITECHNIKA OPOLSKA

CYFROWE PRZETWARZANIE SYGNAŁÓW

Obraz cyfrowy. Radosław Mantiuk. Wydział Informatyki Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie

Przetworniki cyfrowo analogowe oraz analogowo - cyfrowe

Ćwiczenie - 1 OBSŁUGA GENERATORA I OSCYLOSKOPU. WYZNACZANIE CHARAKTERYSTYKI AMPLITUDOWEJ I FAZOWEJ NA PRZYKŁADZIE FILTRU RC.

ANALIZA KORELACYJNA I FILTRACJA SYGNAŁÓW

Sprawdzian wiadomości z jednostki szkoleniowej M3.JM1.JS3 Użytkowanie kart dźwiękowych, głośników i mikrofonów

ĆWICZENIE 15 BADANIE WZMACNIACZY MOCY MAŁEJ CZĘSTOTLIWOŚCI

Schemat funkcjonalny układu automatycznej regulacji

FFT i dyskretny splot. Aplikacje w DSP

POMIARY WYBRANYCH PARAMETRÓW TORU FONICZNEGO W PROCESORACH AUDIO

Ćwiczenie: "Mierniki cyfrowe"

CHARAKTERYSTYKI CZĘSTOTLIWOŚCIOWE

Badanie przetworników A/C i C/A

Przetworniki C/A. Ryszard J. Barczyński, 2016 Materiały dydaktyczne do użytku wewnętrznego

TEORIA OBWODÓW I SYGNAŁÓW LABORATORIUM

TERAZ O SYGNAŁACH. Przebieg i widmo Zniekształcenia sygnałów okresowych Miary sygnałów Zasady cyfryzacji sygnałów analogowych

Wykład 2 Projektowanie cyfrowych układów elektronicznych

Ćwiczenie EA8 Prądnice tachometryczne

Przetwarzanie obrazów wykład 6. Adam Wojciechowski

ĆWICZENIE 5 EMC FILTRY AKTYWNE RC. 1. Wprowadzenie. f bez zakłóceń. Zasilanie FILTR Odbiornik. f zakłóceń

Przetwarzanie A/C i C/A

Rys. Podstawowy system przetwarzania cyfrowego sygnałów analogowych

Wymiar: Forma: Semestr: 30 h wykład VII 30 h laboratoria VII

Tranzystorowe wzmacniacze OE OB OC. na tranzystorach bipolarnych

Przetwarzanie i transmisja danych multimedialnych. Wykład 9 Kodowanie podpasmowe. Przemysław Sękalski.

Technika audio część 2

O sygnałach cyfrowych

Laboratorium Techniki ultradźwiękowej w diagnostyce medycznej

EFEKTYWNE UŻYTKOWANIE ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Analizy Ilościowe EEG QEEG

KARTA PRZEDMIOTU. Techniki przetwarzania sygnałów, D1_3

DYSKRETNA TRANSFORMACJA FOURIERA

SPECYFIKACJA PRZETWORNIK RÓŻNICY CIŚNIEŃ DPC250; DPC250-D; DPC4000; DPC4000-D

Dźwięk podstawowe wiadomości technik informatyk

Kodowanie podpasmowe. Plan 1. Zasada 2. Filtry cyfrowe 3. Podstawowy algorytm 4. Zastosowania

13.2. Filtry cyfrowe

Imię i nazwisko (e mail) Grupa:

Transkrypt:

5. 0. W p r ow adzen ie 1 2 1 Rozdział 5 Przetwarzanie analogowo-cyfrowe (A C) sygnał przetwarzanie A/C sygnał analogowy cyfrowy ciągły dyskretny próbkowanie: zamiana sygnału ciągłego na dyskretny konwersja w dziedzinie czasu kwantyzacja: zamiana sygnału analogowego na cyfrowy konwersja w dziedzinie amplitudy A l, A u dolny i górny zakres przetwornika A/C N liczba bitów

5. 1. P r ó b k ow an ie 1 2 2 5.1. PRÓBKOWANIE próbkowanie wyznaczenie średniej wartości sygnału (tzw. próbki) w bardzo krótkim odcinku czasu zwanym aperturą δt δt << t t okres próbkowania (dystans czasowy pomiędzy kolejnymi próbkami) Twierdzenie Shannona (Shannona-Kotielnikowa) Jeśli w sygnale zawarte są składowe harmoniczne o częstotliwościach nie przekraczających f hmax to minimalna częstotliwość próbkowania f smin gwarantująca zachowanie pełnej informacji o sygnale wynosi f smin = 2 f hmax = 2 f N (5.1) f N tzw. częstotliwość Nyquista Innymi słowy częstotliwość próbkowania f s powinna być conajmniej 2-krotnie większa od częstotliwości Nyquista f s 2 f hmax = 2 f N (5.1a) f s < 2 f hmax spróbkowany sygnał wykazuje fałszywą charakterystykę w dziedzinie częstotliwości zjawisko maskowania (aliasing)

5. 1. P r ó b k ow an ie 1 2 3 przykład: sygnał o postaci x(t) = A 0 sin(2πf 0 t) spróbkujmy falę monoharmoniczną o okresie T true z czasem próbkowania t większym niż T true /2 ("łamiąc" twierdzenie Shannona) t = 1/f s spróbujmy odtworzyć sygnał na podstawie próbek uzyskanych w wyniku próbkowania oryginalnego przebiegu w wyniku uzyskujemy falę monoharmoniczną o okresie różnym (błędnym) od oryginalnego dziedzina czasu oryginał rekonstrukcja dziedzina częstotliwości f 0 = 1/T true f 0 = 1/T false szczegóły rozdział 4.11

5. 1. P r ó b k ow an ie 1 2 4 f 0 f 0!!! sygnał został odtworzony w sposób nieprawidłowy Kiedy warunek Nyquista nie może być spełniony? nieznana charakterystyka częstotliwościowa sygnału (f hmax =?); musimy zatem założyć, iż f hmax dąży do nieskończoności (f hmax ) f smax < 2 f hmax np. z uwagi na ograniczenia przetwornika A/C Jak rozwiązać problem? wszystkie harmoniczne o częstotliwościach przekraczających f s /2 muszą być z sygnału usunięte (odfiltrowane) filtracja dolnoprzepustowa Jak działa filtr? A in amplituda wejściowej fali monoharmonicznej A out amplituda fali wyjściowej

5. 1. P r ó b k ow an ie 1 2 5 charakterystyka filtru dolnoprzepustowego f LP częstotliwość graniczna filtru (nastawa filtru) dla zaspokojenia warunku Nyquista nastawa filtru f LP powinna spełniać relację f LP f s /2= f N,th (5.2) f N,th teoretyczna wartość częstotliwości Nyquista w przypadku filtrów rzeczywistych (z uwagi na niedoskonałość ich charakterystyk) wartość nastawy musi być zmniejszona f LP 0.4 f s (0.25 f s )= f N,pr f N,pr praktyczna częstotliwość Nyquista (5.2a) praktyczna wartość częstotliwości Nyquista zależna jest od jakości filtru nachylenia zbocza charakterystyki (tzw. rolloff)

5. 2. Kw an t y zac j a 1 2 6 5.2. KWANTYZACJA konwersja dyskretnego (uprzednio spróbkowanego) analogowego sygnału w dyskretny szereg cyfrowych wartości (ze skończoną liczbą poziomów) A A l ; A u Y {0, 1, 2,...,2 N -1} linia przerywana idealny przetwornik A/C (nieskończona liczba poziomów kwantyzacji)

5. 2. Kw an t y zac j a 1 2 7 charakterystyka kwantyzatora liczba bitów N 8 10 12 16 Y = round A Au A l A l ( ) 2 N 1 ( 5. 3) liczba poziomów kwantyzacji 256 1024 4096 65536 błąd kwantyzacji Y = f(a) + Y (5.4) na wyjściu 1 Y [ ] (5.5) 2 na wejściu 1 A u A l A [V ] (5.6) 2 N 2 błąd względny (błąd całkowity odniesiony do zakresu przetwornika) 1 1 δ [ ] (5.7) 2 N 2 liczba bitów N 8 10 12 16 max. błąd względny kwantyzacji δ [%] 0.2 0.05 0.01 0.0005

1 2 8 5. 3. Kon dy c j on ow an ie s y g n ału 5.3. KONDYCJONOWANIE SYGNAŁU (PRE-PROCESSING) Celem kondycjonowania jest przygotowanie sygnału do przetwarzania A/C (zmiana jego parametrów, usunięcie części informacji itp.) identyfikacja głównych własności sygnału a oszacowanie wartości średniej, minimalnej i maksymalnej (zakresu w dziedzinie amplitudy) a oszacowanie zakresu częstotliwości harmonicznych tworzących sygnał a kontrola stacjonarności sygnału wybór miar sygnału mających podlegać analizie dobór parametrów przetwornika A/D a zakres wejściowy (napięciowy) przetwornika, tj. A l oraz A u a częstotliwość próbkowania f s (okres próbkowania t) t = 1/f s a czas rejestracji sygnału T (liczba próbek N) T = t N filtracja dolno-przepustowa a znajomość zakresu częstotliwości harmonicznych (f hmax ) a dobór częstotliwości Nyquista jeśli potrzebne

1 2 9 5. 3. Kon dy c j on ow an ie s y g n ału wzmocnienie 10V 255 130 124 0V 0 a wykorzystanie pełnego zakresu przetwornika w celu minimalizacji błędów kwantyzacji a uwaga: przekroczenia zakresu (overload) offset (przesunięcie) przesunięcie sygnału w dziedzinie amplitudy w celu jego dopasowania do zakresu przetwornika A/C

1 3 0 5. 3. Kon dy c j on ow an ie s y g n ału filtracja górno-przepustowa a usuwanie z sygnału wartości średniej (0-wej harmonicznej szeregu Fouriera) a odfiltrowywanie szumów niskoczęstotliwościowych a usuwanie trendu (szumu lub niestacjonarności) filtracja pasmowo-przepustowa a złożenie filtracji dolno- i górno-przepustowej

5. 4. P os t -p r oc es s in g 1 3 1 5.4. POST-PROCESSING Celem post-processingu jest przygotowanie cyfrowego sygnału (uzyskanego z wyjścia przetwornika A/C) do przechowywania oraz dalszej obróbki (ocena jakości danych, redukcja ilości danych itp.) wstępna kontrola poprawności przetwarzania A/C kontrola przekroczeń zakresu kontrola stacjonarności eliminacja danych przypadkowych określenie typowych parametrów sygnału, np.: wartości średniej x, odchyłki standardowej σ określenie przedziału ufności, np. x i = x ± 3σ co zrobić z danymi niewiarygodnymi: usunąć, skorygować czy powtórzyć rejestrację?

5. 4. P os t -p r oc es s in g 1 3 2 Resampling cel: redukcja ilości danych (oszczędność pamięci) usunięcie części danych w pliku wynikowym pozostaje jedynie co druga, co trzecia,..., co dziesiąta,... próbka częstotliwoś ć próbkowania maleje uwaga: może zostać złamany warunek Nyquista (wymagana cyfrowa filtracja dolno-przepustowa)

5. 4. P os t -p r oc es s in g 1 3 3 testy stacjonarności cel sprawdzenie czy długość sygnału (liczba próbek) zapewnia wystarczającą dokładność wyznaczanych miar statystycznych (tj. wartości średniej x, odchyłki standardowej σ,...) wymagane przyjęcie przedziałów ufności (np. x) dla każdej wielkości statystycznej podlegającej testowi liczba próbek winna zadowalać wszystkie testy, tj.: N N opt ( x ) N N opt (σ)... jeśli choć jeden z powyższych warunków nie jest spełniony rejestracja sygnału powinna być powtórzona!!!