Технічне забезпечення: пеом, matlab

Короткі теоретичні відомості

 

Побудова моделі зводиться до переміщення з допомогою миші необхідних блоків з бібліотек Simulink у вікно моделі, що створюється і з'єднання цих блоків між собою. Для того, щоб продемонструвати, наскільки просто і зручно будувати моделі пристроїв і створювати “вимірювальні стенди" в Simulink, змоделювати найпростіший АЦП, функціональна схема якого показана на рис. 16.1. Наша мета вивчити ефекти аналогово-цифрового перетворення. Початковий сигнал з генераторів, розташованих в лівій частині малюнка, поступає на вхід АЦП, що моделюється за допомогою послідовно сполучених блоків Zero-Order Hold і Quantizer (на малюнку модель взята в контур). Осцилографи дозволяють спостерігати за початковим сигналом і результатом його перетворення (Scope1), а також за поведінкою помилки квантування (Scope).

Рисунок 16.1 – Моделювання аналогово-цифрового перетворення сигналів

Блок обчислення гістограм (Histogram) призначений для обчислення, а блок графічного відображення (User-defined Frame Scope) для побудови гістограми (в нашому випадку, помилки квантування). У моделі, що розглядається блок Histogram формує векторний вихідний сигнал, що містить число значень вхідного сигналу, що попадають в задані інтервали (іноді їх називають біни), а блок User-defined Frame Scope будує графік, на якому по осі ординат відкладені значення цього сигналу, а по осі абцис номера інтервалів, званих інтервалами угрупування.

Обчислення і відображення дисперсії помилки виконується відповідно блоками Variance і Display. Як видно з малюнка, в залежності від положення перемикача Manual Switch, на входи Rst блоків Variance і Histogram поступають постійні сигнали, рівні або нулю, або одиниці. При надходженні на ці входи ненульового (в даному випадку, рівного одиниці) сигналу, накопичена в блоках інформація стирається, і відбувається обнулення виходів. Крім моделювання у тимчасовій області, можна обчислювати і графічно відображати оцінки спектральної щільності потужності (СПМ) початкового і перетвореного сигналів і помилки квантування. Це виконується за допомогою блоків Buffered FFT Frame Scope і Buffered FFT Frame Scope1, які обчислюють квадрат амплітуди перетворення Фурье вхідних даних, накопичених в буфері кожного з блоків, а потім виводять результати у вигляді графіків. Кожний раз після заповнення буфера, обчислення і графічного відображення результату відбувається очищення буфера, і процес повторюється. Блоки Gain Gain2 грають роль масштабуючих множників (підсилювачів, атенюаторів). Таким чином, при моделюванні можна спостерігати СПМ, що змінюється, відповідну різним вибіркам сигналів, зважених прямокутним тимчасовим вікном. Розмір вікна співпадає з розміром буфера.

Хід роботи

Завданням роботи є: скласти модель, проаналізувати режими роботи і дослідити основні характеристики та параметри аналогово-цифрового перетворювача. Фрагмент вихідного сигналу показано на рисунку 16.2.

 

Рисунок 16.2 – Фрагменти вхідного і вихідного сигналів АЦП

 

Контрольні питання

1 Що таке середньоквадратичне відхилення і дисперсія.

2 Що таке квантування і дискретизація.

3 Шум квантування.

4 Параметри, які використовуються при моделюванні АЦП.

5 Типи АЦП.

6 Переваги і недоліки конкретних типів АЦП.