Wykład - przetwarzanie analogowo-cyfrowe

przetwarzanie analogowo-cyfrowe przetwarzanie analogowo-cyfrowe, przetwarzanie A/C, przetwarzanie sygnału analogowego w sygnał cyfrowy (sygnał); składa się z 3 podstawowych operacji: próbkowania, kwantowania i kodowania. Próbkowanie polega na pobieraniu co pewien czas (zwykle jednakowy) próbek sygnału analogowego i zapamiętaniu ich wartości (np. wartości napięcia w danej chwili); częst. próbkowania sygnału jest określona warunkiem Nyquista, który mówi, że powinna być ona co najmniej 2-krotnie większa od maks. częst. widma sygnału; jest to warunek wiernego odtworzenia sygnału analogowego z jego próbek (np. wierne odtworzenie sygnału akustycznego o granicy słyszalności 20 kHz wymaga jego próbkowania z częst. nie mniejszą niż 40 kHz, tj. co 25 μs lub częściej). Próbkowanie z częst. mniejszą od częst. Nyquista jest zw. podpróbkowaniem, a próbkowanie z częst. większą (często wielokrotnie) — nadpróbkowaniem. W wyniku próbkowania sygnału analogowego otrzymuje się sygnał dyskretny w czasie, w postaci ciągu próbek o wartościach odpowiadających wartościom sygnału w chwilach pobierania próbek. Kwantowanie polega na podzieleniu ciągłego zbioru wartości sygnału na skończoną liczbę sąsiadujących ze sobą przedziałów i ustaleniu poziomów kwantowania (tj. określonych wartości z każdego przedziału, reprezentujących wszystkie wartości w tym przedziale), a następnie przypisaniu każdej próbce odpowiedniego (najbliższego) poziomu kwantowania; różnica między rzeczywistymi wartościami próbek sygnału a przypisanymi im poziomami kwantowania określa błąd kwantowania (jest on tym mniejszy, im większa jest liczba przedziałów kwantowania). Operacja kwantowania prowadzi więc zawsze do straty pewnej liczby informacji zawartej w sygnale analogowym, przy czym strata ta jest tym mniejsza, im bliżej siebie leżą poziomy kwantowania. Jeżeli w kolejnej operacji (tj. kodowaniu) stosuje się kodowanie binarne (w technice stosowane prawie wyłącznie), to liczbę przedziałów kwantowania wybiera się z reguły jako równą 2n, gdzie n jest liczbą naturalną. Kodowanie polega na przyporządkowaniu poziomom kwantowania (a więc i skwantowanym próbkom) zakodowanych liczb (słów kodowych); w przypadku kodowania binarnego każdemu z 2n poziomów kwantowania odpowiada słowo kodowe o długości n znaków (cyfr) binarnych, czyli n-elementowy ciąg zer i jedynek (dwójkowy system liczbowy). Na przykład, jeśli zakres zmian analogowego sygnału, będącego przebiegiem napięcia elektr. o wartościach zawartych w przedziale 0-15 mV, podzieli się na 16 = 24 poziomów kwantowania, wówczas próbce o wartości 8,2 mV przyporządkowuje się poziom kwantowania 8 mV i słowo kodowe 1000, a próbce o wartości 12,7 mV — poziom kwantowania 13 mV i słowo kodowe 1101; sygnał cyfrowy otrzymany w wyniku p.a.-c. może być fizycznie reprezentowany np. przez ciąg impulsów odpowiadających cyfrze 1 i przerw między impulsami odpowiadających cyfrze 0 lub też kombinacją 2 różnych poziomów napięcia reprezentujących te cyfry. P.a.-c. przeprowadza się w układzie zw. przetwornikiem analogowo-cyfrowym. Jest ono szeroko stosowane w wielu dziedzinach, ponieważ sygnały cyfrowe w porównaniu z analogowymi są odporniejsze na zakłócenia i zwykle łatwiejsze do przesyłania i przetwarzania, a urządzenia pracujące w systemach cyfrowych — łatwiejsze do automatycznego sterowania i współpracy z komputerami. Jest wykorzystywane m.in. w telekomunikacji (np. w systemach telewizji cyfrowej, telefonii cyfrowej), elektroakustyce (w magnetofonach i gramofonach cyfrowych, systemach CD i DVD), metrologii, systemach sterowania procesami przem., diagnostyce med. (badanie sygnałów fizjol. człowieka) ... zobacz całą notatkę