Моделирование и исследование аналого-цифровых схем (Лабораторная работа № 14)

Лабораторная работа № 14

Моделирование и исследование аналого-цифровых схем

Цель работы: получение навыков моделирования и анализа аналого-цифровых схем, определения характеристик аналого-цифровых преобразователей (АЦП) и схем, включающих АЦП.

1 Краткие теоретические сведения и рекомендации к выполнению работы

          Так как в лабораторной работе необходимо изучить процессы, происходящие в АЦП, то в первую очередь рекомендуется изучить блоки пакета Simulink, входящие в структурную схему АЦП.

Затем необходимо создать схему моделирования АЦП,  соответствующую физической модели преобразования аналогового сигнала в цифровой и исследовать влияние параметров АЦП (интервал квантования и шаг дискретности) на информационные параметры цифрового сигнала. После того, как будет досконально изучена модель АЦП и её статистические характеристики, в качестве самостоятельной работы на вход схемы рекомендуется подключить схему фильтра и оценить его влияние на выходные характеристики всей схемы.

Пример функциональной схемы, моделирующей работу АЦП, представлен на рис. 1.

Рис. 1. Функциональная схема исследования АЦП

          Сигналы генераторов SignalGenerator 1 (генератор синусоидальных, пилообразных и случайных сигналов) и Band-LimitedWhiteNoise 2 (генератор шума в заданной полосе частот) через сумматор 3 поступают на вход АЦП, моделируемого с помощью последовательно соединенных блоков Zero-OrderHold 4 (блок квантования по времени) и Quantizer 5 (блок квантования по уровню). Осциллограф 6 (Scope 1) позволяет наблюдать сигналы, поступающие на вход АЦП, а второй осциллограф 7 (Scope) - ошибки квантования, которые формируются на выходе сумматора 8.

          Вычисление и отображение дисперсии ошибки осуществляется соответственно блоками Variance 9 и Display 10. В блоке вычисления гистограмм 11 (Histogram) вычисляется гистограмма, а в блоке 12 (Display) она отображается. В блоке 13, в зависимости от его настроек, гистограммы представляются во временной или частотных областях. Блоки 9 и 11 имеют управляющий вход Rst. При подаче на этот вход единичного сигнала блоки вычисления дисперсии 9 и построение гистограмм 11 обнуляются. Управление этими блоками осуществляется через переключатель ManualSwitch 14.

Кроме моделирования работы АЦП во временной области, вычислительная модель, представленная в виде структурной схемы на рис.1, позволяет вычислить и графически отобразить оценки спектральной плотности мощности (СПМ) следующих сигналов:

- квантового по времени - выход блока 4 (SpectrumScope3,блок 15);

- квантованного по времени и уровню сигнала - выход блока 5 (Spectrumscope 2, блок16) ;

- сигнала ошибки квантования - выход блока 8 (SpectrumScope, блок 17).

          Очевидно, что если из схемы удалить блок Zero-OrderHold 4, то она позволит вычислить и отобразить перечисленные выше характеристики