Методы сбора и обработки цифровых сигналов

Искажения, вносимые применением окон, определяются размером окна и его формой. Выделяют два основных свойства частотных характеристик окон: ширина главного лепестка и максимальный уровень боковых лепестков. Применение окон, отличных от прямоугольного, обусловлено желанием уменьшить влияние боковых лепестков за счет увеличения ширины главного.

Рисунок 12 - Окно Блэкмана. Уровень боковых лепестков: -58 дБ(б=0,16)

6.2.5 Цифровые фильтры. Их виды. Применение

Цифровой фильтр -- в электронике любой фильтр, обрабатывающий цифровой сигнал с целью выделения и/или подавления определённых частот этого сигнала. Линейный стационарный цифровой фильтр характеризуется передаточной функцией. Передаточная функция может описать, как фильтр будет реагировать на входной сигнал. Таким образом, проектирование фильтра состоит из постановки задачи (например, фильтр восьмого порядка, фильтр нижних частот с конкретной частотой среза), а затем производится расчет передаточной функции, которая определяет характеристики фильтра.

Виды цифровых фильтров:

· Фильтр с конечной импульсной характеристикой (КИХ-фильтры);

· Фильтр с бесконечной импульсной характеристикой (БИХ-фильтры).

Фильтр с конечной импульсной характеристикой (нерекурсивный фильтр, КИХ-фильтр) -- один из видов электронных фильтров, характерной особенностью которого является ограниченность по времени его импульсной характеристики (с какого-то момента времени она становится точно равной нулю). Знаменатель передаточной функции такого фильтра -- некая константа.[9]

Фильтр с бесконечной импульсной характеристикой (рекурсивный фильтр, БИХ-фильтр) -- электронный фильтр, использующий один или более своих выходов в качестве входа, то есть образует обратную связь. Основным свойством таких фильтров является то, что их импульсная переходная характеристика имеет бесконечную длину во временной области, а передаточная функция имеет дробно-рациональный вид. Такие фильтры могут быть как аналоговыми, так и цифровыми.

Различают два вида реализации цифрового фильтра: аппаратный и программный. Аппаратные цифровые фильтры реализуются на элементах интегральных схем, тогда как программные реализуются с помощью программ, выполняемых программируемыми интегральными схемами, процессором или микроконтроллером. Преимуществом программных перед аппаратным является лёгкость воплощения, а также настройки и изменений, а также то, что в себестоимость такого фильтра входит только труд программиста. Недостаток -- низкая скорость, зависящая от быстродействия процессора, а также трудная реализуемость цифровых фильтров высокого порядка.

Цифровые фильтры на сегодняшний день применяются практически везде, где требуется обработка сигналов, в частности в спектральном анализе, обработке изображений, обработке видео, обработке речи и звука и многих других приложениях.[11]

7. Цифровые автоматизированные системы сбора и обработки информации

Автоматизация процессов сбора и обработки данных достигается путем внедрения алгоритмов сбора и обработки на кристаллы микропроцессоров и микроконтроллеров, такой как цифровой сигнальный процессор (DSP).[10]

Первые микропроцессоры появились в 1970-х годах и применялись в электронных калькуляторах, в них использовалась двоично-десятичная арифметика 4-битных слов. Микропроцессоры и по сей день активно используются в электронике.

Кроме того, существуют различные программно-аппаратные пакеты, осуществляющие контроль работы узлов сбора данных и производимые цифровую обработку сигналов. Пакеты работают на базе ЭВМ с подключенными к ней физическими устройствами.

Уже разработаны нейрочипы, способствующие обмену информацией на очень высоких скоростях между электронными устройствами. Они используются в робототехнике, военной промышленности и т.д., где нужна быстрая и четкая обработка информации. [12]

Современный многопроцессорный элемент, расположенный на одном большом кристалле, обладающий встроенной скоростной базом ввода-вывода, называется транспьютер.[12]

Заключение

С быстрыми темпами технического развития требования к получению и обработки информации становятся все серьезнее. Скорости и мощности передачи данных нужны все выше, а размеры - мобильней. Для облегчения человеческой жизни и экономии времени создаются новые системы автоматизированного получения и обработки сигнала с большим ресурсом выработки, меньшим энергопотреблением и большей разрешающей точности. Разрабатываются все новые алгоритмы обработки сигнала, для увеличения быстродействия устройств.

В данной работе рассмотрены самые основные понятия, которые необходимы для создания новых цифровых автоматизированных процессов.

В первой главе дано представление о сигнале, как о физическом процессе, который может представляться в двух формах: аналоговой и цифровой. Подробно сказано с помощью чего сигнал представляется в цифровом преображении.

Во второй - сказано с помощью какой системы сигналы собираются и передаются на компьютер для дальнейшей обработки. Представлены виды передаточных элементов.

Какие функции выполняет аналого-цифровой преобразователь, его виды и типы - об этом можно прочесть в третьей главе.

В четвертой же рассмотрен, обратный по принципу работы модуль, цифро-аналоговый преобразователь. Какие у него характеристики и типы можно найти тоже в ней.

В пятой по счету главе говорится о системах передачи данных, из чего они состоят. Представлены примеры двух основных соединительных интерфейсов: для последовательной и параллельной передачи данных. Сказано, каким образом сигнал точно воспринимается считывающим устройством, без путаниц в поступающем длинном цифровом коде.

Некоторые основные виды обработки цифрового сигнала: преобразования Фурье, передискретизация, спектральный анализ, свертка, применение Окон Фурье. Подробно рассказано, какими методами получается цифровой сигнал (квантование и дискретизация). Затронуты цифровые фильтры, которые, в свою очередь, выдают после себя сигнал с определенной, нужной нам частотой - обо всем этом можно найти в шестой главе.

В завершающей, седьмой, главе немного упомянуто про существующие, доведенные до автоматизма, системах сбора и обработки данных. Именно эти системы помогают людям сохранить свое время, выполняя сложные процессы за нас.

Полученные сведения в результате курсовой работы могут быть полезны для студентов физических специальностей при изучении курса «Основы автоматизации эксперимента».

Список используемых источников

1. Айфичер, Э. Цифровая обработка сигналов: практический подход / Э.Айфичер, Б.Джервис. М.: Изд. дом "Вильямс", 2004. 992 с.

2. Оппенгейм, А.В. Цифровая обработка сигналов / А.В. Оппенгейм, Р.В. Шафер. М.: Техносфера, 2006. 356 с.

3. Рабинер, Л.Р. Теория и применение цифровой обработки сигналов / Л.Р. Рабинер, Б. Гоулд. М.: Мир, 1978. 848 с.

4. Марпл-мл., С.Л. Цифровой спектральный анализ и его приложения / С.Л. Марпл-мл. М.: Мир, 1990. 584 с.

5. Сергиенко, А.Б. Цифровая обработка сигналов. Учебник для вузов / А.Б. Сергиенко. СПб.: Питер, 2006. 751 с.

6. Солонина, А.И. Основы цифровой обработки сигналов: Курс лекций / А.И. Солонина, Д.А. Улахович, С.М. Арбузов, Е.Б. Соловьева, И.И. Гук. СПб.: БХВ - Петербург, 2003. 608 с.

7. Лэй, Э. Цифровая обработка сигналов для инженеров и технических специалистов: практическое руководство / Э. Лэй. М.: Группа ИДТ, 2007. 336 с.

8. Стивен, С. Цифровая обработка сигналов. Практическое руководство для инженеров и научных работников / С. Стивен. М.: Додэка - XXI, 2008. 720 с.

9. Лайонс, Р. Цифровая обработка сигналов. / Р. Лайонс. М.: ООО "Бином-Пресс", 2006. 656 с.

10. Куприянов, М.С. Цифровая обработка сигналов / М.С. Куприянов, Б.Д. Матюшкин. СПб.: Политехника, 2002. 592 с.

11. Каппелини, В. Цифровые фильтры и их применение / В. Каппелини, А. Константинидис и др. М.: Энергоатомиздат, 1983. 360 с.

12. Корнеев, В.В. Современные микропроцессоры. / В.В. Корнеев, А.В. Киселев. СПб.: БХВ-Петербург, 2003. 448 с.

13. Солонина, А.И. Алгоритмы и процессоры цифровой обработки сигналов / А.И. Солонина, Д.А. Улахович, Л.А. Яковлев. СПб.: БХВ - Петербург, 2001. 464 с.

14. Федорков, Б.Г. Микросхемы ЦАП и АЦП: Функционирование, параметры, применение / Б.Г. Федорков, В.А. Телец. М.: Энергоатомиздат, 1990. 126 с.

Размещено на Allbest.ru