Что такое дискретные сигналы. Какие устройства их обрабатывают. Почему происходит переход от аналоговых к дискретным сигналам. Как осуществляется дискретизация. Какие преимущества дает использование дискретных сигналов.
Что такое дискретные сигналы и чем они отличаются от аналоговых
Дискретные сигналы — это сигналы, которые могут принимать только определенные значения из некоторого конечного множества. В отличие от них, аналоговые сигналы могут принимать любые значения в заданном диапазоне.
Основные отличия дискретных сигналов от аналоговых:
- Принимают только фиксированные значения
- Представляют собой последовательность отдельных значений
- Менее подвержены влиянию помех при передаче
- Проще обрабатываются цифровыми устройствами
Дискретизация — это процесс преобразования аналогового сигнала в дискретный путем измерения значений сигнала через равные промежутки времени. При этом непрерывный сигнал заменяется последовательностью отдельных значений.
Устройства, обрабатывающие дискретные сигналы
К устройствам, работающим с дискретными сигналами, относятся:
- DVD-проигрыватель
- Проигрыватель CD-дисков
- Цифровые фотоаппараты и видеокамеры
- Компьютеры и цифровые устройства
- Цифровые измерительные приборы
Эти устройства обрабатывают информацию в цифровом виде, представленную последовательностью дискретных значений. Это позволяет им эффективно хранить, передавать и обрабатывать данные с высокой точностью.
Преимущества использования дискретных сигналов в современной технике
Переход от аналоговых к дискретным сигналам в современных устройствах обусловлен рядом важных преимуществ:
- Повышенная помехоустойчивость при передаче данных
- Возможность применения методов цифровой обработки сигналов
- Простота хранения информации в цифровом виде
- Отсутствие искажений при копировании и передаче
- Возможность сжатия данных без потери качества
Эти преимущества позволяют создавать более надежные и функциональные устройства, способные эффективно работать с большими объемами информации.
Процесс дискретизации сигналов
Дискретизация аналогового сигнала включает следующие этапы:
- Выбор частоты дискретизации
- Измерение мгновенных значений сигнала через равные промежутки времени
- Квантование измеренных значений
- Кодирование квантованных значений в цифровой код
При дискретизации важно правильно выбрать частоту измерений, чтобы точно передать характер исходного сигнала. Согласно теореме Котельникова, частота дискретизации должна быть как минимум в 2 раза выше максимальной частоты в спектре исходного сигнала.
Выбор частоты дискретизации
Как определить оптимальную частоту дискретизации сигнала? Для этого нужно знать верхнюю границу спектра сигнала и применить теорему Котельникова. Например, для оцифровки звука частотой до 20 кГц необходима частота дискретизации не менее 40 кГц.
Области применения дискретных сигналов
Дискретные сигналы широко используются в различных областях техники и технологий:
- Цифровая связь (мобильная связь, интернет)
- Цифровое телевидение и радиовещание
- Компьютерная техника и электроника
- Цифровая обработка изображений и звука
- Измерительная техника и автоматика
- Системы управления технологическими процессами
В этих областях использование дискретных сигналов позволяет повысить качество и надежность передачи и обработки информации, а также реализовать новые функции, недоступные для аналоговых систем.
Квантование сигналов при дискретизации
Квантование — это процесс преобразования непрерывного множества значений сигнала в конечное число дискретных уровней. При квантовании возникает ошибка, называемая шумом квантования.
Величина шума квантования зависит от количества уровней квантования. Чем больше уровней, тем меньше ошибка, но тем больше битов требуется для представления сигнала.
Расчет ошибки квантования
Как рассчитать максимальную ошибку квантования? Она равна половине шага квантования. Например, если сигнал от 0 до 5 В квантуется на 32 уровня, то шаг квантования составит 5/32 = 0,15625 В, а максимальная ошибка — 0,078125 В или 1,5625% от полного диапазона.
Кодирование дискретных сигналов
После квантования дискретные значения сигнала необходимо закодировать в двоичный код для обработки цифровыми устройствами. Основные способы кодирования:
- Прямой двоичный код
- Код Грея
- Дополнительный код
- Код с плавающей точкой
Выбор способа кодирования зависит от требований к точности представления, диапазону значений и простоте выполнения арифметических операций.
Расчет необходимого количества битов
Как определить, сколько битов нужно для кодирования сигнала? Количество битов n связано с числом уровней квантования N соотношением: N = 2^n. Например, для 256 уровней потребуется 8 бит, так как 2^8 = 256.
Обработка дискретных сигналов
Дискретные сигналы обрабатываются с помощью цифровых устройств и алгоритмов цифровой обработки сигналов. Основные методы обработки включают:
- Цифровая фильтрация
- Спектральный анализ (быстрое преобразование Фурье)
- Корреляционный анализ
- Сжатие данных
- Распознавание образов
Эти методы позволяют выполнять сложную обработку сигналов с высокой точностью и гибкостью, недоступной для аналоговых систем.
Цифровая фильтрация сигналов
Как работает цифровой фильтр? Он выполняет математические операции над последовательностью отсчетов входного сигнала для получения желаемой частотной характеристики. Например, цифровой ФНЧ может быть реализован как скользящее среднее нескольких последних отсчетов.
Преобразование дискретных сигналов в аналоговые
Для преобразования обработанных дискретных сигналов обратно в аналоговую форму используются цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП). Процесс включает следующие этапы:
- Декодирование цифрового кода в дискретные уровни напряжения
- Формирование ступенчатого сигнала
- Сглаживание ступенчатого сигнала с помощью фильтра нижних частот
Качество восстановленного аналогового сигнала зависит от разрядности ЦАП и параметров сглаживающего фильтра.
Выбор разрядности ЦАП
Как выбрать оптимальную разрядность ЦАП? Она должна соответствовать требуемому динамическому диапазону сигнала. Например, для воспроизведения звука CD-качества используется 16-разрядный ЦАП, обеспечивающий динамический диапазон 96 дБ.
Использование дискретных сигналов открывает широкие возможности для создания современных цифровых устройств и систем. Понимание принципов работы с дискретными сигналами необходимо для разработки эффективных решений в области цифровой обработки информации.
8 — Дискретизация
1. Как называется сигнал, который в любой момент |
| Ответ: |
2. Каким термином называют представление единого объекта в виде множества отдельных элементов? |
| Ответ: |
3. Какова основная причина перехода от аналоговых сигналов к дискретным в современной технике? | |
| надежность передачи данных | |
| экономия электроэнергии | |
| удобство для пользователя | |
| дешевизна электронных устройств | |
| упрощение разработки схем | |
4. Отметьте все свойства, характерные для дискретных сигналов. | |
| могут принимать любые значения в диапазоне | |
| могут принимать только значения из некоторого множества | |
| представляют собой последовательность значений | |
| содержат бесконечно много значений | |
| на результат измерения всегда влияют помехи | |
5. | |
| дискретизация необходима для хранения данных в памяти компьютера | |
| в памяти компьютера можно хранить аналоговые данные | |
| при дискретизации, как правило, происходит потеря информации | |
| дискретизация не приводит к потере информации | |
| органы чувств человека воспринимают дискретные сигналы | |
Отметьте все правильные утверждения.6. Отметьте все устройства, обрабатывающие дискретные сигналы. | |
| кассетный магнитофон | |
| DVD-проигрыватель | |
| проигрыватель CD-дисков | |
| наушники | |
| микрофон | |
7. Напряжение на контактах принимает значения от 0 до 5 вольт. Сколько битов нужно использовать для дискретизации такого сигнала, чтобы ошибка составляла не более 20%? При дискретизации измеренное напряжение округляется до ближайшего меньшего значения, которое точно представляется двоичным кодом. |
| Ответ: |
8. Напряжение на контактах принимает значения от 0 до 12 вольт. При дискретизации весь диапазон разбивается на 100 равных интервалов, и измеренное напряжение округляется до ближайшего меньшего значения, которое попадает на границу интервала. Сколько процентов от максимального значения составляет наибольшая ошибка, вызванная дискретизацией? |
| Ответ: |
9. Для хранения значений температуры воздуха за 160 дней можно использовать 150 байтов памяти. Какое максимальное число битов можно выделить для хранения одного значения? |
| Ответ: |
10. Напряжение на контактах принимает значения от 0 до 100 вольт. При дискретизации весь диапазон разбивается на 20 равных интервалов, и измеренное напряжение округляется до ближайшего меньшего значения, которое попадает на границу интервала. Измеренное значение напряжения равно 46 вольт»». |
| Ответ: |
Запишите значение напряжения, полученное после дискретизации. Дискретизация, кодирование. | Quizizz
Browse from millions of quizzes
QUIZ
Computers
71%
accuracy
8
plays
Юлия Данилина
3 years
Computers
Юлия Данилина
8
plays
10 questions
No student devices needed.
Know more
10 questions
Show Answers
See Preview
1. Fill-in-the-Blank
1 minute
1 pt
Как называется сигнал, который в любой момент
времени может принимать любые значения в заданном диапазоне? В ответе введите прилагательное.
2. Fill-in-the-Blank
1 minute
1 pt
Каким термином называют представление единого объекта в виде множества отдельных элементов?
3.
Multiple-choice30 seconds
1 pt
Какова основная причина перехода от аналоговых сигналов к дискретным в современной технике?
надежность передачи данных
экономия электроэнергии
удобство для пользователя
дешевизна электронных устройств
упрощение разработки схем
4. Multiple-choice
45 seconds
1 pt
Отметьте все устройства, обрабатывающие дискретные сигналы.
кассетный магнитофон
DVD-проигрыватель
проигрыватель CD-дисков
наушники
микрофон
5. Multiple-choice
30 seconds
1 pt
N=M1+M2+.
..+MLN=M_1+M_2+…+M_LN=M1+M2+…+ML
Это …Правило сложения
Правило умножения
6. Fill-in-the-Blank
1 minute
1 pt
Сколько существует в коде Морзе различных последовательностей из точек и тире, длина которых равна 9 символов?
7. Fill-in-the-Blank
1 minute
1 ptАлфавит языка «амба-карамба» состоит из 4 букв. Сколько различных четырехбуквенных слов можно образовать в этом языке?
8. Fill-in-the-Blank
1 minute
1 pt
Сколько существует различных последовательностей из символов «точка» и «тире» длиной от 2 до 4 символов (включительно)
9.
Fill-in-the-Blank1 minute
1 pt
Для кодирования значений температуры воздуха (целое число в интервале от –50 до 40) используется двоичный код. Какова минимальная длина двоичного кода?
10. Fill-in-the-Blank
1 minute
1 pt
В алфавите языка племени «тамба-амба» две буквы: Й и Ы.
Сколько различных 5-буквенных слов можно образовать в этом языке?
Expore all questions with a free account
Already have an account?
Multiple-choice
..+MLN=M_1+M_2+…+M_LN=M1+M2+…+ML 
Fill-in-the-BlankЦифровая обработка дискретных входных и выходных сигналов с помощью FieldConnex® Multi-Input/Output
2020-01-08
Простота с FieldConnex® Multi-Input/Output
Узнайте больше о функциях Multi-Input /Выход и как вы можете извлечь выгоду.
Простое и экономичное подключение дискретных входных и выходных сигналов с различными функциями к полевой шине с использованием одного адреса: с FieldConnex Multi-Input/Output
( MIO ) для PROFIBUS PA и FOUNDATION Fieldbus h2 , вы можете сделать это в кратчайшие сроки. Компактный компонент полевой шины обеспечивает искробезопасность и чрезвычайно простоту обращения с максимальной гибкостью при проектировании установки.Наши специалисты обычно отвечают на ваши технические вопросы, вопросы о продуктах или приложениях в течение одного рабочего дня.
Найдите подходящий продукт для вашего конкретного применения в области автоматизации технологических процессов на базе систем шин FOUNDATION fieldbus h2 и PROFIBUS PA.
Универсальные функции в одном устройстве
Для автоматизации технологических установок необходим сбор множества дискретных сигналов.
FieldConnex Multi-Input/Output функционирует как надежный канал связи между простыми искробезопасными сигналами и цифровой панелью управления. Он сочетает в себе четыре различные функции в одном устройстве . Например, он может контролировать состояние до двенадцати датчиков NAMUR или контролировать до четырех клапанов одновременно . Он также позволяет контролировать переполнение и уровень простоя контейнеров и трубопроводов с помощью концевых выключателей вибрации. Компонент полевой шины также может собирать сигналы от генераторов импульсов и частоты , , таких как , для мониторинга останова критически важных двигателей.
Predictive Plant Management
Благодаря комплексной диагностике для обнаружения обрыва проводов и коротких замыканий, а также для контроля обрыва клапана и времени работы, мультивход/выход обеспечивает надежный мониторинг критических клапанов .
Если превышено предварительно определенное предельное значение, MIO заблаговременно подает сигнал тревоги, позволяя командам по техническому обслуживанию обеспечить бесперебойную работу предприятия . Кроме того, автоматические тесты частичного хода поддерживают работу редко срабатывающих клапанов и снижают затраты за счет увеличенных интервалов технического обслуживания . Это позволяет проводить целенаправленное техническое обслуживание на основе потребностей, позволяет избежать остановов и значительно повышает эксплуатационную готовность предприятия . Следующая анимация дает вам обзор универсальных приложений и преимуществ Multi-Input/Output.
Простое управление
Все входы и выходы Multi-Input/Output являются искробезопасными и обеспечивают простое, удобное управление благодаря возможность настройки как коллективно, так и индивидуально.
Его прочный корпус позволяет пользователям устанавливать компонент полевой шины в непосредственной близости от датчика даже в опасные зоны . Этот снижает затраты на электромонтаж , а также затраты и время, необходимые для установки. Оптимизированная конструкция Multi-Input/Output также значительно упрощает кабельное соединение
Основные характеристики FieldConnex Multi-Input/Output
- Подключает до двенадцати дискретных сигналов через один адрес полевой шины и интегрирует их в технологию управления.
- Обеспечивает искробезопасную защиту от воспламенения для датчиков в Зоне 0/Div. 1
- Мониторинг обрывов проводов, коротких замыканий, обрыва клапана и времени работы облегчает целенаправленное техническое обслуживание на основе потребностей.
- Автоматическая проверка частичного хода увеличивает интервал технического обслуживания.
- Обратная совместимость позволяет легко модернизировать систему.
- Доступны варианты корпуса из алюминия, полиэстера, армированного стекловолокном, и корпуса из нержавеющей стали.
Дискретная обработка сигналов | Цифровые сигналы и системы | Электротехника | Инжиниринг | Магазин
Узнайте больше, потратьте меньше
Ответы на ваши вопросы
Pearson+ — это набор средств обучения, видеороликов и электронных учебников, которые помогут вам узнать, как лучше учиться. Вы можете подписаться на любой из этих цифровых продуктов по низкой ежемесячной цене.
Учебные инструменты, предлагаемые Pearson+, включают планы электронных учебников и подписки на видео Channels. Подписка на предложение Pearson+ может включать специальные партнерские предложения.
Электронный учебник Pearson — это простая в использовании цифровая версия книги. Вы можете добавлять заметки и выделения, а также учиться на ходу с помощью мобильного приложения Pearson+.
Слушайте на ходу с функцией аудиокниги, доступной для большинства названий.
Подписка на электронный учебник дает вам доступ на 4 месяца. Вы можете сделать единовременный платеж за начальный 4-месячный срок или платить ежемесячно. Если вы выберете ежемесячные платежи, мы будем взимать плату с вашего метода оплаты каждый месяц, пока не истечет ваш 4-месячный срок. Вы можете включить автоматическое продление в Моя учетная запись в любое время, чтобы продолжить подписку до истечения 4-месячного срока.
При покупке подписки Pearson+ она будет действовать 4 месяца. До истечения первоначального 4-месячного срока вы можете продлить подписку, включив автоматическое продление в
Если вы включите автоматическое продление, мы будем автоматически продлевать вашу подписку и взимать плату каждый месяц, пока вы не отключите автоматическое продление.
Если вы внесли единовременный платеж за первоначальный 4-месячный срок, теперь вы будете платить ежемесячно.
Чтобы избежать следующего платежа, обязательно отключите автоматическое продление за 1 день до даты автоматического продления. Вы можете снова подписаться после отключения автоматического продления, купив еще одну подписку Pearson+. Мы используем вашу кредитную карту для автоматического продления подписки. Чтобы убедиться, что ваше обучение не прерывается, проверьте данные своей карты перед первым ежемесячным платежом.
С планом подписки Multi eTextbook вы можете ежемесячно загружать до 10 наименований из своей библиотеки на каждый авторизованный смартфон или планшет.
При использовании плана подписки Multi eTextbook в браузере вы можете выбирать и читать любое количество заголовков.
Channels — это специализированная платформа, полная видеообъяснений, решений и практических задач, созданных для того, чтобы помочь вам подготовиться к экзаменам.
