Ответы на экзамен. Ответы на экзаменэ. Экзаменационные вопросы по дисциплине Цифровая обработка сигналов
 Скачать 2.67 Mb.
|
|
БПФ — это алгоритм, который используется для нахождения ДПФ. В ДПФ делается много лишних операций поэтому вычисления ДПФ можно свести к более короткому числу операций. Комплексное число, полученное в результате ДПФ, хранится в двумерном массиве или в двух массивах. Из-за того, что гармонические функции периодично, то ряд вычислений можно не делать. Так же БПФ может быть более точным из-за уменьшена ошибок, которые накапливаются в результате округления, но это характерно для всех случаев. Большинство алгоритмов БПФ способны работать лишь когда длина анализируемого сигнала является степенью двойки N. Это не является большой проблемой так как анализируемый сигнал можно дополнить нулями до необходимого размера. N – называется длиной БПФ. При ДПФ из массива обычных чисел (массив отчётов сигнала) получается массив комплексных чисел. Из 8 отчётов сигнала получается 8 комплексных чисел. Быстродействие БПФ достигается, когда количество отчётов является степенью 2. 21. При каких условиях в результате вычисления быстрого преобразования Фурье может возникнуть расширение (растекание) амплитудного спектра сигнала?  Явление расширения (растекание) спектра наблюдается тогда, когда на экране спектрографа получается спектр, который мы не ожидаем увидеть. Причина заключается в том, что соотношение между частотой дискретизации и частотой гармонического сигнала может быть таким что в выборке содержится не в точности целое число переудив. Растекание явление не критическое так как можно оценить на каких частотах располагаются максимумы. 22. Какие математические операции требуются для выполнения быстрого преобразования Фурье? Какие особенности имеет реализация алгоритмов быстрого преобразования Фурье на базе цифровых сигнальных процессоров? БПФ — это алгоритм, который используется для нахождения ДПФ. В ДПФ делается много лишних операций поэтому вычисления ДПФ можно свести к более короткому числу операций. Комплексное число, полученное в результате ДПФ, хранится в двумерном массиве или в двух массивах. Из-за того, что гармонические функции периодично, то ряд вычислений можно не делать. Так же БПФ может быть более точным из-за уменьшена ошибок, которые накапливаются в результате округления, но это характерно для всех случаев. Вычисление ДПФ требует выполнения большого количества операций с комплексными числами. При реализации на языке С действительная и мнимая части комплексных чисел хранятся в двух отдельных массивах. 23. Как выполняются вычисления с комплексными числами в языках программирования C/C++? Комплексное число можно хранить в двух массивах или в одном двумерном массиве. 24. С какой целью изменяют частоту дискретизации? Изложите принцип работы простейшей системы интерполяции с целочисленным коэффициентом? Чтобы изменить частоту дискретизации сигнала необходимо выполнить интерполирующие процедуры. Изменение частоты дискретизации не требует повторной оцифровки. Частоту дискретизации можно как увеличить, так и уменьшить так же её можно увеличивать и уменьшать в целое или дробное число раз. Процедура повышения частоты дискретизации в целое число раз называется интерполяцией. Процедура понижения частоты дискретизации в целое число раз называется децимацией (прореживанием). Передискретизацию – изменение частоты дискретизации в произвольное (дробное) число раз. Передискретизацию включает в себя интерполяцию и децимацию. Например, изменение частоты дискретизации в  раз. Сначала частота дискретизации будет увеличена в 3 раза потом уменьшена в 2 и в итоге получится сигнал с частотой дискретизации, изменённой в дробное число раз.К примеру, чтобы понизить частоту дискретизации в два раза можно выкинуть из сигнала каждый второй отчёт. При прореживании сигнала можно дойти до того, что теорема Котельникова перестанет выполняться. 25. Изложите принцип работы простейшей системы децимации с целочисленным коэффициентом. Процедура понижения частоты дискретизации в целое число раз называется децимацией (прореживанием). К примеру, чтобы понизить частоту дискретизации в два раза можно выкинуть из сигнала каждый второй отчёт. При прореживании сигнала можно дойти до того, что теорема Котельникова перестанет выполняться. 26. Изложите принципы изменения частоты дискретизации с дробным коэффициентом. Передискретизацию – изменение частоты дискретизации в произвольное (дробное) число раз. Передискретизацию включает в себя интерполяцию и децимацию. Например, изменение частоты дискретизации в раз. Сначала частота дискретизации будет увеличена в 3 раза потом уменьшена в 2 и в итоге получится сигнал с частотой дискретизации, изменённой в дробное число раз.27. Как изменяться характеристики цифрового фильтра при изменении частоты дискретизации? При увеличении частоты дискретизации все характеристики фильтра растянуться от масштабируются. 28. Какие аппаратные модули составляют ядро цифрового сигнального процессора? Укажите основное назначение каждого из этих модулей. Ядро арифметика логическое устройство, которое выполняет вычисление. Сигнальный процессор выполняет максимально быстро определённые алгоритмы. Типовые операции умножения, суммирование с накоплением, умножение с накоплением. Такие операции делаются так чтобы выполнятся с наибольшей скоростью. Такие операции передаются на другие устройства. Аппаратный умножитель является особенностью цифрового сигнального процессора. Ядро перенаправляет операции в аппаратный умножитель. Такие процессоры оснащены конвейером. Некоторые операции можно выполнять параллельно. Во время выполнения одной операции выполняется подготовка к другой. Сигнальные процессоры имеют прямой доступ к памяти. Сигнальные процессоры могут быть многоядерными. Главное ядро и специализированные ядра для цос. Добрый день. Современные сигнальные процессоры чаще всего имеют гарвардскую архитектуру. В состав ядра входит конвейер, который позволяет распараллелить операции. Операции умножения и деления, как правило, выполняются с повышенным быстродействием. Умножители могут быть реализованы отдельно от основного арифметико-логического устройства. Также процессор содержит интегрированный контроллер прерываний и встроенные средства отладки. Ядро обеспечивает большую скорость обращения к памяти. Обычно имеется модуль прямого обращения к памяти. 29. Изложите принцип работы аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Из каких условий выбирается необходимая разрядность аналого-цифрового преобразователя? Какие типы АЦП Вам известны? Наиболее скоростным видом АЦП являются параллельные аналого-цифровые преобразователи. В этих видах АЦП требуется передавать большие потоки данных, поэтому они передаются в параллельном виде. Это приводит к тому, что параллельные АЦП обладают большим количеством внешних выводов. В результате габариты микросхем параллельных АЦП достаточно велики. Еще одной особенностью параллельных АЦП является значительный ток потребления. Перечисленные недостатки данного вида АЦП являются платой за высокую скорость преобразования аналогового сигнала в цифровую форму его представления. Скорость преобразования в параллельных АЦП достигает 500 миллионов отсчетов в секунду. АЦП параллельного преобразования обладают наибольшим быстродействием и самой низкой разрядностью около 8 бит. АЦП последовательного приближения среди разрядности и скорости занимают среднее положение. Типичными значениями является разрядность 12-18 бит. дельта-сигма АЦП. Имеют разрядность до 24 бит, обладают наибольшей точностью. Для достижения еще более высоких скоростей преобразования используют параллельное соединение несколько параллельных АЦП двух и более ступенчатые, работающих по очереди. При этом для того, чтобы обеспечить передачу данных к обрабатывающей микросхеме приходится использовать несколько параллельных шин (по одной на каждый АЦП). Немного более экономичным видом АЦП являются последовательно-параллельные АЦП. В этих видах АЦП в процессе аналого-цифрового преобразования участвуют цифро-аналоговые преобразователи. Высокая скорость подачи на выход отсчетов аналогового сигнала реализуется за счет конвейерной обработки. Самым распространенным видом АЦП в настоящее время являются АЦП последовательного приближения. Несмотря на то, что в данных видах аналого-цифровых преобразователей невозможна конвейерная обработка данных, а значит время преобразования и период выдачи данных на выходе АЦП совпадают, данный вид АЦП обладает достаточным быстродействием для работы в широком диапазоне задач. Сигма-дельта аналого-цифровые преобразователи (АЦП). Ключевые элементы схемы – сумматор (∑) и интегратор (∫). Кроме того, в схему входит блок АЦП, который преобразует аналоговое напряжение на выходе интегратора в биты. Эти биты идут как на выход, так и в цепь обратной связи. А в цепи обратной связи находится ЦАП, который на входе имеет эти же биты, а также определенное опорное напряжение. Итогом работы блока ЦАП будет аналоговое напряжение, которое поступает на сумматор.  Существуют также и другие типы АЦП, в том числе конвейерные и комбинированные типы, состоящие из нескольких АЦП с (в общем случае) различной архитектурой. 30. Изложите принцип работы цифроаналогового преобразователя (ЦАП). Из каких условий выбирается необходимая разрядность ЦАП? Какие типы ЦАП Вам известны? Цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП) служат для преобразования информации из цифровой формы в аналоговый сигнал – суммирование токов и напряжений. ЦАП широко применяется в различных устройствах автоматики для связи цифровых ЭВМ с аналоговыми элементами и системами. Принцип работы ЦАП состоит в суммировании аналоговых сигналов, пропорциональных весам разрядов входного цифрового кода, с коэффициентами, равными нулю или единице в зависимости от значения соответствующего разряда кода. В последовательных ЦАП входной код преобразуется в аналоговый сигнал поразрядно. При этом для преобразования всех разрядов используется одна и та же схема, что значительно упрощает устройство, однако скорость преобразования в таких обратно пропорциональна разрядности. Не стоит путать способ преобразования и входной интерфейс устройства: на вход последовательного ЦАП входной код может подаваться как последовательно, так и параллельно. Разрядность ЦАП должна быть не меньше, чем разрядность АЦП. Последовательные ЦАП. ЦАП с широтно-импульсной модуляцией. Очень часто ЦАП входит в состав микропроцессорных систем. В этом случае, если не требуется высокое быстродействие, цифро-аналоговое преобразование может быть очень просто осуществлено с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Последовательный ЦАП на переключаемых конденсаторах. Рассмотренная выше схема ЦАП с ШИМ вначале преобразует цифровой код во временной интервал, который формируется с помощью двоичного счетчика квант за квантом, поэтому для получения Nразрядного преобразования необходимы 2N временных квантов (тактов). Параллельные ЦАП Большинство схем параллельных ЦАП основано на суммировании токов, сила каждого из которых пропорциональна весу цифрового двоичного разряда, причем должны суммироваться только токи разрядов, значения которых равны 1. У четвертого, старшего значащего разряда (СЗР) вес будет равен  , у третьего разряда –  , у второго –  и у младшего (МЗР) –  . Если вес МЗР IМЗР=1 мА, то IСЗР=8 мА, а максимальный выходной ток преобразователя Iвых.макс=15 мА соответствует коду . Понятно, что коду  , например, будет соответствовать Iвых=9 мА.ЦАП на источниках тока обладают более высокой точностью. В отличие от предыдущего варианта, в котором весовые токи формируются резисторами сравнительно небольшого сопротивления и, как следствие, зависят от сопротивления ключей и нагрузки, в данном случае весовые токи обеспечиваются транзисторными источниками тока, имеющими высокое динамическое сопротивление. Параллельный ЦАП на переключаемых конденсаторах. Основой ЦАП этого типа является матрица конденсаторов, емкости которых соотносятся как целые степени двух. |