Чему вы должны научиться, изучив главу V

• Освоить один из программных пакетов создания презентаций.

• Создавать сценарии несложных презентаций.

• Создавать презентации на основе заданных шаблонов.

 

 

 

Дискретизация аналогового сигнала

 

Основные темы параграфа:

■ аналого-цифровое преобразование сигнала;

■ частота дискретизации;

■ разрядность дискретизации.

Аналого-цифровое преобразование сигнала

 

С преобразованием аналогового сигнала в дискретную форму вы встретитесь в нескольких темах курса информатики: это работа со звуком на компьютере, передача информации по телефонным линиям в компьютерных сетях, управление с помощью компьютера техническими устройствами. Аналого-цифровое преобразование — очень важный процесс в компьютерных технологиях. Попробуем разобраться, как же происходит АЦП-преобразование.

На рисунке 5.7 в графическом виде представлен переменный аналоговый сигнал (А) и его дискретное представление — множество отдельных точек (Б).

 

 

 

Например, пусть F — сила тока. Дискретизация есть переход от формы А к форме Б.

Физически это происходит следующим образом: в равноотстоящие моменты времени, например через каждые 0,01 секунды, измеряется величина F. Если моменты времени измерения обозначить t₀, t₁, (₂ит. д., аизмеренные значения величины F обозначить F₀, F₁, F₂ и т. д., то дискретное представление зависимости F от t можно свести в таблицу.

 

Номер измерения						...
Момент времени	t0	t1	t2	t3	t4	...
Измеренная величина	F0	F1	F2	F3	F4	...

 

 

Эту информацию и нужно отразить в памяти компьютера. Правда, не совсем в таком виде, как в таблице. Номера измерений хранить ни к чему. Все моменты времени измерений также не нужно хранить в памяти. Достаточно знать начальный момент t₀ и величину интервала времени между двумя измерениями, поскольку эта величина постоянная. Ее называют шагом дискретизации по времени. Обычно принимается t₀ = 0, т. е. время начинает отсчитываться от начала измерений. Зная f₀ и шаг, можно определить все остальные моменты времени измерений. Например, если шаг равен 0,01 секунды, то t₁ = 0,01 с, t₂ = 0,02 с, t₃ = 0,03 с и т. д. Значения физической величины F хранятся в памяти в виде числовой последовательности (таблицы).

 

 

Частота дискретизации

 

Среди технических характеристик АЦП-устройств вместо шага дискретизации обычно указывается частота дискретизации.

 

 

 

Частота измеряется в герцах (Гц). Одно измерение за одну секунду соответствует частоте 1 Гц. 1000 измерений за 1 секунду — 1 килогерц (кГц). В приведенном выше примере при шаге дискретизации 0,01 с частота будет равна 100 Гц, или 0,1 кГц.

 

Разрядность дискретизации

 

Наряду с частотой дискретизации еще одной характеристикой устройств АЦП является разрядность дискретизации. Значения измеряемой величины F заносятся в регистр АЦП — специальную ячейку памяти прибора. Результат измерения представляется в регистре в виде целого двоичного числа. От разрядности регистра, т. е. количества битов, зависит количество значений, которые в нем могут быть представлены. Если бы регистр был одноразрядный, то в нем представлялись бы всего два значения: 0 и 1. В двухразрядный регистр могут быть занесены четыре различных значения: 00, 01, 10, 11. В трехразрядный регистр — 8 значений: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111 ит. д.

 

 

На рисунке 5.8 показано, как это происходит при работе АЦП с трехразрядным регистром.

В графическом виде дискретизацию можно представить как переход от гладкой кривой к ломаной, состоящей из горизонтальных и вертикальных отрезков. На каждом временном шаге считается, что значение измеряемой величины остается постоянным. Таким образом, дискретную форму зависимости физической величины от времени можно графически изобразить либо в виде точечной диаграммы (см. рис. 5.7, Б), либо в виде ломаной линии (см. рис. 5.8).

В память компьютера результаты такого измерения будут записаны в виде последовательности трехразрядных двоичных чисел.

 

№ измерения										...
Результат										...

 

 

 

Это и есть результат аналого-цифрового преобразования измеряемого процесса! Если это процесс передачи звука, значит, мы получили цифровое представление звука в памяти компьютера.

На самом деле трехразрядная дискретизация не используется на практике. Здесь мы привели такой вариант лишь в качестве учебного примера.

 

Коротко о главном

 

Аналоговый сигнал — это непрерывно меняющееся со временем значение физической величины.

Дискретное цифровое представление сигнала — это таблица с результатами измерений физической величины в фиксированные моменты времени.

Частота дискретизации — это количество измерений, производимых прибором за 1 секунду. Измеряется в герцах (Гц).

Разрядность дискретизации определяется размером регистра памяти устройства АЦП.

Дискретное цифровое представление аналогового сигнала тем точнее его отражает, чем выше частота и больше разрядность дискретизации.

 

Вопросы и задания

 

1. Как технически происходит переход от аналогового сигнала к его дискретному представлению?

2. Что такое шаг дискретизации и частота дискретизации? Попробуйте выразить связь между ними в виде формулы.

3. Какой частоте дискретизации соответствует шаг 0,005 с?

4. Какому шагу дискретизации соответствует частота 1 КГц?

5. Что такое разрядность дискретизации?

6. Какова разрядность дискретизации АЦП, если в регистр можно записывать 1024 различных значения?