Какое устройство при подключении к компьютерным сетям преобразует дискретный сигнал в аналоговый

Обновлено: 05.07.2024

Модем - это преобразователь сигналов, который является промежуточным звеном между компьютером и соединительной линией. Название модема происходит от двух слов: "Модулятор" и "Демодулятор". Как модулятор модем преобразует цифровые сигналы импульсов постоянного тока, используемые в компьютерных системах, в аналоговые сигналы, содержащие ту же информацию. Этот процесс и называется модуляцией.

Модулятор осуществляет модуляцию несущего сигнала, то есть изменяет его характеристики в соответствии с изменениями входного информационного сигнала, демодулятор осуществляет обратный процесс.

Модуляция формирование аналоговых сигналов, в которых закодирована цифровая информация .

Демодуляция представляет собой обратный процесс. Если посмотреть на образуемый сигнал с другой стороны - модем , как модулятор, получает аналоговые сигналы и преобразует их в начальную цифровую форму, содержащую переданную информацию.

Классификация модемов.

• по типу
  • Аналоговые - наиболее распространенный тип модемов для обычных коммутируемых телефонных линий
  • ISDN - модемы для цифровых коммутируемых телефонных линий
  • DSL - используются для организации выделенных (некоммутируемых) линий используя обычную телефонную сеть. Отличаются от коммутируемых модемов кодированием сигналов. Обычно позволяют одновременно с обменом данными осуществлять использование телефонной линии в обычном порядке.
  • Кабельные - используются для обмена данными по специализированным кабелям - к примеру, через кабель коллективного телевидения по протоколу DOCSIS .
  • Радио
  • Спутниковые
  • PLC - используют технологию передачи данных по проводам бытовой электрической сети.
  • модемы для коммутируемых каналов - наиболее распространенные использующиеся на коммутируемых телефонных линиях.
  • модемы для арендованных каналов - используются на выделенных линиях.
  • комбинированные - сочетающие в себе свойства двух предыдущих.
  • низкоскоростные модемы (до 1200 бит/с) -"первая волна" модемов
  • среднескоростные ( от 1200 до 14400 бит/с) -как правило, модемы, произведенные до 1991 года.
  • высокоскоростные (>14400 бит/с) - большая часть современных модемов (за исключением специализированных, которым не требуются высокие скорости передачи данных и которыми можно пренебречь в пользу качества этой передачи).
  • внутренние - плата вставляемая в слот на материнской плате компьютера. Подключение питания и соединение с компьютером внутренних модемов происходит непосредственно через шину. Это, с одной стороны, позволяет сэкономить на соединительных проводах, а с другой - ведет к замедлению работы компьютера, так как внутренний модем создает дополнительную нагрузку на центральный процессор.
  • внешние - отдельное устройство, питающееся от сети и имеющее разъемы для подключения телефонной линии и телефонного аппарата, соединяющееся шнуром с компьютером. На передней панели модема выведены светодиодные индикаторы, отображающие его состояние. Внутренний модем не позволяет осуществлять контроль его состояния, что удобно реализовано посредством ряда светодиодных индикаторов на лицевой панели внешнего модема, а эмуляционные программы потребляют часть и без того обильно используемых внутренним модемом ресурсов центрального процессора (около 10%), что не происходит при работе модема внешнего. При "зависании" внутреннего модема его нельзя перезагрузить отдельно - приходится прибегать к перезагрузке всего компьютера.
  • интеллектуальные модемы как правило современные типы модемов с возможностями управления их работой и установки конфигурации (т.е. скорости передачи, режима работы, типа синхронизации, протокола защиты от ошибок и др.).
  • голосовые модемы позволяют одновременно передавать данные и голос. В основном, в пользовательских моделях применяется метод аналоговой передачи потоков голоса и данных, разнесенных по частотам, получивший название ASVD ( Analogue Simultaneous Voice/Data) .
  • аппаратные
  • программные все операции по кодированию сигнала, проверке на ошибки и управление протоколами реализованы программно и производятся центральным процессором компьютера. При этом в модеме находится аналоговая схема и преобразователи: АЦП, ЦАП, контроллер интерфейса (например USB ).

  Основное отличие программного модема от аппаратного заключается в том, что часть его функций реализуется за счет центрального процессора компьютера и программного обеспечения. Зачастую от модема остается лишь кодек (сокращение от кодер-декодер), а все остальные функции выполняет драйвер, использующий ресурсы персонального компьютера.

  1. Использование ресурсов центрального процессора. Любой аппаратный модем содержит в себе процессор, выполняющий все вычислительные операции.
  2. Зависимость модема от операционной системы (ОС) проявляется в наличии или отсутствии драйверов.
  1. Компактность. Для реализации софт- модема требуется лишь кодек и плата с двумя телефонными разъемами типа RJ-11 . Открываются широкие возможности для интеграции софт- модемов в материнские платы.
  2. Быстрая реализация новых функций и протоколов.
  3. Отсутствие привязки к шине ISA.
  4. Низкая стоимость. Для наращивания возможностей и реализации новых протоколов достаточно изменить соответствующим образом микропрограмму.

  Естественно, что для нормальной деятельности, работающие в паре модемы должны осуществлять операции модуляции/демодуляции одинаковым образом, иначе информация, передаваемая между ними, будет необратимо искажена.

  Несущая частота. По своей сути процесс модуляции представляет собой наложение одного сигнала на другой. Модем, как модулятор, начинает функционировать, генерируя постоянный сигнал, называемый несущей частотой, потому что с его помощью осуществляется передача информации. В большинстве систем несущая частота - это устойчивый сигнал постоянной амплитуды, фазы и частоты.

  Информационный сигнал. Сигнал, который электрически смешивается с несущей частотой, моделируя ее по некоторому закону, называется информационным. Изменение информационного сигнала приводит к изменению несущего и выходного сигнала.

  Модуляция. В основном электронные цепи могут быть настроены на обработку одной несущей частоты и отражение всех других, мультиплицированные модулированные сигналы могут посылаться через один канал связи. Помимо того, модуляция позволяет цифровой информации в форме постоянного тока быть переданной такими средствами, как телефонные системы, которые не могут обрабатывать сигналы постоянного тока.

  В демодуляторах несущая частота отделяется, а закодированная информация представляется в своей первоначальной форме.

  Последовательная передача данных означает, что данные передаются по единственной линии. При этом биты байта данных передаются по очереди с использованием одного провода. Для синхронизации группе битов данных обычно предшествует специальный стартовый бит, после группы битов следуют бит проверки на четность и один или два стоповых бита. Иногда бит проверки на четность может отсутствовать.

  Форматы передачи данных определяют использование бита четности, стартовых и стоповых битов. Очевидно, что передатчик и приемник должны использовать один и тот же формат данных, иначе обмен не возможен. Скорость передачи данных должна быть одинаковой для передатчика и приемника.

  Скорость передачи данных обычно измеряется в бодах (по фамилии французского изобретателя телеграфного аппарата Emile Baudot - Э. Бодо) или в количестве передаваемых битов в секунду. При этом учитываются и старт/стопные биты, а также бит четности. Величины "бод" и "бит/с" не всегда совпадают.

  Все каналы связи и проходящие по ним сигналы характеризуются полосой пропускания. Эта характеристика определяет диапазон частот, который канал может передать или который может присутствовать в сигнале.

  Аналоговые каналы тональной частоты характеризуются тем, что спектр передаваемого по ним сигнала ограничен диапазоном 300-3400 Гц Скорость передачи информации не может превышать ширины этого спектра, т.е. 3100 бод.

  Электрический сигнал, распространяемый по каналу, характеризуется тремя параметрами: амплитудой, частотой и фазой. Изменение одного или совокупности этих параметров составляет физическую сущность процесса модуляции. Каждому информационному элементу соответствует фиксированный отрезок времени, на котором электрический сигнал имеет определенные значения своих параметров, характеризующих значение этого информационного элемента. Этот отрезок времени называется бодовым интервалом. Если кодируемый элемент соответствует одному биту информации (может принимать значения 0 и 1), то модуляционная скорость (линейная или бодовая) равна информационной, т.е. 1 бод = 1 бит/с. Но кодируемый элемент может соответствовать, например, двум битам информации. В этом случае информационная скорость может принимать совокупность значений 00, 01, 10 и 11. В общем же случае, когда на бодовом интервале кодируются n бит, информационная скорость будет превышать бодовую в n раз.

  Уплотнение данных воспринимают как меру ускорения передачи информации. При посылке данные обрабатываются программой модема и уплотняются. При этом объединяются повторяющиеся данные, т.е. программа сокращает, например, последовательность знаков ВВВВВВ до 6 хВ . Средне статистически это наполовину сокращает количество передаваемых данных.

  Дуплекс - описывает возможность канала связи одновременно передавать два сигнала, имеющих противоположные направления. Используя эти два канала, полнодуплексный модем может передавать и принимать информацию в одно и то же время. Для этого используются две несущих частоты, позволяющих одновременно получать и передавать информацию. Две несущие делят пополам имеющуюся полосу пропускания.

  Полудуплекс. Альтернативой предыдущему режиму служит полудуплекс. В этом случае используется только один сигнал, а модем должен попеременно настраиваться на прием и передачу сигналов для организации двунаправленности разговора.

  Эхо. Модем выдает символ в телефонную линию, а удаленный модем возвращает этот же символ первому, который затем отображается, подтверждая правильность передачи символа.

  Охранная полоса. В режиме дуплекса полоса не просто делится на две. Два канала разделяются охранной полосой. Эта полоса представляет собой неиспользуемые частоты, изолирующие каналы и предохраняющие их от перекрытия отдельных несущих частот.

  Способы модуляции. Различными модемами используются различные способы модуляции сигналов. Все они базируются на характеристиках несущей волны, которая может быть изменена для кодировки информации.

  Используются три основные волновые характеристики: амплитудная, частотная и фазовая.

  Амплитудная модуляция. Амплитуда - это сила сигнала или громкость тона передаваемого через телефонный провод. Изменение этой характеристики при кодировке передаваемой информации, называется амплитудной модуляцией. Одним из способов, с помощью которого цифровая информация может быть закодирована при амплитудной модуляции, является соотношение двух значений амплитуд в соответствии с цифровой информацией. Так цифровую информацию можно кодировать установкой максимальной мощности сигнала и нулевой мощностью. Эту характеристику телефонного сигнала легче всего изменять. Однако оба перехода могут накрываться шумами, поэтому амплитудная модуляция не используется в модемах.

  Фазовая модуляция. Для кодирования информации в несущей частоте можно использовать и ее фазу. Не модулируемая частота содержит ряд идентичных волн, которые следуют друг за другом с одним шагом. Если же, например, одну волну задержать на ее длину, она придется точно на вершину следующей. Задержка одних волн без изменения их амплитуд или частот порождает изменение, называемое фазовым сдвигом. Установка волны сдвигает во времени ее по отношению к предшествующей. Таким образом, информация может быть закодирована путем сдвига фазы. Единица кодируется одним ее положением, а нуль - другим. Хотя этот способ модуляции используется в модемах связи более часто, он применяется в комбинации с другими технологиями.

  Частотная модуляция. Цифровой сигнал можно также закодировать при помощи изменения частоты, например, большое значение можно закодировать высокой частотой, а малую амплитуду более низкой частотой. Такая технология называется частотной модуляцией и обычно используется в радиовещании. В большинстве случаев при частотной модуляции разные значения частот соответствуют цифровым нулю и единице

  Коррекция ошибок. Быстродействующие модемы очень чувствительны к шумам. Возможность исправлять случайные ошибки при приеме и передаче файлов. Используемые в настоящее время и ранее протоколы коррекции ошибок применяются обычно вместе со способом сжатия данных. Параллельно с коррекцией ошибок используется Fallback -метод (метод нейтрализации ошибки), встроенный в некоторые протоколы ( V.42, MNP -4 ). Как только количество ошибок превышает предельно допустимое значение, модемы совместно переходят на меньшую скорость передачи.

  Цель зяняти: сформировать знания о различных видах компьютерных сетей.

  Задачи занятия:

  • Предметно-содержательная: датьпонятия информационно-коммуникационных технологий, видов компьютерных сетей;
  • Деятельностно-коммуникативная: развивать умения самостоятельно организовать свою познавательную деятельность с использованием мультимедийных и компьютерных технологий для получения и обработки информации,
  • Ценностно-ориентационная: развивать умение самооценки своей образовательной деятельности.

  Типзанятия: усвоение новых знаний учащихся.

  Оборудование занятия:

  • Персональные компьютеры с установленной программой PowerPoint;
  • Электронный учебник по теме: «Информационно-коммуникационные технологии. Сети», подготовленный в программе PowerPoint;
  • Тест на первичную проверку знаний по теме: «Информационно-коммуникационные технологии. Сети», подготовленный в программе Excel;
  • Тест на проверку глубины знаний, подготовленный в программе NetOp School;
  • Лист самооценки.

  Методы и приемы использования ЭОР (ИКТ):

  • Вид учебной презентации: электронный учебник;
  • Цель применения средств ИКТ: повышение эффективности урока путем расширения спектра самостоятельной учебной работы за счет использования активных форм обучения: наглядное изображение, качественная обратная связь, оперативный и объективный контроль знаний
  • Формы взаимодействия учащихся с электронным образовательным ресурсом: активные, деятельностные.
  • Ожидаемый результат: повышение степени достижения целей урока за счет применения средств ИКТ.

  Структура занятия

  1. Организационный момент.
  2. Подготовка учащихся к активному усвоению знаний.
  3. Усвоение новых знаний и умений.
  4. Первичная проверка знаний.
  5. Контроль знаний.
  6. Рефлексия. Подведение итогов урока.
  7. Инструктаж о домашнем задании.

  Ход занятия

  Этап занятия

  Задачи этапа

  Формы и методы обучения

  Планируемый результат

  
  1. Организационный момент

  Взаимное приветствие, определение отсутствующих, проверка готовности учащихся к уроку, организация внимания.

  2. Подготовка учащихся к активному усвоению знаний

  На данном этапе формулируется тема урока, ставятся цели и задачи урока вместе с учащимися. Важно обеспечить осознание учащимися практической значимости изучаемого материала через постановку проблемы и путей ее решения.

  На практике бывает так, что вы забыли флеш-карту или диск с докладом, презентацией. Что делать в данном случае?

  Как избежать данной ситуации, используя ИКТ?

  Можно ли соединить домашний компьютер со школьным?

  Такое соединение компьютеров между собой называется сетью.

  Что вы знаете о сетях? Какие виды сетей? Как вы думаете, какой из видов сетей будет оптимальным для соединения домашнего и школьного компьютеров, учитывая что они расположены на небольшом расстоянии друг от друга?

  Подтвердить или опровергнуть ваше предположение мы должны в конце урока. А для этого нам предстоит изучить новую тему.

  Итак, тема сегодняшнего урока: ИКТ. Сети.

  Цель урока: изучить виды компьютерных сетей.

  3. Усвоение новых знаний и умений

  В ходе самостоятельного изучения нового материала используется электронный учебник по теме: «Информационно-коммуникационные технологии. Сети», подготовленный в программе PowerPoint.

  Памятка работы с электронным учебником

  1. Открыть электронный учебник. (Рабочий стол/Учебник)
  2. Открыть файл Учебник. Информационно-коммуникационные технологии. Сети.pps
  3. При работе с электронным учебником использовать перемещение по навигации.
  4. Выделить основные понятия, схемы, примеры, графики, таблицы и т.д., записать их в тетрадь.
  5. После прочтения электронного учебника ответить на вопросы теста. Если вы допустили ошибки при тестировании, то по навигации вернитесь в электронный учебник, изучите раздел, в котором допущена ошибка.
  6. После изучения материала по учебнику посмотрите записи в своей тетради: они помогут вам все вспомнить еще раз.
  7. Главное: будьте внимательны на уроках и не ленитесь выполнять домашние задания!

  4. Первичная проверка знаний.

  Для первичной проверки знаний в качестве самостоятельной работы ребятам предлагается выполнить тест по изученной теме, разработанный в среде Excel.

  Итак, используя электронный учебник, вы познакомились с различными видами сетей. Как вы думаете теперь, какой из видов сетей будет оптимальным для соединения домашнего и школьного?

  5. Контроль знаний.

  Учащимся предлагается выполнить тестовые задания в программе NetOp School для проверки глубины знаний. На этом этапе урока проводится проверка и мониторинг полученных знаний.

  Тест по теме: «ИКТ.» Сети»

  1. Какое устройство при подключении к компьютерным сетям преобразует дискретный сигнал в аналоговый сигнал линии связи?

  1. сетевая карта
  2. процессор
  3. адаптер
  4. модем

  2. Для соединения сети используется …

  1. телефонный кабель
  2. коаксиальный кабель
  3. телеграфные провода
  4. радиосигналы

  3. Компьютер, подключенный к Интернету, обязательно имеет …

  1. IP-адрес
  2. сервер
  3. домашнюю Web-страницу
  4. доменное имя

  4. Техническая система, предназначенная для обмена информацией между пользователями компьютеров и доступа к хранящимся на них информационным ресурсам, называется …

  1. программным обеспечением
  2. аппаратными средствами
  3. компьютерной сетью
  4. вычислительным комплексом

  5. Соединение компьютеров в локальную сеть позволяет …

  6. Какой вид сетей называется одноранговым?

  1. Локальная сеть
  2. Глобальная сеть
  3. Корпоративная сеть
  4. Региональная сеть

  7. Компьютер, предоставляющий свои ресурсы в пользование другим компьютерам при совместной работе, называется …

  1. адаптером
  2. коммутатором
  3. сервером
  4. клиент-сервером

  8. Что делает невозможным подключение компьютера к глобальной сети?

  1. тип компьютера
  2. состав периферийных устройств
  3. отсутствие дисковода
  4. отсутствие сетевой карты

  Теперь внимание на экран.

  6. Рефлексия. Подведение итогов урока.

  Итак, подведем итог нашего урока.

  Возьмите форму и ответьте на поставленные вопросы.

  После разбора вопросов, прохождения тестирования, учащимся необходимо для рефлексии предложить заполнить форму:

  Состав компьютерной сети	Назначение сервера	Суть ИКТ	Различия видов компьютерных сетей
  Я знаю

  Вложение	Размер
  1.doc	69 КБ

  
  

  Предварительный просмотр:

  Цель урока: сформировать знания о различных видах компьютерных сетей.

  • Предметно-содержательная: датьпонятия информационно-коммуникационных технологий, видов компьютерных сетей;
  • Деятельностно-коммуникативная: развивать умения самостоятельно организовать свою познавательную деятельность с использованием мультимедийных и компьютерных технологий для получения и обработки информации,
  • Ценностно-ориентационная: развивать умение самооценки своей образовательной деятельности.

  Тип урока: усвоение новых знаний учащихся.

  • Персональные компьютеры с установленной программой PowerPoint;
  • Электронный учебник по теме: «Информационно-коммуникационные технологии. Сети», подготовленный в программе PowerPoint;
  • Тест на первичную проверку знаний по теме: «Информационно-коммуникационные технологии. Сети», подготовленный в программе Excel;
  • Тест на проверку глубины знаний, подготовленный в программе NetOp School;
  • Лист самооценки.

  Методы и приемы использования ЭОР (ИКТ):

  • Вид учебной презентации: электронный учебник;
  • Цель применения средств ИКТ: повышение эффективности урока путем расширения спектра самостоятельной учебной работы за счет использования активных форм обучения: наглядное изображение, качественная обратная связь, оперативный и объективный контроль знаний
  • Формы взаимодействия учащихся с электронным образовательным ресурсом : активные, деятельностные.
  • Ожидаемый результат: повышение степени достижения целей урока за счет применения средств ИКТ.
  1. Организационный момент.
  2. Подготовка учащихся к активному усвоению знаний.
  3. Усвоение новых знаний и умений.
  4. Первичная проверка знаний.
  5. Контроль знаний.
  6. Рефлексия. Подведение итогов урока.
  7. Инструктаж о домашнем задании.

  Формы и методы обучения

  1. Организационный момент.

  Психологически подготовить учащихся к работе

  Класс психологически подготовлен к работе

  2. Подготовка учащихся к активному усвоению знаний.

  Определена проблема, намечены пути ее решенияПоставлена цель.

  3. Усвоение знаний

  Создать условия для самоорганизации познавательной деятельности обучающихся

  Обучающимися изучены основные понятия

  4. Первичная проверка знаний

  Самоконтроль усвоения основных понятий

  Показали знания понятий

  Контроль глубины понимания изученного материала

  Показали глубину понимания изученного материала

  6. Рефлексия. Подведение итогов урока.

  Мобилизовать учащихся на организацию самооценки полученного результатаРазвивать умения самооценки своей учебной деятельности

  Поставленные задачи решены, цель достигнута Высказывают собственное мнение о том, достигнута ли цель урока.

  7. Инструктаж о домашнем задании.

  Сообщить учащимся о домашнем задании

  Записали домашнее задание в тетрадь

  
  1. Организационный момент

  Взаимное приветствие, определение отсутствующих, проверка готовности учащихся к уроку, организация внимания.

  2. Подготовка учащихся к активному усвоению знаний

  На данном этапе формулируется тема урока, ставятся цели и задачи урока вместе с учащимися. Важно обеспечить осознание учащимися практической значимости изучаемого материала через постановку проблемы и путей ее решения.

  На практике бывает так, что вы забыли флеш-карту или диск с докладом, презентацией. Что делать в данном случае?

  Как избежать данной ситуации, используя ИКТ?

  Можно ли соединить домашний компьютер со школьным?

  Такое соединение компьютеров между собой называется сетью.

  Что вы знаете о сетях? Какие виды сетей? Как вы думаете, какой из видов сетей будет оптимальным для соединения домашнего и школьного компьютеров, учитывая что они расположены на небольшом расстоянии друг от друга?

  Подтвердить или опровергнуть ваше предположение мы должны в конце урока. А для этого нам предстоит изучить новую тему.

  Итак, тема сегодняшнего урока: ИКТ. Сети.

  Цель урока: изучить виды компьютерных сетей.

  3. Усвоение новых знаний и умений

  В ходе самостоятельного изучения нового материала используется электронный учебник по теме: «Информационно-коммуникационные технологии. Сети», подготовленный в программе PowerPoint.

  1. Открыть электронный учебник. (Рабочий стол/Учебник)
  2. Открыть файл Учебник. Информационно-коммуникационные технологии. Сети.pps
  3. При работе с электронным учебником использовать перемещение по навигации.
  4. Выделить основные понятия, схемы, примеры, графики, таблицы и т.д., записать их в тетрадь.
  5. После прочтения электронного учебника ответить на вопросы теста. Если вы допустили ошибки при тестировании, то по навигации вернитесь в электронный учебник, изучите раздел, в котором допущена ошибка.
  6. После изучения материала по учебнику посмотрите записи в своей тетради: они помогут вам все вспомнить еще раз.
  7. Главное: будьте внимательны на уроках и не ленитесь выполнять домашние задания!

  4. Первичная проверка знаний.

  Для первичной проверки знаний в качестве самостоятельной работы ребятам предлагается выполнить тест по изученной теме, разработанный в среде Excel.

  Итак, используя электронный учебник, вы познакомились с различными видами сетей. Как вы думаете теперь, какой из видов сетей будет оптимальным для соединения домашнего и школьного?

  5. Контроль знаний.

  Учащимся предлагается выполнить тестовые задания в программе NetOp School для проверки глубины знаний. На этом этапе урока проводится проверка и мониторинг полученных знаний.

  Тест по теме: «ИКТ.» Сети»

  1. Какое устройство при подключении к компьютерным сетям преобразует дискретный сигнал в аналоговый сигнал линии связи?

  1. сетевая карта
  2. процессор
  3. адаптер
  4. модем

  2. Для соединения сети используется …

  1. телефонный кабель
  2. коаксиальный кабель
  3. телеграфные провода
  4. радиосигналы

  3. Компьютер, подключенный к Интернету, обязательно имеет …

  1. IP-адрес
  2. сервер
  3. домашнюю Web-страницу
  4. доменное имя

  4. Техническая система, предназначенная для обмена информацией между пользователями компьютеров и доступа к хранящимся на них информационным ресурсам, называется …

  1. программным обеспечением
  2. аппаратными средствами
  3. компьютерной сетью
  4. вычислительным комплексом

  5. Соединение компьютеров в локальную сеть позволяет …

  6. Какой вид сетей называется одноранговым?

  1. Локальная сеть
  2. Глобальная сеть
  3. Корпоративная сеть
  4. Региональная сеть

  7. Компьютер, предоставляющий свои ресурсы в пользование другим компьютерам при совместной работе, называется …

  1. адаптером
  2. коммутатором
  3. сервером
  4. клиент-сервером

  8. Что делает невозможным подключение компьютера к глобальной сети?

  1. тип компьютера
  2. состав периферийных устройств
  3. отсутствие дисковода
  4. отсутствие сетевой карты

  Теперь внимание на экран.

  6. Рефлексия. Подведение итогов урока.

  Итак, подведем итог нашего урока.

  Возьмите форму и ответьте на поставленные вопросы.

  После разбора вопросов, прохождения тестирования, учащимся необходимо для рефлексии предложить заполнить форму:

  Для того, что бы компьютер мог выполнить обработку сигнала необходимо выполнить преобразование сигнала из аналоговой формы в цифровую.
  После обработки выполняется обратное преобразование, поскольку большинство бытовых устройств управляются аналоговыми сигналами.

  Структурная схема цифровой обработки сигнала в общем виде выглядит следующим образом:
  

  
  

  Аналого-цифровое преобразование сигнала

  1. Дискретизация сигнала (во времени или пространстве)
  2. Квантование по уровню

  Процесс получения отсчёта входного сигнала должен занимать очень малую часть периода дискретизации, что бы снизить динамические ошибки преобразования, обусловленные изменением сигнала за время снятия отсчёта.

  Частота дискретизации выбирается из теоремы Котельникова. В ней утверждается, что для того что бы по отсчётам сигнала можно было бы сколь угодно точно восстановить непрерывный сигнал необходимо что бы частота дискретизации не менее чем в два раза превосходила верхнюю частоту спектра дискретизируемого сигнала.

  Любой сигнал имеет своё спектральное представление. Любое представление сигнала – это представление в виде суммы (или интеграла) гармонических составляющих (синусоид и косинусоид), различных частот взятых с определёнными весовыми коэффициентами (имеющими определённую амплитуду)
  Для периодических сигналов это сумма, для непериодический – интеграл.
  Переход к спектру сигнала осуществляется с помощью прямого преобразования Фурье.

  Рассмотрим переход к спектральному представлению в виде периодической функции:

  
  

  Как известно периодическая функция удовлетворяющая условию Дирихле может быть представлена рядом гармонических функций.

  
  

  По формуле Эйлера любое выражение можно представить в виде
  — частота первой гармоники

  
  

  — частота n-ой гармоники

  
  

  — круговая частота n-ой гармоники

  — комплексная амплитуда гармоники, где — фазовый спектр.

  Совокупность амплитуд гармоник ряда Фурье называется амплитудным спектром, а совокупность их фаз называется фазовым спектром.

  
  

  
  

  Для непериодический функции , а тогда заменяется непрерывно изменяющейся частотой => сумма заменяется интегралом.

  
  

  Прямое преобразование Фурье для непериодического сигнала

  
  

  Таким образом спектр непериодической функции представляется суммой бесконечного количества гармонических колебаний, частоты которых расположены бесконечно близко друг к другу.

  Квантование сигнала по уровню

  
  

  
  

  Количество уровней квантования определяется по формуле
  n — количество разрядов
  N — уровень квантования

  Выбор количества уровней квантования сигналов производится на основе компромиссного подхода, учитывающего с одной стороны необходимость достаточно точного представления сигнала, что требует большого числа уровней квантования, а с другой стороны количество уровней квантования должно быть меньше, что бы разрядность кода была минимальной.

  На этом я закончу свою статью, что бы не перегружать читателя лишней информацией. Удачи в начинаниях!

  Разбираемся с АЦП и ЦАП, какие задачи они решают, в чем их достоинства и недостатки.

  p, blockquote 1,0,0,0,0 -->

  Аналого-цифровой преобразователь

  p, blockquote 2,0,0,0,0 -->

  
  

  p, blockquote 3,0,0,0,0 -->

  Как устроен АЦП

  В большинстве АЦП есть устройство выборки и хранения, которые фиксируют и сохраняют значение напряжения на своем входе, в моменты замыкания ключа, а моменты замыкания ключа определяется задающим генератором, именно его частота и определяет частоту дискретизации выходного сигнала. Сигнал на выходе устройства выборки и хранения затем, округляется до одного из уровней квантования.

  p, blockquote 4,0,0,0,0 -->

  
  

  p, blockquote 5,0,0,0,0 -->

  Как же АЦП понимает, с каким уровней квантования проассоциировать значение сигнала?

  p, blockquote 6,0,0,0,0 -->

  Рассмотрим простейший одноразрядный АЦП, компаратор. Он принимает на свой вход два значения напряжения, в том случае, если напряжение на первом входе больше чем на втором, он выдает логическую единицу, в противном случае 0.

  p, blockquote 7,0,0,0,0 -->

  
  

  p, blockquote 8,0,0,0,0 -->

  Допустим, мы зафиксировали значение на втором ходе, это наш пороговый уровень, и когда изменяющейся во времени сигнал на первом входе больше этого уровня, устройство показывает 1, когда меньше 0.

  p, blockquote 9,0,0,0,0 -->

  Теперь представим, что компараторов несколько, когда входной сигнал превышает определённый уровень, срабатывает соответствующий компаратор, выходы всех компараторов затем преобразуется схемой приоритетного кодера в двоичное представление. АЦП в которых каждом из уровней квантования соответствует компаратор называются АЦП прямого преобразования или флеш АЦП.

  p, blockquote 10,0,1,0,0 -->

  
  

  p, blockquote 11,0,0,0,0 -->

  Характеристики АЦП

  Во-первых, АЦП отличаются по частоте дискретизации, она определяется задающим генератором. В зависимости от назначения частота дискретизации может измеряться в килогерцах, мегагерцах и даже гигагерц.

  p, blockquote 12,0,0,0,0 -->

  Далее идет разрядность, то есть количество бит в коде, которыми мы представляем отсчеты сигнала. От количества бит, зависит количество уровней квантования, оно определяется, как 2 в степени количество бит, если у нас 3 бита, то это 8 возможных уровней квантования, если у нас 8 бит это 256 уровней.

  p, blockquote 13,0,0,0,0 -->

  Диапазон входного сигнала это минимальные и максимальные значения напряжения на входе АЦП при которых устройство работает корректно. Слишком маленький сигнал АЦП может не различить и принять за нулевой уровень, слишком большие могут вызвать искажения, которые приведут к потере информации. Обычно АЦП оперируют единицами вольт.

  p, blockquote 14,0,0,0,0 -->

  Отношение сигнал-шум об этом параметре есть подробная статья.

  p, blockquote 15,0,0,0,0 -->

  p, blockquote 16,0,0,0,0 -->

  
  

  p, blockquote 17,0,0,0,0 -->

  Посмотрим на рисунок выше, окрестность значения входного напряжения 0,5 вольт будет приравнено к четвертому уровню квантования, то есть значение к примеру 0,52 или 0,47 также будут представлены кодом 100.

  p, blockquote 18,0,0,0,0 -->

  Если мы рассматриваем АЦП с равномерным квантованием, то длина всех ступенек будет одинаковой, в некоторых АЦП специально используются неравномерное квантование, но их мы пока не рассматриваем. Неравномерность ступенек в АЦП с равномерным квантование это одна из характеристик неидеальности, мы называем ее нелинейностью.

  p, blockquote 19,0,0,0,0 -->

  Нелинейность АЦП

  p, blockquote 20,1,0,0,0 -->

  Линейная система передает входной сигнал на выход, без изменения его формы, возможно усиление или аттенюация.

  p, blockquote 21,0,0,0,0 -->

  
  

  p, blockquote 22,0,0,0,0 -->

  Нелинейная система искажает форму выходного сигнала. В том случае, когда характеристика отличается от прямой линии, форма пиков сигнала изменяется это называется нелинейным искажением, крайне нежелательно явление. При искажениях мы безвозвратно теряем информацию.

  p, blockquote 23,0,0,0,0 -->

  Для АЦП, желательно, чтобы в рабочем диапазоне входных сигналов формы передаточных характеристик аппроксимировались прямой, но на практике небольшие отклонения все же присутствуют, поэтому для всех АЦП производитель указывает параметры интегральной и дифференциальной нелинейности.

  p, blockquote 24,0,0,0,0 -->

  
  

  p, blockquote 25,0,0,0,0 -->

  Шум квантования

  В АЦП происходит округление реального значения аналогового сигнала. Точность представления, то насколько близок уровень квантования к реальному значению зависит от разрядности АЦП, количества бит.

  p, blockquote 26,0,0,0,0 -->

  
  

  p, blockquote 27,0,0,0,0 -->

  Сигнал ошибки или разницы мы называем шумом квантования, хотя шумом его можно считать только в рамках математической модели, так как он зависит от сигнала.

  p, blockquote 28,0,0,0,0 -->

  Если мы квантуем непрерывный сигнал, то и шум квантования будет непрерывным. Если мы говорим о квантовании дискретного сигнала, то и на ошибки также будет дискретным. Понятно, что для того чтобы уменьшить шум квантования надо повышать разрядность АЦП, но из-за этого увеличивается стоимость, энергопотребление, могут понизиться другие характеристики.

  p, blockquote 29,0,0,0,0 -->

  
  

  p, blockquote 30,0,0,1,0 -->

  Существует техника уменьшения влияния шума квантования без увеличения разрядности, и с ними вы можете ознакомиться самостоятельно при желании.

  p, blockquote 31,0,0,0,0 -->

  Джиттер

  Джиттер это фазовый шум вызванный нестабильностью задающего генератора. Когда мы рассматриваем идеальный процесс дискретизации непрерывного сигнала, шаг временной сетке или период дискретизации неизменен, но в реальности импульсы задающего генератора могут идти не через равные промежутки времени, это приводит к тому что мы передаем устройству выборки и хранения не совсем то значение, которое должны были бы передать в случае идеально ровной временной сетки.

  p, blockquote 32,0,0,0,0 -->

  
  

  p, blockquote 33,0,0,0,0 -->

  Эти отклонения, от так называемых реальных значений, также можно представить в виде дискретного шума. Нестабильность генераторов обычно измеряется в пика и фемпто секундах, поэтому на медленный АЦП она особо не влияет.

  p, blockquote 34,0,0,0,0 -->

  Шум квантования вносит гораздо больший вклад, но если сам сигнал изменяется очень быстро, если мы говорим о частотах дискретизации в сотни мегагерц и единицах гигагерц, то в этом случае уже джиттер может стать главной проблемой.

  p, blockquote 35,0,0,0,0 -->

  Цифро-аналоговый преобразователь

  p, blockquote 36,0,0,0,0 -->

  
  

  p, blockquote 37,0,0,0,0 -->

  На вход устройства поступают дискретные отсчеты в виде цифрового кода, которые затем преобразуются в напряжение. Напряжение это соответствует набору уровней, как и случае с АЦП, многие ЦАП, используют равномерный уровни при преобразовании.

  p, blockquote 38,0,0,0,0 -->

  Уровень напряжения остается неизменным до момента прихода следующего отсчета на вход, таким образом формируется ступенчатый непрерывный сигнал, который в дальнейшем может быть сглажен фильтром нижних частот.

  p, blockquote 39,0,0,0,0 --> p, blockquote 40,0,0,0,1 -->

  Один из простейших видов ЦАП широтно-импульсный модулятор (ШИМ) он часто используется для управления скоростью электромоторов.

  Читайте также:

    
  • Лучший альбом джонни кэша
    
  • Как растянуть экран в ксс в34 на ноутбуке
    
  • Ведьмак 3 недостаточно памяти
    
  • Skype preview что это
    
  • Как отменить подписку литрес ростелеком