Министерство общего и профессионального



Дата29.12.2018
Размер0.55 Mb.
#65476
ТипУчебное пособие

УДК

621.398


Б-953 МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО

ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

А.П.БЫКОВ, Ю.С.СОЛОДОВ

КОМПЬЮТЕРНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ


Методическое руководство

для лабораторных работ по дисциплине

“Компьютерные измерения”

Москва Издательство МЭИ 1998

УДК

621.398


Б-953

УДК: 681.3.08(072)


Утверждено учебным управлением МЭИ
Рецензент: доцент, к.т.н. В.Ю.Кончаловский

Подготовлено на кафедре Информационно-измерительной техники


А.П.Быков, Ю.С.Солодов. Компьютерные измерения: Методическое руководство для лабораторных работ по дисциплине “Компьютерные измерения”.-М: Изд-во МЭИ, 1998.- с.

Учебное пособие рассчитано на студентов пятых курсов различных специальностей, изучающих дисциплину “Компьютерные измерения”.

В пособие включены описания двух лабораторных работ: “Экспериментальное определение характеристик сигналов измерительной информации” (№ 83) и “Исследование погрешностей, вызванных дискретизацией, квантованием и восстановлением аналоговых сигналов” (№ 84).

Лабораторные работы проводятся фронтальным методом за 16 часов.

Продолжительность каждого лабораторного занятия — 2 или 4 часа.

Московский энергетический институт (технический университет) 1998 г.



Введение


Цифровая обработка аналоговых сигналов (процессов) предполагает предварительное проведение следующих операций: дискретизацию сигналов по времени, квантование по уровню, кодирование и ввод полученных цифровых сигналов в ЭВМ. Операции дискретизации, квантования и кодирования осуществляют аналого-цифровые преобразователи.

Дискретизация и квантование неизбежно приводят к потерям полезной информации и, следовательно, к погрешностям в результатах цифровой обработки аналоговых сигналов. Поэтому чрезвычайно важно технически грамотно выбрать аналого-цифровой преобразователь с требуемыми разрешающей способностью, точностью и быстродействием для решения конкретной задачи компьютерных измерений, а также методику цифровой обработки сигналов измерительной информации.

Целью данного лабораторного практикума является экспериментальное определение статистических и спектральных характеристик аналоговых сигналов измерительной информации, а также изучение погрешностей, связанных с дискретизацией, квантованием и последующим восстановлением исследуемых процессов.

Описание лабораторного стенда

Лабораторный стенд состоит из:

— источника исследуемого случайного процесса на базе генератора шума низкочастотного типа Г2-57;

— аналого-цифрового преобразователя типа ПФИ-18-03 (АЦП), снабженного по выходу стандартным интерфейсом типа RS-232C;

— персонального компьютера (ПЭВМ), совместимого с IBM PC AT.

Исследуемый низкочастотный случайный процесс представляет собой электрическое напряжение, которое поступает от генератора шума на вход АЦП, преобразуется в массив цифровых сигналов и вводится в ПЭВМ. Регистрация, отображение и обработка сигналов измерительной информации производится с помощью прикладного программного обеспечения “GeMiS” (программы GeMiS).


Основные технические характеристики АЦП:
1. Количество входных измерительных каналов............,.............................................4

2. Число двоичных разрядов (разрядность)................................................................18

3. Номинальное значение младшего разряда…….................................................5 мкВ

4. Диапазон измерений, не менее…………………................... ..........................± 0,6 В

5. Входное сопротивление на постоянном токе, не менее .................................3 МОм

6. Напряжение смещения нуля, не более........................................................± 200 мкВ

7. Основная относительная погрешность в конечной точке диапазона измерений,
не более............................................................................................................± 0,05 %

8. Приведенная погрешность линейности, не более......................................± 0,001 %

9. Приведенная погрешность дифференциальной линейности, не более....± 0,0004 %

10. Время преобразования (одновременно по 4-м каналам), не более.................50 мс

11. Время установления рабочего режима после включения, не более...............5 мин

12. Область рабочих температур...........................................................от 10°С до 35°С


В данном лабораторном практикуме АЦП используется только в одноканальном режиме работы (включен первый измерительный канал).

Запись любой реализации случайного процесса производится с максимальной разрешающей способностью, возможной для данного АЦП, при максимальном быстродействии (20 точек в секунду). Эта запись служит в качестве эталонной. Если выбрана меньшая разрешающая способность АЦП и (или) меньшее быстродействие, то эталонная запись исследуемого процесса используется для анализа погрешностей, вызванных дискретизацией, квантованием и последующим восстановлением этого процесса.

Краткое описание программы GeMiS, необходимое для выполнения данного лабораторного практикума, помещено в приложении. Более подробное описание этой программы можно вызвать на экран монитора ПЭВМ.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 83


ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК

СИГНАЛОВ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ
(продолжительность — 8 часов).


ЗАДАНИЕ





  1. Изучить основные технические характеристики АЦП, входящего в состав лабораторного стенда, а также описание программы, используемой в данной работе для ввода в ПЭВМ и обработки сигналов измерительной информации.




  1. Произвести наблюдение на экране монитора ПЭВМ напряжения источника исследуемого сигнала в течение 10—30 минут с максимальными разрешающей способностью и быстродействием, возможными для используемого в работе АЦП. Убедиться в том, что сигнал представляет собой случайный процесс — случайное напряжение, не выходящее за пределы  0,5 В.




  1. Записать полученную в п.2 реализацию случайного процесса на жесткий диск ПЭВМ. Проверить, что она может быть вызвана из памяти ПЭВМ, а используемая в работе программа GeMiS позволяет увеличивать и уменьшать размеры изображения, смещать его, выводить на экран монитора часть изображения и таблицу результатов аналого-цифрового преобразования этой части, представлять изображение в виде множества точек, отрезков прямых и т.д.




  1. Проверить наличие промахов в зарегистрированной реализации случайного процесса и, если это необходимо, произвести их коррекцию.




  1. Используя критерий инверсий, произвести проверку гипотезы о стационарности случайного процесса.




  1. С помощью ПЭВМ рассчитать и построить график нормированной корреляционной функции исследуемого процесса. Определить интервал корреляции. Предполагая, что исследуемый процесс имеет равномерный и ограниченный сверху по частоте спектр, рассчитать верхнюю частоту.




  1. На экране монитора ПЭВМ получить гистограмму, соответствующую одномерной плотности вероятности зарегистрированного процесса. Рассчитать его математическое ожидание и среднее квадратическое отклонение (с.к.о.). Распечатать полученную гистограмму. Выдвинуть и проверить гипотезу о виде закона распределения исследуемого процесса.




  1. С помощью ПЭВМ рассчитать спектр зарегистрированной в п.2 реализации случайного процесса. Построить график спектральной плотности процесса, отметить на нем верхнюю частоту, рассчитанную в п.7.




  1. Составить отчет по требуемой форме.



Методические указания 1
1. Используемый в работе АЦП может быть подключен к порту СOM1 или COM2 ПЭВМ.
2. Для наблюдения и записи исследуемого процесса с помощью АЦП и ПЭВМ необходимо:

2.1. Проверить, соединены ли выход генератора шума и вход АЦП, а также выход АЦП с портом COM1 (или COM2) ПЭВМ.

2.2. Включить сетевое питание ПЭВМ, АЦП и генератора шума.

2.3. Обратиться к логическому диску D (или C) “винчестера” ПЭВМ (для этого нажать , при необходимости перевести курсор на диск D (C), нажать ).

2.4. Выбрать директорию GEMIS (перевести курсор на GEMIS, нажать ).

2.5. Запустить программу GeMiS с помощью файла run.bat (перевести курсор на run.bat и нажать ). После фирменной заставки программы GeMiS на экране монитора возникнет картинка, состоящая из области главного меню (верхняя строка), области статуса (нижняя строка) и свободной рабочей области (рис.1).



Рис.1. Общий вид экрана монитора ПЭВМ после загрузки программы GeMiS.

2.6. Выбрать опцию РЕГИСТРАЦИЯ и далее АЦП18 COM1. Возникнет диалоговое окно (рис.2): ПАРАМЕТРЫ ИЗМЕРЕНИЯ, причем два параметра — ЧАСТОТА ДИСКРЕТИЗАЦИИ (Гц): 20 и НОМИНАЛЬНЫЙ ДИАПАЗОН (В): 0,5 — установлены по умолчанию и не могут быть изменены.

Рис. 2. Диалоговое окно после выбора опций РЕГИСТРАЦИЯ и АЦП18 СОМ1.

2.7. Установить следующие параметры измерения:

— ОСЬ Y: (± В): В.

— ВРЕМЯ НАБЛЮДЕНИЯ: Ограничено.

— ВРЕМЯ НАБЛЮДЕНИЯ (МИН.): 10...30 (по указанию преподавателя).

— ГРАФИК Yмакс: + 0,5.

— ГРАФИК Yмин: 0,5.

— КАНАЛ ИЗМЕРЕНИЯ: канал 1.

— ВРЕМЕННОЕ РАЗРЕШЕНИЕ: Постоянное.

Подтвердить установленные параметры нажатием . На экране монитора должно возникнуть рабочее окно для наблюдения исследуемого процесса (рис.3).

2.8. Нажать экранную кнопку <ПУСК>. После этого начнется отображение отсчетов исследуемого процесса с шагом дискретизации T, равным 50 мс. По истечении установленного времени наблюдения раздастся звуковой сигнал.

2.9. Нажать экранную кнопку <ПОКАЗ>. На экране монитора возникнет другое рабочее окно с набором дополнительных экранных кнопок для подробного исследования сигнала (рис.4).
3. Для записи полученного в п.2 цифрового сигнала (множества отсчетов исследуемого аналогового процесса за выбранное время наблюдения) на жесткий диск ПЭВМ с целью его дальнейшей обработки и исследования в течение практически неограниченного времени, необходимо:

Рис.3. Рабочее окно для наблюдения исследуемого процесса.



Рис.4. Рабочее окно для исследования зарегистрированного процесса.

3.1. Выбрать опцию ФАЙЛ и далее СОХРАНИТЬ КАК.

3.2. Набрать имя файла, под которым будет храниться на жестком диске зарегистрированный цифровой сигнал, и нажать .

Для вызова зарегистрированной реализации исследуемого процесса из памяти ПЭВМ необходимо:

3.3. Повторить п.п. 2.3, 2.4, 2.5 .

3.4. Выбрать опцию ФАЙЛ и далее открыть РЕАЛИЗАЦИЮ — ЛЕНТУ.

3.5. Выбрать имя файла, под которым зарегистрирована реализация


(см. п. 3.2.).
4. Для получения информации о наличии промахов в зарегистрированной реализации необходимо выполнить последовательно операции ОТОБРАЖЕНИЕ, 2-КАНАЛЬНАЯ ОБР., ИНФО—ПРОМАХИ и подтвердить свой выбор нажатием .

Для автоматической коррекции промахов нужно повторить указанные выше операции, только вместо команды ИНФО—ПРОМАХИ выбрать команду ПРОМАХИ—КОРР-Я.


5. Для проверки стационарности зарегистрированного случайного процесса необходимо:

5.1. Выполнить последовательно операции ОТОБРАЖЕНИЕ,


2-КАНАЛЬНАЯ ОБР., ПРОВЕРКА СТАЦ—ТИ и подтвердить свой выбор нажатием .

5.2. Выбрать 16 подмножеств (последовательно нажать и ). После этого ПЭВМ выдаст информацию о результатах обработки реализации и, в частности, рассчитает общее число инверсий. При уровне значимости 0,05 это число должно быть заключено между 38 и 81; в этом случае гипотеза о стационарности исследуемого процесса принимается при уровне


значимости 0,05.
6. Расчет нормированной корреляционной функции с помощью ПЭВМ рекомендуется производить в среднем формате по части реализации случайного процесса длительностью 3—5 минут. Для расчета необходимо:

6.1. Установить на экране монитора ПЭВМ изображение средней части реализации случайного процесса длительностью 3—5 минут.

6.2. Нажать экранную кнопку <ЧАСТЬ>.

6.3. Выбрать последовательно опции ОТОБРАЖЕНИЕ, 2-КАНАЛЬНАЯ ОБР., Rx(Tau) и нажать .

Через 1—2 мин. на экране появится изображение нормированной корреляционной функции (рис. 5). При необходимости можно вывести таблицу значений этой функции, выбрав опции ОТОБРАЖЕНИЕ и ТАБЛИЦА.

В качестве интервала корреляции в рассматриваемом случае можно принять интервал времени от нуля до момента перехода корреляционной функции через нуль. Верхнюю частоту исследуемого процесса можно приближенно найти по формуле



.

7. До получения гистограммы рекомендуется:

7.1. Установить средний формат расчетных данных, для чего последовательно выбрать опции КОНФИГУРАЦИЯ, ФОРМАТ, СРЕДНИЙ и нажать .


Рис.5. Возможный вид нормированной корреляционной функции исследуемого процесса.
7.2. Определить параметры распределения, подлежащие расчету, для чего необходимо последовательно выбрать опции КОНФИГУРАЦИЯ, СТАТИСТИКА, МАКСИМУМ, МАТ.ОЖИД., МИНИМУМ, ДИСПЕРСИЯ, С.К.О., f(x) и нажать .

Для получения гистограммы необходимо нажать экранную кнопку <СТАТ> на рабочем окне экрана монитора ПЭВМ.

Характер изображения гистограммы можно изменять. Например, можно получить гистограмму с помощью больших точек (расчетных значений плотности вероятности), для чего необходимо последовательно выбрать опции КОНФИГУРАЦИЯ, ИНТЕРПОЛЯЦИЯ, БОЛЬШИЕ ТОЧКИ и нажать (рис.6).

Можно вывести на экран таблицу значений плотности вероятности, выбрав опции ОТОБРАЖЕНИЕ и ТАБЛИЦА.

Проверку гипотезы о виде закона распределения рекомендуется производить, используя критерий Пирсона.
8. Амплитудный спектр исследуемого процесса рекомендуется рассчитывать с помощью ПЭВМ по всей реализации по отрезкам, состоящим из 1024 отсчетов; при этом сдвиг отрезка целесообразно выбирать равным 512 отсчетам. Весовое окно — прямоугольное.

Рис.6. Возможный вид гистограммы исследуемого процесса, изображение которой получено с помощью больших точек.

Для расчета необходимо:

8.1. Установить на экране монитора изображение исследуемого процесса.

8.2. Нажать экранную кнопку <СПЕКТР> рабочего окна.

8.3. Установить расчетные параметры:

- длина выборки: 1024,

- смещение: 512,

- считать: по всей кривой,

- вид функции: Am(f),

- весовая функция: Rectable.

После подтверждения установленных расчетных параметров командой начинается процесс расчета спектра (1—3 мин.). Результатом расчета является усредненный линейчатый спектр участка реализации случайного процесса длительностью NT, где N — длина выборки, T — шаг дискретизации, равный 50 мс (рис.7). Для увеличения числи спектральных линий в полученном спектре можно увеличить длину N выборки, если это позволяет сделать используемая ПЭВМ.

Для построения графика односторонней спектральной плотности необходимо:

8.4. Произвести линейную аппроксимацию полученного спектра (КОНФИГУРАЦИЯ, ИНТЕРПОЛЯЦИЯ, ЛИНЕЙНАЯ, ).

8.5. Все ординаты полученного графика умножить на NT.



Рис.7. Возможный вид спектра реализации исследуемого процесса.

ВОПРОСЫ


  1. Какими основными техническими характеристиками обладает АЦП?

  2. Что такое основная погрешность?

  3. В чем разница между относительной и приведенной погрешностями?

  4. В чем разница между погрешностью линейности и погрешностью дифференциальной линейности?

  5. Что такое напряжение смещения нуля и как его измерить?

  6. Какие характеристики стационарных случайных процессов вам известны?

  7. Что такое промах? Как его выявить?

  8. Как проверяется гипотеза о стационарности случайного процесса по методу инверсий?

  9. Что такое нормированная корреляционная функция случайного процесса? Каковы ее свойства? Как определить ее экспериментально для эргодического стационарного случайного процесса?

  10. Что такое интервал корреляции?

  11. Что такое гистограмма? Как получить гистограмму экспериментально?

  12. Что такое одномерный закон распределения случайного процесса и как определить его экспериментально?

  13. Как экспериментально определить математическое ожидание и среднее квадратическое отклонение эргодического стационарного случайного процесса? Что характеризуют эти параметры закона распределения?

  14. Как проверяется степень достоверности гипотезы о виде закона распределения по методу Пирсона?

  15. Что такое спектр реализации случайного процесса?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 84


ИССЛЕДОВАНИЕ ПОГРЕШНОСТЕЙ, ВЫЗВАННЫХ ДИСКРЕТИЗАЦИЕЙ, КВАНТОВАНИЕМ И ВОССТАНОВЛЕНИЕМ АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ
(продолжительность — 8 часов).

ЗАДАНИЕ



  1. Вызвать из памяти ПЭВМ реализацию случайного процесса, зарегистрированного в предыдущей лабораторной работе.




  1. С помощью ПЭВМ рассчитать и построить график начального участка нормированной корреляционной функции исследуемого процесса. Вывести на экран монитора ПЭВМ таблицу значений нормированной корреляционной функции для этого участка; распечатать таблицу.




  1. Рассчитать наибольший шаг дискретизации, обеспечивающий погрешность восстановления исследуемого процесса с помощью ступенчатой экстраполяции, заданную преподавателем. Результат расчета округлить до ближайшего меньшего значения, разрешенного программой GeMiS. Уточнить значение погрешности восстановления.




  1. Сделать выборку исследуемого процесса с рассчитанным в п.3 шагом дискретизации. Произвести визуальное наблюдение и сделать распечатку участка погрешности восстановления. Вычислить среднее квадратическое отклонение (с.к.о.) погрешности и сравнить его со значением, полученным в п.3.




  1. С помощью ПЭВМ рассчитать спектр погрешности, полученной в п.4. Уточнить низкочастотную часть спектра исследуемого процесса, полученного в п. 8 лабораторной работы № 83. Сравнить спектр погрешности со спектром исследуемого процесса. Сделать вывод о возможности уменьшения погрешности ступенчатой экстраполяции с помощью фильтрации.




  1. Повторить п.п.3, 4 и 5 задания для случая, когда восстановление дискретизированного процесса производится с помощью линейной интерполяции.




  1. Рассчитать разрядность АЦП, обеспечивающую с.к.о. погрешности квантования, заданную преподавателем. Результат расчета округлить до ближайшего большего значения, разрешенного программой GeMiS. Уточнить значение с.к.о. погрешности квантования.




  1. Сделать выборку исследуемого процесса с минимальным шагом дискретизации при разрядности АЦП, рассчитанной в п.7. Произвести визуальное наблюдение и сделать распечатку участка погрешности квантования.




  1. С помощью ПЭВМ рассчитать математическое ожидание и с.к.о. погрешности квантования; сравнить полученное с.к.о. со значением, рассчитанным в п.7. Получить гистограмму погрешности квантования и проверить гипотезу о распределении этой погрешности по закону равномерной плотности.




  1. С помощью ПЭВМ рассчитать спектр погрешности квантования. Сделать вывод о возможности уменьшения погрешности квантования с помощью фильтрации.




  1. Рассчитать с.к.о. погрешности, вызванной дискретизацией, квантованием и восстановлением исследуемого процесса, если дискретизация осуществлялась с шагом, выбранным в п.3, а квантование производилось с помощью АЦП, разрядность которого выбрана в п.7.




  1. Произвести выборку исследуемого процесса с шагом дискретизации, выбранным в п.3, при разрядности АЦП, выбранной в п.7. Произвести визуальное наблюдение соответствующей погрешности и рассчитать ее с.к.о. с помощью ПЭВМ. Сравнить полученное с.к.о. со значением, рассчитанным в п.11.




  1. Составить отчет по требуемой форме.

Методические указания 2.

1. Вызов из памяти ПЭВМ исследуемой реализации случайного процесса можно осуществить по методике, описанной в Методических указаниях 1 (п. 3).


2. Для повышения точности определения начального участка нормированной корреляционной функции случайного процесса рекомендуется производить расчеты в среднем формате практически по всей реализации (10—30 мин.) за исключением начального участка длительностью 1—10 секунд.

Для расчетов необходимо использовать методику, описанную в Методических указаниях 1 (п.6). Через 3—5 мин. после начала расчета можно его остановить нажатием . При этом на экране появится изображение искомого начального участка. Затем на экран необходимо вывести таблицу значений нормированной корреляционной функции, выбрав последовательно опции ОТОБРАЖЕНИЕ и ТАБЛИЦА.


3. Погрешность восстановления исследуемого процесса задается отношением ,

где — с.к.о. погрешности восстановления, — с.к.о. исследуемого процесса, определенное при выполнении предыдущей лабораторной работы.

Это отношение рекомендуется задавать в пределах 1—5 %.

Для расчета наибольшего шага дискретизации в данном случае можно использовать соотношение


Для окончательного выбора значения необходимо учесть, что оно должно быть в целое число раз больше T = 50 мс.


4. Перед выполнением данного и последующих пунктов задания необходимо выполнить операцию ПОДГОТОВКА:

4.1. Вызвать из памяти ПЭВМ реализацию исследуемого случайного процесса (см. п.1).

4.2. Выполнить последовательно операции ОТОБРАЖЕНИЕ,
2-КАНАЛЬНАЯ ОБР., ПОДГОТОВКА и , подождать окончания операции ПОДГОТОВКА.

ПЭВМ хранит в памяти результаты выполнения подготовительных операций до тех пор, пока не будет закрыто окно с реализацией исследуемого процесса. Поэтому, если данное окно не закрывать, то не требуется повторять операцию ПОДГОТОВКА перед выполнением последующих пунктов задания.

Выборку исследуемого процесса с рассчитанным шагом дискретизации рекомендуется осуществлять в такой последовательности:

4.3. Выбрать последовательно опции ОТОБРАЖЕНИЕ, 2-КАНАЛЬНАЯ ОБР., ДИСКР/КВАНТ и нажать .

4.4. В появившемся окне ПАРАМЕТРЫ ДИСКРЕТИЗАЦИИ / КВАНТОВАНИЯ с помощью , <СТРЕЛКИ> и <ПРОБЕЛ> установить разрядность АЦП — 18, делитель частоты (равен отношению , канал 1; подтвердить установленные параметры (, ).

После выполнения указанных команд на экране монитора ПЭВМ возникнет окно выборки исследуемого процесса с заданным шагом.

Для восстановления дискретизированного процесса необходимо:

4.5. Выбрать последовательно опции ОТОБРАЖЕНИЕ, 2-КАНАЛЬНАЯ ОБР., ВОССТАНОВЛЕНИЕ и нажать .

4.6. В появившемся окне ВИД ВОССТАНОВЛЕНИЯ с помощью клавиш, указанных в п.4.4., выбрать вид восстановления (СТУПЕНЧАТОЕ, OK); подождать до окончания операции восстановления.

Необходимо убедиться в том, что шаг дискретизации и способ восстановления соответствуют п.п.4.4, 4.5 и 4.6. Для этого целесообразно детально рассмотреть достаточно короткий участок восстановленного процесса. Для получения более наглядной картины этого участка рекомендуется дополнительно выполнить последовательно операции КОНФИГУРАЦИЯ, ИНТЕРПОЛЯЦИЯ, СТУПЕНЧАТАЯ, .

Для получения погрешности восстановления как функции времени необходимо:

4.7. Выбрать последовательно опции ОТОБРАЖЕНИЕ, 2-КАНАЛЬНАЯ ОБР., ПОГРЕШНОСТЬ и нажать .

4.8. В появившемся окне ВОССТАНОВЛЕНИЕ установить (см. п.4.6) вид восстановления, соответствующий п.п.3 и 4, а также КАНАЛ 1. Подтвердить установленные параметры (, ). Примерный вид графика погрешности ступенчатой экстраполяции представлен на рис.8.

Среднее квадратическое отклонение погрешности восстанавления определяются так же, как это описано в Методических указаниях 1 (п.7).


5. Спектр погрешности определяется так же, как это описано в Методических указаниях 1 (п.8). Для более детального анализа низкочастотной части спектра исследуемого процесса необходимо осуществить предварительно прореживание реализации этого процесса (увеличить шаг дискретизации).


Рис.8. Возможный вид графика погрешности ступенчатой экстраполяции.

6. Данный пункт задания выполняется аналогично п.п. 3 – 5.

Для оценки снизу наибольшего шага дискретизации при восстановлении с помощью линейной интерполяции можно использовать неравенство
.

Можно также найти значение эмпирически методом последовательных приближений.

Примерный вид графика погрешности линейной интерполяции представлен на рис.9.

Рис.9. Возможный вид графика погрешности линейной интерполяции.

7. Погрешность квантования задается отношением ,

где— с.к.о. погрешности квантования, — с.к.о. исследуемого процесса. Это отношение рекомендуется задавать в пределах 1 — 5 % (при этом , где — с.к.о. погрешности восстановления). При расчете разрядности АЦП необходимо воспользоваться соотношением


,
где q — значение единицы младшего разряда (квант) АЦП.

Разрядность АЦП может быть выбрана в пределах от 4 до 18 двоичных разрядов.


8. Выборка исследуемого процесса при установленной разрядности АЦП осуществляется по методике, описанной в п.4.
9. Статистические характеристики погрешности квантования можно определить по методике, описанной в п.4, а также в п.7 Методических указаний 1. Возможный вид гистограммы погрешности квантования представлен на рис.10.
10. Спектр погрешности квантования определяется по методике, описанной в п.8 Методических указаний 1 применительно к спектру исследуемого процесса.

Рис.10. Возможный вид гистограммы погрешности квантования.



ВОПРОСЫ


  1. Что такое шаг дискретизации?

  2. Что такое погрешность восстановления дискретизированного процесса? Назовите наиболее распространенные способы восстановления.

  3. Как рассчитать наибольший шаг дискретизации, обеспечивающий заданную погрешность восстановления процесса с помощью ступенчатой экстраполяции?

  4. Как рассчитать наибольший шаг дискретизации, обеспечивающий заданную погрешность восстановления процесса с помощью линейной интерполяции?

  5. Почему погрешность восстановления дискретизированного случайного процесса имеет более широкий спектр по сравнению со спектром исходного процесса?

  6. Как рассчитать разрядность АЦП, обеспечивающую заданное с.к.о. погрешности квантования?

  7. Какой вид имеет плотность вероятности погрешности квантования?

  8. Как проверяются гипотезы о виде закона распределения случайного процесса?

  9. Почему погрешность квантования случайного процесса имеет более широкий спектр по сравнению со спектром исходного процесса?

  10. Как оценить суммарное влияние квантования, дискретизации и восстановления на погрешность восстановленного аналогового случайного процесса?

ЛИТЕРАТУРА




  1. Орнатский П.П. Теоретические основы информационно-измерительной техники.-Киев: Вища школа, 1983.

  2. Гольденберг Л.М., Б.Д.Матюшкин, М.Н.Поляк. Цифровая обработка сигналов.-М.: Радио и связь. 1990.

3. Вентцель Е.С., Овчаров Л.А. Теория вероятностей и ее инженерные приложения.-М.: Наука, 1988.
ПРИЛОЖЕНИЕ

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ПРОГРАММЫ GeMiS

Оговорим некоторые термины.

ЭКРАННОЙ КНОПКОЙ будем называть кнопку, нарисованную на экране, с надписью на ней; при нажатии этой кнопки мышью или другим способом создается эффект движения кнопки и выполняются связанные с ней действия.

КЛАВИШАМИ будем называть настоящие клавиши клавиатуры.

НАЖАТЬ МЫШЬЮ означает: подвести курсор мыши к указанному месту и кратковременно нажать левую кнопку мыши. ПЕРЕМЕЩАТЬ МЫШЬЮ означает: подвести курсор мыши к указанному месту, нажать лувую кнопку мыши и, не отпуская ее, перемещать курсор мыши в выбранное место.

Пользовательский интерфейс программы GeMiS реализован в соответствии с требованиями стандарта CUA. В процессе работы экран монитора делится на три области: ОБЛАСТЬ ГЛАВНОГО МЕНЮ (верхняя строка на экране), ОБЛАСТЬ СТАТУСА (нижняя строка) и РАБОЧУЮ ОБЛАСТЬ (оставшаяся часть экрана), содержащую рабочие окна. В области меню отображаются возможные действия оператора в различных подрежимах работы программы, сведенные в систему “ВЫПАДАЮЩИХ” МЕНЮ, выбор из которых выполняется с помощью мыши или клавишами управления курсором клавиатуры.

В области статуса отображается текущее состояние системы и подсказка пользователю.

Рабочая область экрана заполняется окнами, в которых отображаются регистрируемые или просматриваемые данные, информация о сигналах, а также организуется диалог с пользователем. Количество, размер и положение рабочих окон на экране определяется пользователем и может быть изменено в процессе работы. Окно  область экрана, которую можно перемещать, изменять ее размеры, перекрывать, закрывать и открывать.

В программе GeMiS можно иметь любое количество открытых окон (если размер свободной памяти позволяет), однако в любой момент времени может быть активным только одно окно. Активное окно  это окно, с которым в данный момент времени можно работать. Большинство команд относится только к активным окнам.

Существует несколько типов окон, но большинство из них имеют несколько общих элементов: полосу заголовка, закрывающую кнопку, уголок для изменения размеров окна, кнопку масштабирования и номер окна. Активное окно легко отличить по цвету заголовка. Активное окно (не диалоговое) имеет закрывающую кнопку, кнопку масштабирования, кнопки перемещения и уголок изменения размеров. Если окна перекрываются, то активное окно всегда находится на переднем плане.

Закрывающая кнопка расположена в левом верхнем углу. Нажав мышью на эту кнопку, можно закрыть окно. Окно справочной информации рассматривается как временное и может быть закрыто нажатием .

Кнопка масштабирования (двунаправленная стрелка) находится в верхнем правом углу окна. При нажатии мышью на эту кнопку окно увеличивается до максимального размера. При повторном нажатии на эту кнопку окно вернется к своему предыдущему размеру.

Уголок изменения размеров находится в нижнем правом углу окна. Перемещая мышью этот уголок, можно плавно изменять размеры окна.

Полоса заголовка содержит имя и номер окна. Перемещение мышью заголовка ведет к изменению местоположения окна.

Активизировать любое окно можно нажатием в комбинации с номером окна или путем нажатия мышью в поле активизируемого окна.

Полоса меню позволяет выбирать команды меню. Для выбора того или иного пункта меню необходимо нажать мышью на соответствующее слово в меню. Выбранный пункт разворачивается в выпадающее меню второго уровня. Для выбора команды из меню второго уровня необходимо нажать на нее мышью. Некоторые пункты меню второго уровня выполняются немедленно, другие вызывают появление диалоговых окон с дополнительными вопросами или разворачиваются в меню третьего уровня.

Получив на экране одно из меню второго уровня, можно нажимать мышью и на пункты меню первого уровня (ФАЙЛ, ОКНА). Если меню второго уровня вызвано по ошибке, следует нажать мышью за пределами области меню.

Команды меню можно выбирать с помощью клавиатуры. Для этого следует сначала активизировать меню путем нажатия . Признаком активности меню служит выделение одного из пунктов строки меню.

Для перемещения по пунктам меню служат клавиши перемещения курсора (клавиши со СТРЕЛКАМИ), и . Клавиши со стрелками вызывают перемещение по пунктам меню,  выбор указанного пункта, приводящий к появлению меню второго уровня. Нажатие приводит к исчезновению меню второго уровня (если таковое имеется) или к выходу из строки меню. Получив меню второго уровня, можно быстро перейти к соседнему пункту меню первого уровня, нажав клавиши перемещения курсора влево или вправо.

Можно произвольным образом смешивать управление меню клавишами и левой кнопкой мыши.

Рассмотрим особенности диалоговых окон.

Диалоговое окно имеет экранные кнопки и . При нажатии будут выполнены все команды, отмеченные в диалоговом окне. При нажатии указанные команды выполнены не будут, а диалоговое окно исчезнет. Команда , введенная путем нажатия соответствующей клавиши, может быть использована вместо (даже если кнопка отсутствует). В диалоговом окне является кнопкой, заданной по умолчанию, т.е. для выбора этой кнопки достаточно нажать .

Кроме того, диалоговое окно обычно содержит зависимые и независимые кнопки. Отметить кнопку можно мышью или с клавиатуры. В последнем случае необходимо нажать клавишу с буквой, высвеченной на кнопке. Например, нажатие клавиши с буквой O означает выбор кнопки . Для перехода от одной кнопки к другой в диалоговом окне служит клавиша . Переход к кнопке с помощью клавиши делает ее кнопкой по умолчанию. На цветных мониторах кнопки по умолчанию высвечиваются.

Зависимые и независимые кнопки объединяются в группы. Можно иметь любое число включенных независимых кнопок одновременно. Выбор независимой кнопки осуществляется с помощью клавиш со стрелками; для окончательного выбора необходимо нажать <ПРОБЕЛ>. После выбора независимой кнопки на ней появляется символ X, указывающий, что кнопка находится в состоянии ВКЛ. Если этот символ отсутствует, то кнопка находится в состоянии ВЫКЛ. Включать независимые кнопки можно различными способами: нажатием до тех пор, пока кнопка не высветится, а затем нажатием <ПРОБЕЛ>; нажатием клавиши с высвеченной на кнопке буквой; отмечая их или содержащийся в них текст мышью.

Зависимые кнопки отличаются от независимых тем, что они предоставляют взаимно исключающие выборы.Для выбора зависимой кнопки достаточно нажать мышью на нее или на находящийся в ней текст. Для перехода от одной группы зависимых кнопок к другой необходимо нажать .

Последний компонент многих диалоговых окон — окно списка. Окно списка позволяет осуществлять скроллинг и выбор из списков переменной длины без выхода из диалогового окна. Для активизации окна списка необходимо отметить его мышью или нажимать до тех пор, пока список не высветится. Как только окно списка появилось, можно использовать кнопку скроллинга для передвижения по списку.

Программа GeMiS позволяет также работать с сигнальными окнами. Сигнальное окно представляет собой совокупность графика сигнала, экранных кнопок и скроллингов для управления параметрами отображения сигнала. Программой предусмотрено несколько типов сигнальных окон. В данной работе используются только окна типа РЕАЛИЗАЦИЯ-ЛЕНТА и окна отображения сигналов в табличной форме.

Программа GeMiS позволяет осуществлять распечатку любого окна или всего экрана. Для этого необходимо, предварительно подключив к ПЭВМ принтер, выбрать последовательно опции ФАЙЛ и ПЕЧАТЬ ОКНА (или ПЕЧАТЬ ЭКРАНА).

По окончании работы с программой GeMiS необходимо выбрать последовательно опции ФАЙЛ и ВЫХОД или .

СОДЕРЖАНИЕ

Введение..........................................................................................................................

Описание лабораторного стенда...................................................................................

Лабораторная работа №83. Экспериментальное определение характеристик

сигналов измерительной информации.....................................................................

Лабораторная работа № 84. Исследование погрешностей, вызванных

дискретизацией, квантованием и восстановлением аналоговых сигналов...........

Литература......................................................................................................................

Приложение....................................................................................................................


А.П.Быков

Ю.С.Солодов

Компьютерные измерения: Методическое пособие по курсу “Компьютерные измерения”

Редактор издательства








Поделитесь с Вашими друзьями:




База данных защищена авторским правом ©vossta.ru 2022
обратиться к администрации

    Главная страница