Мелкие вопросы по теории

[Solidum]

Доброго дня.

Хочу задать вопрос по работе АЦП звуковой карты ПК. В процессе изучения информации пришёл к некоторой неопределённости, с одной стороны PCM кодируется значениями целых чисел, причём обычно их представляют в литературе как беззнаковые. То есть, для 16-ти битного канала значения амплитуды могут принимать значения от 0 до 65535. Так вот, какие напряжения соответствуют этим цифровым значениям? Собственно, важным для меня являются не числовые значения, а диапазоны, например: 0 - 0 В, 65535 - X В или 0 - -Y В, 65535 - +Z В. И второе, как правильно формировать полярность сигнала для динамика?

[Ivanoff-iv]

как связан АЦП и динамик?
АЦП — это вход, а динамик обычно цепляют к выходу.

Добавлено after 3 minutes 25 seconds:
вообще обычно напряжение сначала приводится к беззнаковому — сдвигается вверх на пол амплитуды, а потом цифруется и наоборот,
из цифрового снача получается аналоговый беззнаковый сигнал, потом сдвигается (возможно, ето бывает сделано внутри микросхемы, не знаю)

[Solidum]

[uquote="Ivanoff-iv",url="/forum/viewtopic.php?p=3452440#p3452440"]как связан АЦП и динамик?
АЦП — это вход, а динамик обычно цепляют к выходу.[/uquote]
Прошу извинить, ЦАП, конечно.

[uquote="Ivanoff-iv",url="/forum/viewtopic.php?p=3452440#p3452440"]Вообще обычно напряжение сначала приводится к беззнаковому — сдвигается вверх на пол амплитуды, а потом цифруется и наоборот,
из цифрового снача получается аналоговый беззнаковый сигнал, потом сдвигается (возможно, ето бывает сделано внутри микросхемы, не знаю)[/uquote]
Вот, одна из проблем в том, что знаковые форматы в ПК ассиметричны, то есть: -32768...+32767, так как 0 относится к положительным числам.

Пока в этой теме я мало что понимаю, поэтому хочу послушать мнения.

[Ivanoff-iv]

в звуковухе на выходе стоит конденсатор, он и сдвинет на сколько надо...

[Solidum]

[uquote="Ivanoff-iv",url="/forum/viewtopic.php?p=3452451#p3452451"]в звуковухе на выходе стоит конденсатор, он и сдвинет на сколько надо...[/uquote]
Если мне, например, хочется получить сигнал вида:
y(t) = A * sin(t) + B,
то как лучше поступить? Назначить B по примерной середине диапазона 0...65535, то есть 32767.
Как бы можно будет использовать почти максимальную амплитуду (A max = 32767).

Или же как-то иначе это надо делать, может что стандартизировано?

[Ivanoff-iv]

не обязательно использовать ЦАП от края до края, оставь ты этот один отсчет в угоду симметрии, а можно оставить и больше в угоду круглому значению амплитуды (например сделать от -30000 до 30000)...

Добавлено after 2 minutes 9 seconds:
а как ты планируешь так ровно на половину опорного напряжения + или - 0,5 отсчета выходной сигнал сдвинуть?

[Solidum]

[uquote="Ivanoff-iv",url="/forum/viewtopic.php?p=3452467#p3452467"]а как ты планируешь так ровно на половину опорного напряжения + или - 0,5 отсчета выходной сигнал сдвинуть?[/uquote]

y(t) = A * sin(t) + B

A = 32767, B = 32767.
y_max = 32767 * 1 + 32767 = 65534, то есть чуть меньше 65535, которое остаётся бесполезным.
y_mid = 32767 * 0 + 32767 - середина эквивалентна целому значению.
y_min = 32767 - 32767 = 0

А вот если 65535 / 2, то будет 32767,5. Если подумать, то такую синусоиду тоже можно обсчитать. Или я чего не понял?

[Ivanoff-iv]

если точно, то середина диапазона и есть твои 32767,5 так вот чтобы получить ровно 0 эти 0,5 надо или добавить в аналоге к средней точке или отнять... но я не очень представляю зачем нужна такая точность, ведь если весь размах, допустим 3в, то эти полшага будут меньше 23мкВ... т.е. если вычитать из сигнала 1,50002289В тогда задав АЦП 32768 получим на выходе ровно 0.

Добавлено after 3 minutes 57 seconds:
и второй вопрос, как такую точность получить на практике?

Добавлено after 10 minutes 46 seconds:
если ты про цифровую часть, то да, чтобы получит из 0 в знаковом представлении, перед отправкой в ЦАП к числу тоже нужно прибавить полдиапазона 32767 или 32768 (смотря какой из отсчетов принят за 0).

[Solidum]

[uquote="Ivanoff-iv",url="/forum/viewtopic.php?p=3452499#p3452499"]если точно, то середина диапазона и есть твои 32767,5 так вот чтобы получить ровно 0 эти 0,5 надо или добавить в аналоге к средней точке или отнять... но я не очень представляю зачем нужна такая точность, ведь если весь размах, допустим 3в, то эти полшага будут меньше 23мкВ...

Добавлено after 3 minutes 57 seconds:
и второй вопрос, как такую точность получить на практике?[/uquote]

Ну, вообще 16-бит это очень много, большинство МК, которые я встречал, имеют АЦП по 8...12 бит, а ЦАП 6...8 бит. Так как из практических соображений большее число бит даёт представление точнее уровня шумов. Хотя в студийной звукозаписи практикуют и 24 бита. Скорее всего, 16 бит сделали в угоду выравниванию по границе слова, но это мои догадки.

Другое дело, как поступать правильно? Если ноль лежит между двумя уровнями, то нужно считать именно средний уровень 32767,5, стало быть переходить к увеличению разрядности при расчёте. Если ноль лежит на 32767, то это должно быть стандартизировано, а то мало ли он находится на другом значении?

[Ivanoff-iv]

количество ступеней ЦАП есть степень 2, значит число четное, а значит его никогда не получится разделить на 2 так, чтобы осталовь ещё одно значение для 0 как ни увеличивай разрядность.
допустим мы просто используем ЦАП и довольствуемся диапазоном от нуля до максимального тут всё просто. если нам надо выйти за пределы этого диапазона - его можно сдвинуть, допустим вниз, но чтобы цифра, задаваемая в ЦАП соответствовала действительности сколько мы отняли в аналоге, столько должны прибавить в цифре
наш пример - отнимаем полдиапазона и ещё полшага (т.к. мы не можем разделить весь диапазон на 2 равные части) так у нас и выйдет потом одна половина на полшага короче, другая длинней - разница в шаг (как и у целого числа со знаком)...
пс. попробуй поделитьтпополам диапазоны 1-3 битные ЦАП (для тренировки)

[Solidum]

[uquote="Ivanoff-iv",url="/forum/viewtopic.php?p=3452542#p3452542"] количество ступеней ЦАП есть степень 2, значит число четное, а значит его никогда не получится разделить на 2 так, чтобы осталовь ещё одно значение для 0 как ни увеличивай разрядность.[/uquote]

Вот смотри: значения ЦАП - текущие представления.
3 - 3 В - +1 В
2 - 2 В - 0 В
1 - 1 В - -1 В
0 - 0 В - -2 В

Меняем представление
3 - +1,5 В
- +1,0 В
2 - + 0,5 В
- 0 В
1 - -0,5 В
- -1,0 В
0 - -1,5 В

Как видишь, ступеней 1, 0,5, 0, -0,5, -1 в реальности не существует, но благодаря увеличению разрядности на 1 бит мы с ними можем работать.

y(t) = A * sin(t), B не пишу, так как B = 0, а A = 1,5 В.

Далее при округлении задаю гистерезис: если разница между предыдущим и последующим значением по модулю меньше или равна 0,5 В, то сохраняю предыдущее значение, иначе перескакиваю на следующее. Было бы не плохо снабдить это иллюстрацией, конечно.

Есть ещё способ ликвидации погрешности через смещение во времени, можно даже оба применить, рассчитывая какой из случаев точнее. Но это всё дюже сложно выглядит. И реальное состояние покоя в таком случае не будет нулевым. Зато синусоида будет с полной амплитудой в 32767,5 единиц.

[ПростоНуб]

Что-то я туплю...
Нужно, чтобы при включении у данной схемы светодиод не светился при отсутствии сигнала на входе. На практике, в отличии от эмуляции в MultiSim, он загорается и гаснет через несколько десятков секунд.


Просьба сильно бить, так как схему сочинял сам. Для общего понимания, расскажу, чего же я хотел. На штатной магнитоле в автомобиле, кроме входа AUX есть еще вход телефона. Включается он не кнопкой, а замыканием на землю отдельного вывода. Причем, как только на этом выводе оказывается снова высокий потенциал, магнитола возвращается к прерванному действию - проигрыванию музыки с диска, радиоприему или усилению звука со входа AUX. Что особенно приятно, уровень громкости для входа телефона регулируется и запоминается отдельно. Так как выводить какой-то переключатель и использовать его вручную мне показалось неудобным, то захотелось сваять схему, подающую низкий уровень на вход магнитолы, как только детектируется сигнал от телефона именно по профилю гарнитуры, а не воспроизведения музыки. Простейший пиковый детектор не заработал, в первую очередь, из-за наличия шумов. Но так как все шумы были или частотой 100Гц и ниже, или 3КГц и выше, пришлось реализовать полосовой фильтр. Схема заработала и чутко реагирует даже на тихие фразы и вздохи собеседника. Одна беда - при включении она стабильно отключает магнитолу. Куда присобачить емкость(?), чтобы этого не происходило и чтобы полосовой фильтр не скривился я, увы, придумать пока не смог (
Был бы весьма благодарен за подсказку.

[Ivanoff-iv]

в мультике все конденсаторы предварительно заряжаются, и чтобы увидеть в нем свою беду - поставь выключатель в питание (сначала запускай симуляцию, а потом подавай питание).
По борьбе: поставь резистор последовательно D1. конденсатор уже не будет заряжаться до порога от каждого шороха и сработка при включении уберётся, более же длительные воздействия легко переключат плату.
а зачем тебе D2,С4 ? я понимаю - первый ОУ фильтрует базар , второй - пороговый детектор, чтобы его не колбасило - добавь ему ПОС (резистор со светодиода на 6 ногу), и он будет включаться при более высоком уровне, а выключаться при низком, и ключ Q1 можно будет прицепить к нему напрямую.
а нужен ли там ключ? если поменять местами 5 и 6 ноги - сигнал на выходе второго ОУ инвертируется и его хватит для зажигания светодиода, тогда ПОС организуется резистором с 7 ноги на 5ю. только платка работает от 12, а магнитола скорее всего оперирует 5в - в этом случае при прямом зацеплении к ОУ я бы добавил диод (чтобы 12в в магнитолу не проскочили).

—————
Solidum, увеличение разрядности, впринципе равносильно использованию не всего диапазона... в примере у тебя осталось 7 отсчетов (куда 8й дел? ) а он существует, и если его тоже вписать в ряд, картина будет не столь радужной... к томуж в него (в этот добавочный разряд) тоже надо данные передавать.
я тебе сразу говорил - нужен 0 забей на один отсчет, а если просто музыку выводить (у тебя вначале фигурировал динамик) - ставь на выход конденсатор и не парься.

[ПростоНуб]

[uquote="Ivanoff-iv",url="/forum/viewtopic.php?p=3452708#p3452708"]а зачем тебе D2,С4 ?[/uquote]
После полосового фильтра (U1A) сигнал пляшет на сотни милливольт. Больше не получается. Если увеличивать коэффициент усиления, то приходится увеличивать и добротность, но тогда детектору не достаются либо мужские басы, либо детские голоски. А сотней милливольт конденсатор на долго не зарядить. С другой стороны, хилый выход ОУ 20мкФ без порогового детектора между ОУ просто не успевал заряжать. Ему же достается не весь базар, а только обертона в диапазоне от 400 до 600 Гц. Поэтому я и влепил два пороговых детектора. В принципе, при наличии резисторов этак на 10М, можно было бы еще поиграться, но у меня больше, чем на 1М в загашнике не нашлось.

[uquote="Ivanoff-iv",url="/forum/viewtopic.php?p=3452708#p3452708"]я понимаю - первый ОУ фильтрует базар , второй - пороговый детектор, чтобы его не колбасило - добавь ему ПОС (резистор со светодиода на 6 ногу), и он будет включаться при более высоком уровне, а выключаться при низком, и ключ Q1 можно будет прицепить к нему напрямую.[/uquote]
Попробую, но боюсь, что чувствительность упадет ниже необходимого мне уровня. Как уже писал выше, из-за тесной связи между добротностью и усилением полосового фильтра тут сильно не разгонишься (

Добавлено after 1 hour 2 minutes 6 seconds:
[uquote="Ivanoff-iv",url="/forum/viewtopic.php?p=3452708#p3452708"]в мультике все конденсаторы предварительно заряжаются, и чтобы увидеть в нем свою беду - поставь выключатель в питание (сначала запускай симуляцию, а потом подавай питание).[/uquote]
Огромное спасибо и низкий поклон! Все увидел. Емкость с земли на среднюю точку первого ОУ (3 нога) полностью решила мою проблему.

P.S. Есть смысл данную схему опубликовать здесь с подробным описанием, раз уж она заработала как хотелось? Или она никому не интересна?

[Ivanoff-iv]

А если так?

Спойлер

1) твой фильтр оставлен без изменений
2) сделана общая шина опорного напряжения, с фильтрацией от питания С4
3) R2 задает падение напряжения на R5, а значит и ток через него
4) R12 компенсирует падение напряжения на диоде, повышая чувствительность (регулировка порога)
5) R6, R7 задают гистерезис (разница вкл/выкл уровней)
6) R11 должен помочь бороться с разовыми помехами.
пс чето крупновато вышло...
нашел у себя ошибку - С4 надо подключить до R12, а не после. (исправил)

Добавлено after 26 minutes 53 seconds:
ПростоНуб, у тебя в схеме осталась зависимость от бросков по питанию, скорее всего схема будет переключаться на телефон при снижении напряжения в сети (включение мощных потребителей, останов мотора), чтобы этого избежать соедини оба делителя (напряжения на них равны) R6 и 7 станут не нужны и переключи минус С3 на это же соединение...

[ПростоНуб]

[uquote="Ivanoff-iv",url="/forum/viewtopic.php?p=3452751#p3452751"]А если так?[/uquote]
Так 10мкФ и 1М дают сохранение пика только на 10-12 секунд, да и то, при зарядке конденсатора до 10-11 вольт и разрядке до 1-2 вольт. А мне надо в четыре раза больше.
Это не считая того, что Ваша схема в симуляторе вообще не работает, устойчиво зажигая светодиод, вне зависимости от частоты входного сигнала.

Добавлено after 4 minutes 19 seconds:
[uquote="Ivanoff-iv",url="/forum/viewtopic.php?p=3452751#p3452751"]соедини оба делителя (напряжения на них равны) R6 и 7 станут не нужны и переключи минус С3 на это же соединение...[/uquote]
Раз они стали уже равны, то конечно соединю. Просто изначально они были не равны, пока вместо 1N4007 стоял 1N5817

[Ivanoff-iv]

фильтр оставлен твой. какие параметры входного сигнала (амплитуда)?
чувствительность убавляй убавляя сопротивление R12.
время задержки увеличивай убавляя сопротивление R2.

Добавлено after 2 minutes 1 second:
почему не равны? у тебя два одинаковых делителя, запитаны от одного и того же питания... почему они должны по разному делить?
(я имею ввиду напряжения на 3 и 6 ногах микросхемы по твоей исходной схеме).

Добавлено after 6 minutes 5 seconds:
у меня хорошо работает (проверяй правильность перерисовки), проект отправил в лс (протеус 8.6)

[ПростоНуб]

[uquote="Ivanoff-iv",url="/forum/viewtopic.php?p=3452796#p3452796"]фильтр оставлен твой. какие параметры входного сигнала (амплитуда)?
чувствительность убавляй убавляя сопротивление R12.
время задержки увеличивай убавляя сопротивление R2.[/uquote]
Сейчас срабатывает от 5 милливольт в диапазоне от 450 до 580 Гц и от 10 милливольт в диапазоне от 400 до 650 Гц.
На самом деле тут все понятно. В MultiSim сразу видно, что уровень напряженя на 3-ей ноге первого ОУ в Вашей схеме всегда выше уровня напряжения на 5-ой ноге второго ОУ.

Даже если уменьшить резистор до 0.1 Ома


[uquote="Ivanoff-iv",url="/forum/viewtopic.php?p=3452796#p3452796"]почему не равны? у тебя два одинаковых делителя, запитаны от одного и того же питания... почему они должны по разному делить?
(я имею ввиду напряжения на 3 и 6 ногах микросхемы по твоей исходной схеме).[/uquote]
Потому что второй ОУ должен срабатывать со смещением от уровня выхода первого ОУ при отсутствии сигнала. Иначе бы он на любой шум реагировал, не взирая на полосовой фильтр. Пока стоял диод Шоттки, это смещение я обеспечивал разными делителями. Но оказалось, что проще поставить обычный диод, который и обеспечил необходимое смещение падением напряжения на нем, благодаря мегаомному резистору на землю.
Поэтому у меня без сигнала уровень на входе второго ОУ на 200-300 милливольт ниже, чем в средней точке. При коэффициенте усиления полосового фильтра в 100 это обеспечивает срабатывание на импульсы от 3 милливольт. если их частота в районе 520Гц.


P.S. Я же с этим прототипом уже катался несколько дней на машине. Кроме ложного переключения при включении зажигания никаких иных проблем обнаружено не было.

[Ivanoff-iv]

я то всей истории не знаю...
Понятно — тогда R12 замкни.
просто я не люблю полагаться на нерегулируемые параметры (в данном случае падение на диоде...) по крайней мере на этапе разработки
а про задержку что скажешь?

[Solidum]

[uquote="Ivanoff-iv",url="/forum/viewtopic.php?p=3452708#p3452708"]Solidum, увеличение разрядности, впринципе равносильно использованию не всего диапазона... в примере у тебя осталось 7 отсчетов (куда 8й дел? ) а он существует, и если его тоже вписать в ряд, картина будет не столь радужной... к томуж в него (в этот добавочный разряд) тоже надо данные передавать.[/uquote]
В том то и дело, что 8 разряд не имеет ни представления, ни отображения на диапазон выхода ЦАП, зато позволяет сделать синус амплитудой во весь диапазон ЦАП. Ладно, суть вопроса была в том, какой подход правильнее?

Ещё есть вот какое непонимание: если задавать точки последовательностью вида: 10101010... , то получится, что синус можно построить по его экстремумам с частотой равной половине частоты дискретизации по времени, то есть для 44100 Гц дискретизации получится 22050 Гц синус. Однако, при простом выводе в ЦАП там будет не синус, а пила, которая будет иметь высшие гармоники. Так вот, какой подход применяется на практике: просто аналоговый фильтр, срезающий всё, что выше 22 кГц или есть какая-то цифровая субдискретизация для обсчёта промежуточных значений?