Ústav fyziky a technologií plazmatu
Fyzikální praktikum pro nefyzikální obory
Pracovní list
Úloha 4: Automatizace měření
Jméno: Naměřeno:
Skupina: Otestováno:
Reprezentace čísel v počítači
1. Najděte ekvivalenty čísel ve dvojkové či desítkové soustavě.
25510 11012 204810
Výpočty:
2. Jaké největší celé kladné číslo lze uložit do 1 bajtu? (bajt, B, je složen z osmi bitů). Předpokládá
se, že nejmenší hodnotou je nula. Zdůvodnění: .
Digitálně-analogový převodník
1. Spočítejte číselný rozsah dvanáctibitového a šestnáctibitového D/A převodníku. Spočítejte ideální
kvantizační krok dvanáctibitového D/A prevodníku v USB-6008 (0 až 5 V) a šestnáctibitového
D/A prevodníku v USB-9263 (-10,7V až 10,7 V).
dvanáctibitový převodník rozsah krok
šestnáctibitový převodník rozsah krok
Výpočty:
1
2. Zadávání záporných čísel:
3. Změřte reálný napěťový rozsah a skutečný kvantizační krok obou převodníků. Pro každý převodník
zadejte přibližně deset čísel včetně minimální a maximální hodnoty. V programu QtiPlot
vytvořte graf závislosti napětí na zadaných číslech, proložte přímkou. Naměřené hodnoty srovnejte
s předpovězenými.
dvanáctibitový převodník rozsah krok
šestnáctibitový převodník rozsah krok
Grafy vytvořené v programu QtiPlot:
Srovnání:
2
4. U dvanáctibitového D/A převodníku USB6008 stanovte z naměřených hodnot chybu ofsetu
a chybu zesílení.
chyba ofsetu chyba zesílení
Výpočet:
5. Nastavte na šestnáctibitovém převodníku USB-9263 napětí 3,2 V. Potřebné číslo předem odhadněte
výpočtem.
vypočtené číslo naměřené napětí
Výpočet:
6. Otestujte vliv vzorkovací frekvence na kvalitu záznamu analogového signálu. K dvanáctibitového
D/A převodníku v USB-6008 připojte do napěťového vstupu analogový mikrofon (BNC redukce,
dva banánky). V pravé části programu nastavte příslušný kanál (USB-6008-ai0), do políčka vedle
nastavujte vzorkovací frekvence 10 kHz, 8,8 kHz, 4,4 kHz, 880 Hz, 440 Hz, 400 Hz a 200 Hz. Změřte
zvuk ladičky o frekvenci 440 Hz. Interpretujte výsledky, víte-li, že platí Shannonův vzorkovací
teorém: ke ztrátě informace (tj. vlastně ke zkreslení) nedochází, je-li vzorkovací frekvence aspoň
dvojnásobkem nejvyšší frekvence obsažené ve spektru zvuku.
Výpočty, vysvětlení, případně obrázky:
7. Pro zájemce: Jak funguje antialiasingový filtr? Modul NI 9218 ho na rozdíl od USB-6008 obsahuje.
Výpočty, vysvětlení, případně obrázky:
3
Počítačová analýza a syntéza zvuku
1. Studujte frekvenční spektra různých zdrojů zvuku (ladičky, lidského hlasu, . . . ). Z grafu odečtěte
na ose y hodnoty několika prvních frekvencí (koeficienty Fourierovy řady).
Ladička má průběh, základní frekvence je . Průběh a frekvenční spektrum
samohlásek je
2. S pomocí stanovených koeficientů syntetizujte zvolený zvuk. Syntetizovaný zvuk se originálu
podobá nepodobá.
3. Ověřte, že platí Ohmův akustický zákon. Na počátečních fázích jednotlivých harmonických složek
výsledný zvuk
závisí nezávisí.
Dvě ladičky, rázy
1. Pozměňte frekvenci ladičky. Na jaké frekvenci nyní kmitá? fn = .
2. Rozezvučte zároveň dvě ladičky, jednu s pozměněnou frekvencí. Kterou ladičku je lepší rozezvučet
jako první?
změněnou nezměněnou, protože
3. Frekvence rázů je frazu = . Rozdíl frekvencí je ∆f = .
Těleso na pružině
1. Stanovte hmotnost tělesa na pružině m = a tuhost pružiny k = .
2. Ze vztahu T = 2π m
k
vypočtěte periodu kmitání T = .
3. Pomocí modulu siloměr zaznamenejte kmitání oscilátoru. Ze záznamu síly určete jeho periodu
Tmer = .
Úvahy a výpočty:
4
Oscilátor s jinou tuhostí nebo hmotností:
Změna výsledné úhlové frekvence při změně vzorkování:
Řízení zdroje napětí AC/DC module ručně
1. Nastavený režim voltmetru a údaje o frekvenci a amplitudě:
Režim , U = V, f = Hz.
Náčrt generovaného průběhu a naměřeného průběhu
2. Nastavený režim voltmetru a údaje o frekvenci a amplitudě:
Režim , U = V, f = Hz.
Náčrt generovaného průběhu a naměřeného průběhu
3. Další poznámky:
5
Program pro řízení otvíracího napětí diod
1. Naměřené hodnoty:
Barva diody , otvírací napětí V,
Poznámka:
2. Naměřené hodnoty:
Barva diody , otvírací napětí V,
Poznámka:
3. Naměřené hodnoty:
Barva diody , otvírací napětí V,
Poznámka:
4. Další poznámky:
6