1、 电子信息工程课程设计实验报告 1 电子信息工程课程设计电子信息工程课程设计实验报告实验报告 数据采集系统动态有效位测试数据采集系统动态有效位测试 院系：电子信息与光电技术学院院系：电子信息与光电技术学院 专业：电子信息工程专业：电子信息工程 姓名：姓名： 指导老师：指导老师： 20132013 年年 9 9 月月 7 7 日日 电子信息工程课程设计实验报告 2 一、课程设计目的一、课程设计目的 将模拟信号转变为数字信号后再进行处理， 是当前信号处理普遍使用的方法， 模数转换器（ADC）就是将模拟信号转换为数字信号的器件。ADC 有 8 位，10 位， 12 位，16 位等，理论上，转换位数越
2、多，转换精度越高，但由于受到电路噪声 干扰，以及采样频率等因素的影响，实际上所获得的转换精度（转换位数）要低 于理论值。所以，计算 ADC 的有效转换位数对系统性能的评估就显得尤为重要。 本课题就是利用 DSP 实验装置对模拟信号进行数字化，并存储到计算机中，利用 matlab 编程对信号进行处理，计算 ADC 的有效转换位数（ENOB）,通过调整信号 幅度、信号频率、采样频率等参数，获得这些参数与 ENOB 的关系曲线，最终计 算出最佳的 ENOB 值。 二、课程设计内容二、课程设计内容 1、接通信号发生器和示波器的电源，调整信号发生器的频率（小于 5KHz） ，幅 度（峰峰值小于 1V）
3、，利用示波器测量确认后，通过连接电缆将信号发生器的输 出连接到 DSP 实验箱的 INPUT1 端口。 2、用 USB 连接电缆连接主机和 DSP 实验箱 3、接通 DSP 实验箱电源，根据液晶显示屏显示的提示信息进行操作。 1）上电后，首先选择 4 （AD） ，按 ENTER 键确认 2）通过数字键选择采样频率（符合那奎斯特采样定理） ，按 ENTER 键确认 3）选择“1”保存，通过主机上的采集软件，可将采集的数据通过 USB 线上 传到主机。选则“2”不保存，可通过 DSP 试验箱的 OUT3 接口，通过示 波器观察波形，若系统正常，应该能够看到跟信号发生器输出一致的波 形，以此来验证电
4、路系统的正确性。 4）若在 3）选择“1”保存后，主机会提示安装 USB 驱动，正确安装驱动后， 打开主机上的数据采集软件，如图所示： 电子信息工程课程设计实验报告 3 若 USB 驱动安装正确，会出现 EZ-USB-SX2 提示信息。 5）点击“start”,开始数据传输，若系统工作正常，Successed Transfers 后会显示“5” ，表明收到 5 个数据包，若显示信息不是 5，则将 DSP 试 验箱断电，重新开始。 6）若 5）正常，则主机会产生一个数据文件 USB.DAT，这就是 ADC 采集的 数据，共 1024 个采样点，每个采样点为 12 位有效数字，表示为 2 个字 节
5、，高 8 位在前（其中高 4 位为 0） ，低 8 位在后。 4、利用 matlab 编写程序，利用公式求出 ENOB。 三三、实验要求实验要求 1）用 matlab 编写程序，绘制时域波形图、频谱图，计算 ENOB 2）通过改变信号频率、幅度以及采样频率，获取这些参数与 ENOB 的对应关 系，绘制出对应曲线图。 3）设置最佳参数，求出最佳的 ENOB，要求计算出的 ENOB10 4）通过查找资料自己设计最佳的 matlab 程序算法 5）参考方法：对采样数据进行 FFT，求出基波能量和谐波能量，计算出信噪 比（SNR） ，利用公式求解 ENOB 参考公式： ENOB = （SNR-1.79
6、）/6.02 提示：注意采样频率、信号频率、FFT 点数之间的最佳对应关系。 四、四、 实验原理实验原理 1、 动态有效位 ENOB：用来衡量数据采集系统实际工作时有效的位数，它是 用分辨率来衡量实际工作时 ADC 的噪声均方值与理想 ADC 标识分辨率情 况下的量化噪声。ENOB 是量化描述模数转换性能的一种方法，有效位数 越大，表示模数转换中所记录的电压值越精确。 2、 测试动态有效位的原因：对于理想的模数转换器，它具有完美的线性特 性，仅对输入的信号进行简单的量化处理。量化过程会产生量化噪声， 根据信号功率与噪声功率，可以计算出模数转换之后的信噪比 SNR。若 输入信号为纯正弦波，那么 SNR 就可以表示为：SNR=1.52 2B，B 为数模 转换器的位数，将上式表示为 db,则 B=（SNRdb-1.76）/6.02,其中 1.76 为理想 ADC 的量化噪声，6.02 为将 log2 转化为 log10 的系数比。但是 现实
