2.2.2. Аналого-цифровой преобразователь

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП или ADC, – analog-to-digital converter) преобразует реализации аналогового сигнала непрерывного сообщения в цифровую форму – поток двоичных символов нулей и единиц (где – длительность двоичного символа; – его номер в потоке), т. е. в последовательность биполярных импульсов, сопоставляя нулевым символам прямоугольные импульсы положительной полярности, а единичным – отрицательной [5, стр. 114; 6, стр. 158]. Амплитуда импульсов равна 1 В

Замечание 2. Термин амплитуда [< лат. Amplitude – величина] колебаний – наибольшее отклонение колеблющейся физической величины S от среднего положения или от некоторого значения, условно принятого за нулевое: (например, максимальное значение силы тока в переменном токе).

Замечание3. В основу процесса временной дискретизации непрерывного (аналогового) сообщения – положена теорема Котельникова (теорема отсчётов). Первоначальная идея принадлежит английскому математику Э.Т. Уиттекеру (Whittaker Edmund Taylor, 1873-1956), данная теорема была открыта им как один из частных результатов теории интерполяции функций. В 1924 году Г. Найквист установил один из основополагающих законов теории связи, связанный с переходом от аналоговых систем передачи к цифровым: , где N – число отсчётов, необходимое для представления сигнала длительностью T, и F – полоса частот, занимаемая сигналом. Строгое доказательство теоремы и её современная как теоретическая, так и физическая трактовка приведены в работе В.А. Котельникова в 1933 году. Позже, в 1948 году, аналогичное утверждение было установлено К. Шенноном. Учитывая заслуги этих выдающихся учёных, теорему называют теоремой Уиттекера–Котельникова–Шеннона или иногда теоремой Найквиста [6, стр. 12].

Замечание 4. RS-232 (англ. Recommended Standard 232 – Рекомендованный стандарт) — физический уровень для асинхронного (UART) интерфейса http://ru.wikipedia.org/wiki/RS-232. Исторически имел широкое распространение в телекоммуникационном оборудовании для персональных компьютеров. В настоящее время всё ещё широко используется для подключения всевозможного специального оборудования к компьютерам, однако активно вытесняется интерфейсом USB. Изначально создавался для подключения телефонных модемов к компьютерам. Постепенно телефонные модемы перешли на другие интерфейсы (USB), но разъем RS-232 имелся на всех персональных компьютерах и многие изготовители оборудования использовали его для подключения своего оборудования. Например, компьютерные мышки. В настоящее время чаще всего используется в промышленном и узкоспециальном оборудовании, встраиваемых устройствах. Присутствует на несколько устаревших стационарных персональных компьютерах, в современных чаще всего доступен через дополнительный контроллер/преобразователь (как правило, RS-232 не ставят на портативных компьютерах — на ноутбуках, нетбуках, КПК и т.п.).

RS-232: информация передаётся по проводам двоичным сигналом с двумя уровнями напряжения [9, стр. 1083-1094]. Логическому «0» соответствует положительное напряжение от +5 до +15 В для передатчика, а логической «1» отрицательное от –3 до –15 В для передатчика) – рис.1-рис.4. http://www.softelectro.ru/rs232.html

Рис.1 Уровни сигналов UART по стандарту RS-232c

Рис.2. Выше приведена "осциллограмма" одного фрейма при следующих настройках: 8 битов данных, контроль по нечетности (parity odd), 1 стоповый бит

Требуется определить [1, стр. 7-9, подраздел 3.2. Аналого-цифровой преобразователь]:

• интервал дискретизации в [мкс] сигнала для получения отсчётов реализации , ;

• частоту дискретизации в [кГц] сигнала ;

• число уровней квантования L с учётом того, что разрядность АЦП составляет для всех номеров вариантов m;

• мощность шума квантования в [мВ²];

• относительную мощность шума квантования в [дБ];

• и записать реакцию АЦП в виде 9-разрядного двоичного числа J₂, соответствующее заданному уровню квантования J₁₀=500-3m;

• и начертить временную диаграмму отклика АЦП на заданный уровень квантования J₂ в виде последовательности биполярных импульсов, сопоставляя нулевым символам прямоугольные импульсы положительной полярности, а единичным – отрицательной [5, стр. 114; 6, стр. 158]. Амплитуда импульсов равна единице. Над импульсами надписать значения соответствующих двоичных информационных символов (0 – «ноль» или 1 – «единичка»). Длительность отклика (импульса) АЦП на каждый отсчёт не должна превышать уже рассчитанного Вами интервала дискретизации ;

• и представить своему руководителю КР на проверку записанные в пояснительной записке к КР результаты расчётов в основных единицах СИ (допустимая погрешность расчётов не более 5%)

№ пп	Наименование показателя	Обозначение показателя	Расчётное значение показателя	Размерность
1	Интервал дискретизации сигнала			[мкс]
2	Частота дискретизации сигнала			[кГц]
3	Число уровней квантования	L
4	Мощность шума квантования			[мВ2]
5	Относительную мощность шума квантования			[дБ]
6	Отклик АЦП на отсчёт J10=500-3m в виде 9-разрядного двоичного числа	J2