Лекция 24 Аналогово-цифровые преобразователи

Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) представляют собой устройства для автоматического преобразования аналоговых величин в числовые значения кодов. Обычно входной величиной является напряжение, это объясняется тем, что промышленность выпускает интегральные схемы АЦП для преобразования напряжений. Практически все современные АЦП ориентированы на совместную работу с микропроцессорными системами и содержат элементы интерфейса (буферные регистры, дешифраторы адреса) и вспомогательные узлы, улучшающие метрологические характеристики и расширяющие функциональные возможности. Это буферные усилители с программируемым коэффициентом усиления, схемы автокалибровки и автоподстройки, ОЗУ, ПЗУ, цифровые фильтры.

Напряжение характеризуется мгновенным значением, но часто информативным является его среднее значение за определенный интервал времени. АЦП подразделяют на две группы: АЦП мгновенных значений и АЦП средних значений напряжений. При определении средних значений напряжений применяется операция интегрирования, поэтому такие АЦП называют интегрирующими.

Процедура АЦП преобразования представляет собой преобразование непрерывной функции напряжения в последовательность чисел, гдеn=1,2,3…отсчеты, отнесенные к некоторым фиксированным моментам времени.

В процессе АЦП преобразования производятся три операции: дискретизация, квантование и кодирование.

Дискретизация – это преобразование непрерывной функции в (рисунок 24.1.а) в последовательность ее отсчетов в определенные моменты времени (рисунок 24.1.b). Дискретизация бывает равномерной и неравномерной. При равномерной - период дискретизации остается постоянным, при неравномерной - меняется в зависимости от скорости изменения входного сигнала. Такая дискретизация называется адаптивной.

Квантование – это замена мгновенных значений напряжений некоторыми определенными уровнями, которые называют уровнями квантования (рисунок 24.1.c). Уровни квантования содержат целое число квантов. По существу это округление непрерывной величины до целого значения квантов. Ошибка квантования составляет половину кванта.

Кодирование – это преобразование дискретных квантованных величин в последовательность цифр, в код (рисунок 24.1.d). В АЦП используются четыре основных типа кода: натуральный двоичный, двоично-десятичный и код Грея.

Рисунок 24.1 - Процессы АЦП преобразования, а – непрерывный сигнал,

b – процесс дискретизации, c - процесс квантования,

d –процесс кодирования

24.1 Параметры ацп

Современный АЦП в интегральном исполнении является сложным электронным устройством. Для описания его свойств важен ряд показателей: входное и выходное сопротивление, потребляемая мощность, уровни входных и выходных сигналов, напряжение и полярность источников питания, наличие источников опорного напряжения, рабочий диапазон температур и т.д.

При выборе АЦП особое внимание обращают на метрологические показатели. Их разделяют на статические и динамические параметры.