2 Дискретизація аналогових сигналів
У інформаційно-управляючих системах часто виникає задача обробки аналогових повідомлень, знятих з аналогових датчиків. Для введення такої інформації в комп'ютер, що веде обробку в цифровому вигляді, здійснюється дискретизація (квантування) аналогових сигналів.
Розрізняють 3-и види дискретизації:
за рівнем;
за часом;
за рівнем і часом (комбінована).
Розглянемо кожний з названих видів квантування більш докладно.
2.1 Квантування за рівнем
Припустимо, що інформація відображається аналоговою (безперевною) напругою U(t), що повільно змінюється за законом, поданим на рисунку 2.1.
|
|
|
Рисунок 2.1 |
Миттєві значення цієї напруги лежать у діапазоні ((Umin=0)..Umax)). При виконанні операції квантування за рівнем діапазон зміни значень безперервної величини розбивається на ряд рівнів Nр, включаючи нульовий. Число Nр визначається з виразу
,
(
2.1 )
де U - величина кроку квантування за рівнем. Остання є постійною величиною (U=const), і визначається необхідною похибкою дискретизації. У нашому прикладі Nр = 5. Кожний рівень пронумерований у десятковій системі числення. Робота квантувача зводиться до слідуючого: він визначає моменти часу, коли вхідний аналоговий сигнал досягає чергового дискретного рівня. Ці моменти позначені t0, t1, t2, t3... Очевидно, що при нелінійному вхідному сигналі інтервал між сусідніми часовими відліками є змінною величиною (t = var). Прикладом пристроїв, у яких здійснюється квантування за рівнем є релейні (граничні) пристрої.
2.2 Квантування за часом
При виконанні операції квантування за часом (рисунок 2.2.) аналоговий вхідний сигнал замінюється дискретним, що знімається з виходу квантувача в дискретні моменти часу t1, t2, t3,... Інтервал між сусідніми моментами часу t=t1-t0=t2-t1=...=const. Очевидно, що різниця сусідніх значень вхідного сигналу при нелінійному законі зміни вхідної напруги є змінною величиною (U=var).
|
|
|
Рисунок 2.2 |
Прикладом пристроїв, у яких здійснюється квантування за часом є імпульсні системи автоматичного керування.
2.3 Квантування за рівнем і за часом
Робота такого перетворювача (рисунок 2.3.) зводиться до того, що з безперевного сигналу періодично проводяться вибірки миттєвих значень. Часовий інтервал між сусідніми вибірками t = const. Кожна вибірка округляється перетворювачем до найближчого рівня квантування, отриманого від дискретизації за рівнем. Інтервал між сусідніми рівнями U = const. Значення рівня представляється в десятковій або двійковій системі числення (десятковим або двійковим кодом).
|
|
|
Рисунок 2.3 |
Код рівня в свою чергу представляється цифровим сигналом. Вихідний сигнал має східчасту форму і з визначеним ступенем точності відповідає перетворюваній аналоговій напрузі. За таким принципом працюють електронні аналогово-цифрові перетворювачі (АЦП) [10,13].