127. Методы и средства аналого-цифрового преобразования.

Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) являются устройствами, которые принимают входные аналоговые сигналы и генерируют соответствующие им цифровые сигналы, пригодные для обработки микропроцессорами и другими цифровыми устройствами.

Принципиально не исключена возможность непосредственного преобразования различных физических величин в цифровую форму, однако эту задачу удается решить лишь в редких случаях из-за сложности таких преобразователей. Поэтому в настоящее время наиболее рациональным признается способ преобразования различных по физической природе величин сначала в функционально связанные с ними электрические, а затем уже с помощью преобразователей напряжение-код - в цифровые. Именно эти преобразователи имеют обычно в виду, когда говорят об АЦП.

Основными характеристиками преобразователей являются:

1. Динамический диапазон это диапазон изменения входных и выходных величин, который определяется отношением максимального значения входной- X или выходной -Y величин, к минимальным

2. Временные характеристики: период квантования - t; частота квантования fк =1/ t -выбирается в зависимости от спектра сигнала.

- Время преобразования - Тпр - интервал времени от начала преобразования до появления выходного сигнала с заданной точностью. Чем выше точность, тем больше время преобразования. Время преобразования характеризует быстродействие.

3. Точность преобразования, которая зависит от погрешностей: квантования, инструментальной и погрешности аппаратуры (чувствительности датчика, шага квантования, разрядности преобразователя, точности обработки ЭВМ и т. д.).

4. Надежность, достоверность, помехозащищенность, сбои и отказы.

Существует ряд методов аналого-цифрового преобразования: последовательного счета; поразрядного уравновешивания; двойного интегрирования; с преобразованием напряжения в частоту; параллельного преобразования.

Наиболее часто используется метод поразрядного уравновешивания (последовательного преобразования), при этом последовательно формируются коды, начиная с цифры старшего разряда 2n-1 и завершая младшим (первым). Эти коды поступают на ЦАП, выход которого, сравнивается со входным сигналом.

Большинство схемных реализаций АЦП основано или на использовании внутреннего ЦАП, или на применении некоторого способа интегрирования для реализации функции преобразования. Но существуют АЦП, не относящиеся к этим классам – в них реализован способ параллельного или мгновенного преобразования.

АЦП последовательного приближения. Это наиболее распространенные АЦП в системах со средним и высоким быстродействием. В этих АЦП выходной сигнал ЦАП нарастает до уровня входного сигнала точно за n тактов (для преобразователя разрядностью n бит), при этом время преобразования не зависит от уровня входного сигнала. Данный метод основан на аппроксимации входного сигнала двоичным кодом и последующей проверке правильности этой аппроксимации для каждого разряда кода, пока не достигается наилучшее приближение к величине входного сигнала. На каждом этапе этого процесса двоичное представление текущего приближения хранится в регистре последовательного приближения (РПП).