W elektronice sygnały dzielą się na: analogowe, dyskretne i cyfrowe. Po pierwsze, wszystko, co czujemy, widzimy, słyszymy, w większości jest sygnałem analogowym, a to, co widzi procesor komputera, jest sygnałem cyfrowym. Nie brzmi to zbyt czysto, więc zajmijmy się tymi definicjami i tym, jak jeden rodzaj sygnału jest konwertowany na inny.

W reprezentacji elektrycznej sygnał analogowy, sądząc po nazwie, jest analogiem wartości rzeczywistej. Na przykład, przez całe życie stale odczuwasz temperaturę otoczenia. Nie ma przerw. Jednocześnie odczuwasz nie tylko dwa poziomy „ciepła” i „zimno”, ale nieskończoną liczbę doznań opisujących tę wartość.

Dla osoby „zimno” może być różne, może to być jesienny chłód i zimowy mróz, a lekkie przymrozki, ale nie zawsze „zimno” to temperatura ujemna, tak jak „ciepło” nie zawsze jest temperaturą dodatnią.

Wynika z tego, że sygnał analogowy ma dwie cechy:

1. Ciągłość w czasie.

2. Liczba wartości sygnału dąży do nieskończoności, tj. sygnał analogowy nie może być dokładnie podzielony na części lub stopniowany poprzez podzielenie skali na określone sekcje. Metody pomiaru - oparte na jednostce miary, a ich dokładność zależy tylko od podziału skali, im mniejsza tym dokładniejszy pomiar.

Sygnały dyskretne to sygnały będące sekwencją raportów lub pomiarów o określonej wielkości. Pomiary takich sygnałów nie są ciągłe, ale okresowe.

Spróbuję wyjaśnić. Jeśli zainstalowałeś gdzieś termometr, mierzy on wartość analogową - wynika to z powyższego. Ale ty, faktycznie podążając za jego świadectwem, otrzymujesz dyskretne informacje. Dyskretny oznacza oddzielny.

Na przykład obudziłeś się i dowiedziałeś, ile stopni jest na termometrze, następnym razem spojrzałeś na niego w południe, a trzeci raz wieczorem. Nie wiesz, jak szybko zmieniała się temperatura, równomiernie lub w gwałtownym skoku, znasz tylko dane w tym momencie, który obserwowałeś.

To zestaw poziomów, takich jak 1 i 0, wysoki i niski, tak lub nie. Głębokość odbicia informacji w postaci cyfrowej jest ograniczona pojemnością urządzenia cyfrowego (zestaw logiczny, mikrokontroler, procesor itp.) Okazuje się, że idealnie nadaje się do przechowywania danych logicznych. Jako przykład możemy podać, że do przechowywania danych typu „Dzień” i „Noc” wystarczy 1 bit informacji.

Fragment- jest to minimalna wartość do przedstawienia informacji w postaci cyfrowej, może przechowywać tylko dwa rodzaje wartości 1 (logiczna, wysoki poziom) lub 0 (logiczne zero, niski poziom).

W elektronice część informacji jest reprezentowana jako niski poziom napięcia (bliski 0) i wysoki poziom napięcia (w zależności od konkretne urządzenie, często pokrywa się z napięciem zasilania danego węzła cyfrowego, typowe wartości to 1,7, 3,3. 5V, 15V).

Wszystkie wartości pośrednie pomiędzy przyjętymi niskimi i wysokimi poziomami są obszarem przejściowym i mogą nie mieć określonej wartości, w zależności od obwodu, zarówno urządzenia jako całości, jak i wewnętrznego obwodu mikrokontrolera (lub dowolnego innego urządzenia cyfrowego) mogą mają inny poziom przejścia, np. dla logiki 5-tivoltowej wartości napięć od 0 do 0,8V można przyjąć jako zero, a od 2V do 5V jako jedność, natomiast odstęp między 0,8 a 2V jest nieokreślony strefa w rzeczywistości za jej pomocą zero jest oddzielone od jedynki.

Im dokładniejsze i pojemniejsze wartości musisz przechowywać, tym więcej bitów potrzebujesz, podajmy przykładową tabelę z cyfrowym wyświetlaczem czterech wartości pory dnia:

Noc - Rano - Dzień - Wieczór

Do tego potrzebujemy już 2 bity:

W ogólnym przypadku konwersja analogowo-cyfrowa to proces konwersji wielkości fizycznej na wartość cyfrową. wartość cyfrowa jest zbiorem jedynek i zer akceptowanych przez jednostkę przetwarzającą.

Taka transformacja jest konieczna dla interakcji technologii cyfrowej z otoczeniem.

Ponieważ analogowy sygnał elektryczny podąża za kształtem sygnału wejściowego, nie można go zapisać cyfrowo „tak jak jest”, ponieważ ma nieskończoną liczbę wartości. Przykładem jest proces nagrywania dźwięku. Wygląda tak w swojej oryginalnej formie:

Jest to suma fal o różnych częstotliwościach. Które, po rozwinięciu pod względem częstotliwości (więcej szczegółów, patrz transformaty Fouriera), w taki czy inny sposób, można przybliżyć do podobnego obrazu:

Teraz spróbuj przedstawić to jako zestaw, taki jak „111100101010100”, dość trudne, prawda?

Innym przykładem potrzeby zamiany wartości analogowej na cyfrową jest jej pomiar: termometry elektroniczne, woltomierze, amperomierze i inne przyrządy pomiarowe współdziałają z wartościami analogowymi.

Jak przebiega konwersja?

Najpierw spójrz na typowy obwód konwersji analogowo-cyfrowej i na odwrót. Wrócimy do tego później.

W rzeczywistości jest to złożony proces, który składa się z dwóch głównych etapów:

1. Dyskretyzacja sygnału.

2. Kwantyzacja według poziomu.

Dyskretyzacja sygnału to definicja przedziałów czasu, w których mierzony jest sygnał. Im krótsze te odstępy, tym dokładniejszy pomiar. Okres próbkowania (T) to czas od początku odczytu danych do jego końca. Częstotliwość pobierania próbek (f) jest odwrotnością:

Po odczytaniu sygnału jest on przetwarzany i zapisywany w pamięci.

Okazuje się, że w czasie, gdy odczyty sygnału są odczytywane i przetwarzane, może się on zmieniać, przez co mierzona wartość jest zniekształcona. Istnieje takie twierdzenie Kotelnikowa i wynika z niego następująca zasada:

Częstotliwość próbkowania musi być co najmniej 2 razy większa od częstotliwości próbkowanego sygnału.

To jest zrzut ekranu z Wikipedii, z fragmentem twierdzenia.

Aby określić wartość liczbową, konieczna jest kwantyzacja poziomów. Kwant to pewien zakres mierzonych wartości, uśredniony do określonej liczby.

Tych. Sygnały w zakresie od X1 do X2 są konwencjonalnie przyrównywane do pewnej wartości Xy. Przypomina to wartość dzielenia strzałki urządzenie pomiarowe. Kiedy dokonujesz odczytów, często porównujesz je do najbliższego znaku na skali instrumentu.

Tak więc przy kwantyzacji poziomów im więcej kwantów, tym dokładniejsze pomiary i więcej miejsc dziesiętnych (setnych, tysięcznych itd.) mogą one zawierać.

Dokładniej, liczba miejsc dziesiętnych zależy raczej od głębi bitowej ADC.

Obrazek pokazuje proces kwantyzacji sygnału przy użyciu jednego bitu informacji, jak opisałem powyżej, gdy po przekroczeniu pewnej granicy otrzymana zostanie wartość wysokiego poziomu.

Po prawej sygnał jest skwantyzowany i rejestrowany jako dwa bity danych. Jak widać, ten fragment sygnału jest już podzielony na cztery wartości. Okazuje się, że w efekcie gładki sygnał analogowy zamienił się w sygnał cyfrowy „schodkowy”.

Liczbę poziomów kwantyzacji określa wzór:

Gdzie n to liczba bitów, N to poziom kwantyzacji.

Oto przykład sygnału podzielonego na więcej kwantów:

Stąd bardzo wyraźnie widać, że im częściej pobierane są wartości sygnału (im wyższa częstotliwość próbkowania), tym dokładniej jest on mierzony.

Ten rysunek przedstawia konwersję sygnału analogowego do postaci cyfrowej, a na lewo od osi y (oś pionowa) znajduje się 8-bitowy zapis cyfrowy.

Przetworniki analogowo-cyfrowe

ADC lub ADC można zaimplementować jako oddzielne urządzenie lub wbudować w .

Wcześniej mikrokontrolery, na przykład rodzina MCS-51, nie zawierały ADC, używano do tego zewnętrznego mikroukładu i konieczne było napisanie podprogramu do przetwarzania wartości zewnętrznego układu scalonego.

Teraz są w większości nowoczesnych mikrokontrolerów, na przykład AVR AtMEGA328, który jest podstawą najpopularniejszych, jest wbudowany w sam MK. Na Język Arduino Odczytywanie danych analogowych jest tak proste, jak użycie polecenia AnalogRead(). Chociaż nie ma go w mikroprocesorze zainstalowanym w równie popularnym Raspberry PI, to nie wszystko jest takie proste.

Właściwie jest duża liczba opcje konwerterów analogowo-cyfrowych, z których każdy ma swoje zalety i wady. Opisywanie, które w ramach tego artykułu nie ma większego sensu, ponieważ jest to duża ilość materiału. Rozważmy tylko ogólną strukturę niektórych z nich.

Najstarszym opatentowanym wariantem ADC jest „Facsimile Telegraph System” Paula M. Raineya, USA. Patent 1 608 527, złożony 20 lipca 1921, wydany 30 listopada 1926. Jest to 5-bitowy przetwornik ADC do bezpośredniej konwersji. Od nazwy patentu nasuwają się myśli, że zastosowanie tego urządzenia wiązało się z przesyłaniem danych za pomocą telegrafu.

Jeśli mówimy o nowoczesnych przetwornikach ADC z bezpośrednią konwersją, mają następujący schemat:

Z tego widać, że wejście jest łańcuchem, który na swoim wyjściu daje sygnał przy przekroczeniu jakiegoś sygnału progowego. To jest głębia bitowa i kwantyzacja. Kto jest choć trochę mocny w obwodach, zauważył ten oczywisty fakt.

Kto nie jest silny, obwód wejściowy działa tak:

Sygnał analogowy podawany jest na wejście „+”, do wszystkich na raz. Wyjścia z oznaczeniem „-” otrzymują napięcie odniesienia, które jest rozkładane za pomocą łańcucha rezystorów (dzielnika rezystancyjnego) na szereg napięć odniesienia. Na przykład seria dla tego łańcucha wygląda tak:

Uref=(1/16, 3/16, 5/16, 7/16, 9/16, 11/16, 13/16)*Uref

W nawiasach, oddzielonych przecinkami, wskazano, jaka część całkowitego napięcia odniesienia Uref jest podawana na wejście każdego napięcia wejściowego.

Tych. każdy z elementów ma dwa wejścia, gdy napięcie wejściowe jest podpisane «+» przekroczy napięcie wejściowe ze znakiem „-”, to na jego wyjściu pojawia się jednostka logiczna. Gdy napięcie na wejściu dodatnim (nieodwracającym) jest mniejsze niż na wejściu ujemnym (odwracającym), wówczas wyjście wynosi zero.

Napięcie jest dzielone w taki sposób, że napięcie wejściowe jest podzielone na wymaganą liczbę bitów. Po osiągnięciu napięcia wejściowego na wyjściu odpowiedniego elementu pojawia się sygnał, obwód przetwarzający wyprowadza „poprawny” sygnał w postaci cyfrowej.

Taki komparator jest dobry dla szybkości przetwarzania danych, wszystkie elementy obwodu wejściowego pracują równolegle, główne opóźnienie tego typu ADC jest utworzone z opóźnienia 1 komparatora (nadal pracują równolegle) i opóźnienia enkodera.

Istnieje jednak ogromna wada obwodów równoległych - jest to potrzeba dużej liczby komparatorów w celu uzyskania przetwornika ADC o dużej pojemności. Aby uzyskać np. 8 cyfr, potrzebujesz 2^8 komparatorów, a to aż 256 sztuk. Dla dziesięciobitowego (w arduino, przy okazji, 10-bitowego ADC, ale innego typu) potrzebujesz 1024 komparatorów. Oceń sam, czy taka opcja przetwarzania jest wykonalna i gdzie może być potrzebna.

Istnieją inne typy ADC:

sukcesywne zbliżanie;

ADC delta-sigma.

Wniosek

Do odczytu parametrów z czujników analogowych niezbędna jest konwersja sygnału analogowego na cyfrowy. Istnieje osobny typ czujników cyfrowych, są to albo układy scalone, np. DS18b20 - jego wyjście jest już sygnałem cyfrowym i może być przetwarzany przez dowolne mikrokontrolery lub mikroprocesory bez konieczności stosowania ADC, albo czujnik analogowy na płytce na którym jest już umieszczony własny konwerter. Każdy typ czujnika ma swoje wady i zalety, takie jak odporność na zakłócenia i błąd pomiaru.

Znajomość zasad transformacji jest obowiązkowa dla każdego, kto pracuje z mikrokontrolerami, bo nawet nie każdy nowoczesny system takie konwertery są wbudowane, musisz użyć zewnętrznych mikroukładów. Przykładowo możemy przytoczyć taką płytkę, zaprojektowaną specjalnie dla złącza GPIO Raspberry PI, z precyzyjnym ADC na ADS1256.

Ten rodzaj sprzętu jest dość trudny do przypisania do konkretnej kategorii sprzętu. Nawiasem mówiąc, właśnie dlatego rozważane tutaj konwertery są bardzo trudne do znalezienia na znanych rynkach internetowych: nie jest jasne, w jakiej kategorii produktów szukać - wśród urządzeń przechwytujących, wśród tunerów czy wśród konwerterów? Jednocześnie urządzenia te są najbliżej kategorii konwerterów, ponieważ ich jedynym zadaniem jest konwersja jednego rodzaju sygnału na inny. A to, jak będzie można korzystać z urządzeń, jest sprawą czysto osobistą i zależy od zadań i umiejętności użytkownika.

Projekt i specyfikacje

Omawiane konwertery dostarczane są w tych samych blistrach i na pierwszy rzut oka nie różnią się od siebie. Tylko niepozorny napis-oznaczenie modelu pomoże ci dowiedzieć się, który konwerter jest przed tobą.

Kolejną rzeczą jest tył opakowania. Tutaj nie musisz nic czytać, wystarczy spojrzeć na złącza widoczne pod przezroczystym opakowaniem.

Pierwsze urządzenie, o oznaczeniu modelu ET110, jest przeznaczone do konwersji standardowego sygnału komputerowego RGB przechodzącego przez interfejs VGA (złącze 15-stykowe, inaczej zwane D-sub) na współczesny standardowy sygnał cyfrowy kierowany przez złącze HDMI. Wyjścia wideo D-sub są dostępne w kartach wideo komputerów osobistych, laptopów i innych urządzeń generujących sygnał wideo.

Drugi konwerter, ET111, jest zajęty konwersją starego sygnału kompozytowego na cyfrowy, który jest również wyprowadzany przez Port HDMI. Absolutnie każdy magnetowid, konsola do gier czy kamera wideo poprzednich generacji była zaopatrzona w takie „tulipany”.

Wreszcie trzeci konwerter, o indeksie ET113 (ciekawe dlaczego nie 112?), jak widać na jego złączach, digitalizuje sygnał komponentowy YPbPr, który przechodzi przez zwykłe kable koncentryczne ze złączami „tulipanowymi”. Takie wyjścia wideo są dostępne dla konsol do gier, niektórych magnetowidów i odtwarzaczy multimedialnych, nawet nowoczesnych.

Obudowy urządzeń wykonane są z tworzywa sztucznego i składają się z dwóch połówek, mocno połączonych zatrzaskami. Aby znaleźć położenie tych zatrzasków, musieliśmy dość mocno poszarpać obudowę jednego z konwerterów. A jednak udało się zdemontować urządzenia. Ich konstrukcja okazała się niezwykle podobna, co nie jest zaskakujące, biorąc pod uwagę fakt, że główne komponent elektroniczny który digitalizuje wideo to ten sam chip produkcyjny.

Nasze urządzenia nie są zwykłymi adapterami z wlutowanymi wyjściami przelotowymi, są to całkowicie niezależne urządzenia, których elektronika pracuje zgodnie z obwód aktywny, to znaczy wymaga mocy. Aby to zrobić, każdy z rozważanych konwerterów ma jeszcze jeden „ogon” - standardowe USB podłączyć do portu USB telewizora lub innego urządzenia. W skrajnych przypadkach odpowiednia jest również zwykła bateria pięciowoltowa, tzw. powerbank, która jest obecnie hodowana w obfitości.

Główny specyfikacje konwertery przedstawiono w poniższej tabeli:

Te i inne informacje można zobaczyć na.

Połączenie i działanie

Z zewnątrz i jeszcze bardziej opis techniczny urządzeń, staje się całkowicie jasne, jak podłączyć konwertery. Niemniej jednak, oto schematy typowych zastosowań aparatów.

Jak widać, w każdym ze schematów punktem końcowym jest telewizja cyfrowa lub projektor. Ale pojawia się pytanie: każdy nowoczesny projektor lub telewizor - z najrzadszymi wyjątkami - jest koniecznie wyposażony we wszystkie wejścia wideo, zarówno cyfrowe, jak i różne analogowe, w tym nawet „komputerowy” D-sub. Z urządzeń wyświetlających informacje pozbawionych wejść analogowych autor pamięta tylko niektóre wysoce wyspecjalizowane monitory, takie jak te, które są instalowane na „butach” kamer wideo lub kamer. Co uniemożliwia przeciętnemu użytkownikowi podłączenie starego magnetowidu lub laptopa do? nowoczesny telewizor bezpośrednio przez kable i przejściówki dostarczone z telewizorem? Z jakiego powodu zdecyduje się połączyć przez osobne, oddzielne urządzenie, które zresztą również dostarcza zasilanie?

Za zwykły użytkownik nie mamy nic do powiedzenia, ale z „niezwykłym” użytkownikiem wszystko nie jest takie proste. Specyfika sekcji " Wideo cyfrowe”, w którym publikowany jest ten artykuł, wymaga pamiętania o urządzeniach do przechwytywania. Tu zaczynają się prawdziwe trudności: urządzenia do przechwytywania wideo dzielą się nie tylko na sprzęt czy oprogramowanie, stacjonarne czy przenośne. Jeden z głównych cechy charakterystyczne dowolnego urządzenia przechwytującego to typ sygnału, który to urządzenie jest w stanie odbierać i konwertować. Znalezienie uniwersalnego urządzenia, które posiada wszystkie niezbędne wejścia i obsługuje wszystkie możliwe standardy wideo, jest niezwykle trudne. Zwłaszcza teraz, gdy urządzenia przechwytujące są wyposażone w jedno wejście. I to oczywiście jest HDMI. Dzięki temu posiadanie jednego urządzenia do przechwytywania sygnału HDMI i kilku wielostandardowych konwerterów, które konwertują dowolne wideo na standard cyfrowy, użytkownik będzie mógł zdigitalizować absolutnie każde źródło - magnetofon lub kamerę VHS, konsolę do gier poprzednich generacji, odtwarzacz Blu-ray lub odtwarzacz multimedialny, laptop, starą komputer osobisty i tak dalej, aż do ultradźwiękowego aparatu diagnostycznego.

Ale dość teorii, chciałbym rozważyć te kilka aspektów, które ogólnie można tutaj zbadać. A pierwsza z nich, najważniejsza, dotyczy opóźnień w przetwarzaniu i transmisji sygnału. W końcu omawiane konwertery mogą być używane jako adaptery między konsolą do gier a jakimś urządzeniem wyświetlającym sygnał wideo (telewizor, projektor). A jaki czynnik jest ważny w grze, na przykład w strzelance czy wyścigach i innych symulatorach? Oczywiście reakcja gracza.

Nie zagramy, niech zagra zadowolony konsument, ale obliczymy opóźnienie, które może wystąpić podczas transmisji sygnału. Konwertery, o których mowa, działają według aktywnego schematu, tutaj każdy przychodzący sygnał jest w pełni przetwarzany, konwertując w locie do innego standardu. A to, nawet teoretycznie, wymaga czasu.

Na początek zbudujemy rodzaj spontanicznego stanowiska do testu. Podłączmy laptopa do telewizora za pomocą wyjścia wideo VGA (D-sub) i użyjmy urządzenia ET110 jako konwertera sygnału. Odbywa się to według tego samego schematu, który podano powyżej w pierwszym przykładzie. W rezultacie laptop otrzymał drugi ekran, na którym wyświetlane są te same informacje, które są wyświetlane na głównym wyświetlaczu. Teraz zacznijmy odtwarzać specjalny film na laptopie, który ma częstotliwość 60 klatek na sekundę. Tutaj, na filmie, jest obracająca się strzałka, która wykonuje jeden obrót na sekundę, a także prostokąt poruszający się po górnej skali, który również biegnie w ciągu jednej sekundy. Pozostaje sfilmować powstały Stanowisko badawcze, a nagrywanie wideo będzie prowadzone z tą samą częstotliwością 60 klatek na sekundę. Oto wynik:

Na tym filmie wyraźnie widać, że opóźnienie sygnału wynosi 7 z 60 sektorów, czyli około 1/10 sekundy. Czy to dużo, czy mało, nie wiemy. konsole gier nigdy się nie angażowałem. Jednak w wyścigach, które były prowadzone duży ekran z tego samego laptopa przez ten konwerter, takie opóźnienie nie było w żaden sposób odczuwalne. Być może mistrzowie strzelanek online będą w stanie zauważyć jakieś irytujące opóźnienie, ale szczerze mówiąc, tak naprawdę w to nie wierzę.

Kolejne pytanie, i zarazem ostatnie w badaniu tak prostych (ale jednocześnie skomplikowanych) urządzeń, to zachowanie szczegółów podczas transkodowania sygnału. Urządzenie ET111, które digitalizuje kompozyt wideo, jest bezużyteczne do badania w tym zakresie. Nie może być mowy o żadnych detalach - ten starożytny standard jest zbyt bezlitosny dla sygnału wideo, w którym zarówno piksel nie jest kwadratowy, jak i proporcje kadru są „złe”, przeskanowane obszary, które nie są widoczne na „tubie” Telewizory, a nawet niezapomniane przeploty, które przecinają o połowę pionowe detale. Korzystając z okazji, przechwyciliśmy kilka starych taśm VHS, podłączając konwerter ET111 do kompozytowego wyjścia wideo magnetofonu i przekazując sygnał do urządzenia przechwytującego z pojedynczym wejściem HDMI. Jakość (a dokładniej to, co może zapewnić VHS) okazała się całkiem równa, nie gorsza niż podczas bezpośredniego oglądania z magnetofonu na telewizorze.

Ale pozostałe dwa urządzenia są dość interesujące do zbadania z punktu widzenia szczegółów - czy te przetworniki naprawdę nie oszukują sygnałem, nie ściskają go na przykład dwukrotnie, przetwarzają, a następnie rozciągają do Full HD?

Najłatwiejszym sposobem sprawdzenia tego założenia jest odtworzenie specjalnego testowego pliku wideo, a następnie przechwycenie strumienia wideo. W przypadku ET110 laptop odtworzy plik, a sygnał zostanie wyprowadzony przez wyjście VGA, przepuszczony przez konwerter i wprowadzony do urządzenia przechwytującego. W drugim przypadku źródłem będzie odtwarzacz multimedialny wyposażony w składowe wyjścia wideo. Testowy plik wideo zawiera wiele linii o grubości jednego piksela, które znajdują się w tej samej odległości od siebie. Wyniki przechwytywania można zobaczyć poniżej.

Różną jasność klatek tłumaczy się różnym zakresem wyjść wideo (laptop ma zakres jasności „komputerowy”), a różną jasność również łatwo wytłumaczyć: pamiętamy, że sygnał wideo wchodzący do konwertera jest w pełni przetwarzany – tutaj są wyniki tego przetwarzania na stopklatkach.

wnioski

W jakim celu mają służyć te niedrogie urządzenia, które są pełnoprawnymi przetwornikami sygnału analogowego? różne formaty w jeden cyfrowy, obsługiwany przez wszystkie nowoczesne urządzenia wyświetlające bez wyjątku? Jak już wspomniano, mogą być wymagane, jeśli telewizor nie ma wymaganego wejścia. Albo nawet w tak banalnych sytuacjach, jak brak niezbędnych przejściówek (jeden z telewizorów autora został odebrany w ograniczonej konfiguracji, w wyniku czego wszystkie jego wejścia analogowe były niedostępne z powodu braku specjalnych markowych przejściówek).

Jednak opcja przechwytywania sygnału wideo o różnych standardach wydaje się bardziej przekonująca. A nawet lepiej, biorąc pod uwagę znaczny koszt różnych urządzeń do przechwytywania. Oczywiście idealnym wyjściem, które będzie pasować każdemu, byłby konwerter sygnału podobny do jednego z rozważanych, mający jednocześnie tylko trzy typy złączy wejściowych - VGA, kompozytowe i komponentowe. Ale taka decyzja najwyraźniej wcale nie jest uwzględniona w planach marketerów.

Przetworniki analogowo-cyfrowe (ADC) to urządzenia przeznaczone do konwersji sygnałów analogowych na cyfrowe. Do takiej konwersji konieczna jest kwantyzacja sygnału analogowego, czyli ograniczenie chwilowych wartości sygnału analogowego do pewnych poziomów, zwanych poziomami kwantyzacji.

Idealna charakterystyka kwantyzacji ma postać pokazaną na rys. 3.92.

Kwantyzacja to zaokrąglenie wartości analogowej do najbliższego poziomu kwantyzacji, tj. maksymalny błąd kwantyzacji wynosi ±0,5h (h to krok kwantyzacji).

Główne cechy ADC to liczba bitów, czas konwersji, nieliniowość itp. Liczba bitów to liczba bitów kodu skojarzonego z wartością analogową, którą ADC może wytworzyć. Często mówi się o rozdzielczości ADC, którą określa odwrotność maksymalnej liczby kombinacji kodów na wyjściu ADC. Zatem 10-bitowy ADC ma rozdzielczość (2 10 = 1024) -1, tj. przy skali ADC odpowiadającej 10 V, wartość bezwzględna kroku kwantyzacji nie przekracza 10 mV. Czas transformacji t p - przedział czasu od chwili dana zmiana sygnał na wejściu ADC, dopóki na jego wyjściu nie pojawi się odpowiedni stabilny kod.

Typowe metody konwersji to: konwersja równoległa wartości analogowej i konwersja szeregowa.

ADC z równoległą konwersją wejściowego sygnału analogowego

Metoda równoległa porównuje napięcie wejściowe z n napięciami odniesienia jednocześnie i określa, pomiędzy którymi dwoma napięciami odniesienia się ono znajduje. W takim przypadku wynik uzyskuje się szybko, ale schemat okazuje się dość skomplikowany.

Zasada działania ADC (ryc. 3.93)

Przy U in = 0, ponieważ dla wszystkich OS różnica napięć (U + - U -)< 0 (U + , U − - напряжения относительно общей точки соответственно неинвертирующего и инвертирующего входа), напряжения на выходе всех ОУ равны −Е пит а на выходах кодирующего преобразователя (КП) Z 0 , Z 1 , Z 2 устанавливаются нули. Если U вх >0,5U, ale mniej niż 3/2U, tylko dla dolnego wzmacniacza operacyjnego (U + - U -) > 0 i dopiero na jego wyjściu pojawia się napięcie + E pit, co prowadzi do pojawienia się następujących sygnałów przy wyjścia CP: Z 0 \u003d 1, Z 2 \u003d Z l \u003d 0. Jeśli U w > 3 / 2U, ale mniej niż 5 / 2U, wówczas na wyjściu tych dwóch pojawia się napięcie + E pit niższe wzmacniacze operacyjne, co prowadzi do pojawienia się kodu 010 na wyjściach CP itp.

Obejrzyj ciekawy film o pracy ADC:

ADC z konwersją sygnału wejścia szeregowego

Jest to sekwencyjny zliczający ADC, który nazywa się śledzącym ADC (ryc. 3.94).
Przetwornik tego typu wykorzystuje przetwornik cyfrowo-analogowy oraz licznik w górę/w dół, z którego sygnałem jest zmiana napięcia na wyjściu DAC. Ustawienie układu jest takie, że zapewniona jest w przybliżeniu równość napięć na wejściu Uin i na wyjściu DAC-U. Jeśli napięcie wejściowe U in więcej napięcia U na wyjściu przetwornika cyfrowo-analogowego licznik jest przełączany w tryb zliczania bezpośredniego, a kod na jego wyjściu wzrasta, zapewniając wzrost napięcia na wyjściu przetwornika. W momencie zrównania się U in i U zliczanie zatrzymuje się, a kod odpowiadający napięciu wejściowemu jest usuwany z wyjścia licznika góra/dół.

Metoda konwersji sekwencyjnej jest również zaimplementowana w konwersji czasowo-impulsowej ADC (ADC z liniowo zmiennym generatorem napięcia (CLAY)).

Zasada działania rozważanego ADC ryc. 3.95) polega na zliczeniu liczby impulsów w przedziale czasu, w którym liniowo zmieniające się napięcie (LIN), narastające od zerowa wartość, osiąga poziom napięcia wejściowego U input. Stosowane są następujące oznaczenia: SS - obwód porównawczy, GI - generator impulsów, Cl - klucz elektroniczny, Сч - licznik impulsów.

Punkt czasowy t1 zaznaczony na wykresie czasowym odpowiada początkowi pomiaru napięcia wejściowego, a punkt czasowy t2 odpowiada równości napięcia wejściowego i napięcia CLAY. Błąd pomiaru jest określony przez krok kwantyzacji czasu. Klucz Kl łączy generator impulsów z licznikiem od momentu rozpoczęcia pomiaru do momentu zrównania się glinek U w i U. Przez U SC oznacza napięcie na wejściu licznika.

Kod wyjścia licznika jest proporcjonalny do napięcia wejściowego. Jedną z wad tego schematu jest niska prędkość.

ADC z podwójną integracją

Taki ADC realizuje metodę sekwencyjnej konwersji sygnału wejściowego (ryc. 3.96). Stosowane są następujące oznaczenia: CS - system sterowania, GI - generator impulsów, Sch - licznik impulsów. Zasada działania ADC polega na wyznaczeniu stosunku dwóch przedziałów czasowych, w czasie których napięcie wejściowe U jest całkowane przez integrator na podstawie wzmacniacza operacyjnego (napięcie U i na wyjściu integratora zmienia się od zera do wartość maksymalna w wartości bezwzględnej), a następnie całkowanie napięcia odniesienia U op (U i zmienia się od wartości maksymalnej w wartości bezwzględnej do zera) (rys. 3.97).

Niech czas całkowania sygnału wejściowego t1 będzie stały, wówczas im dłuższy jest drugi przedział czasu t2 (przedział czasu, w którym całkuje się napięcie odniesienia), tym większe jest napięcie wejściowe. Klucz KZ służy do ustawienia integratora w początkowym stanie zerowym. W pierwszym z podanych przedziałów czasowych klucz K1 jest zamknięty, klucz K2 jest otwarty, aw drugim przedziale czasowym ich stan jest odwrócony w stosunku do określonego. Równocześnie z zamknięciem klawisza K2 impulsy z generatora impulsów GI zaczynają płynąć przez obwód sterujący układu sterowania do licznika SC.

Nadejście tych impulsów kończy się, gdy napięcie na wyjściu integratora jest równe zeru.

Napięcie na wyjściu integratora po upływie przedziału czasu t 1 jest określone przez wyrażenie

U i (t 1) = − (1/RC) t1 ∫ 0 U w dt= − (U w t 1) / (R C)

Używając podobnego wyrażenia dla przedziału czasu t 2 otrzymujemy

t 2 \u003d - (RC / U op) U i (t 1)

Zastępując tutaj wyrażenie na U i (t 1), otrzymujemy t 2 \u003d (U in / U op) t 1 skąd U in \u003d U oa t 2 / t 1

Kod na wyjściu licznika określa wartość napięcia wejściowego.

Jedną z głównych zalet przetwornika ADC tego typu jest wysoka odporność na zakłócenia. Przypadkowe skoki napięcia wejściowego, które występują w krótkim czasie, nie mają prawie żadnego wpływu na błąd konwersji. Wadą ADC jest jego niska prędkość.

Najczęstsze są przetworniki ADC z serii mikroukładów 572, 1107, 1138 itd. (Tabela 3.3)
Tabela pokazuje, że ADC konwersji równoległej ma najlepszą wydajność, a ADC konwersji szeregowej ma najgorszą.

Oferujemy obejrzenie kolejnego godnego filmu o działaniu i urządzeniu ADC:

Dzisiaj porozmawiamy o tym, jak szybko i dokładnie zdigitalizować stare kasety wideo za pomocą komputera, kamery lub innego sprzętu do samodzielnego wykonania w domu. Zastanowimy się również nad prostymi technikami samodzielnej digitalizacji nagrań audio i wideo lub jak przekonwertować sygnał analogowy na cyfrowy

W minionym okresie zgromadzili się właściciele systemów wideo duża ilość archiwa. Oczywiście, jeśli mówimy o filmach lub programach telewizyjnych, to można je znaleźć w rzeczywistych mediach, ale nie wszystko można znaleźć. Z tego powodu wiele osób nadal ma stary odtwarzacz wideo, który służy do oglądania „rzadkości taśm”.

Taśma magnetyczna jest niestety krótkotrwała: starzeje się, warstwa magnetyczna z czasem zapada się, nagranie najpierw traci na jakości, a potem w ogóle nie nadaje się do oglądania. Jeśli nie przywiąże się do tego należytej wagi, pewnego dnia okaże się, że wyjątkowa ceremonia ślubna, nagrana na kasetę i starannie przechowywana w wyznaczonym miejscu, by można ją było z niepokojem oglądać w kolejną rocznicę własnego ślubu. beznadziejnie zepsute

Ponieważ magnetowidy powoli wychodzą z użycia, ustępując miejsca odtwarzaczom DVD i Blu-ray, chcesz mieć możliwość oglądania domowych filmów za pomocą odtwarzacza.

Ponadto istnieje opinia, że ​​kasety filmowe nie mogą długo przechowywać bezstratnego wideo, z czasem jakość nagrania nieuchronnie zaczyna się pogarszać. Wszelkie kopiowanie pogarsza również jakość analogowego wideo. Ale film, który został zdigitalizowany, można wielokrotnie przepisywać bez utraty jakości.