В электронике сигналы делят на: аналоговые, дискретные и цифровые. Начнем с того, что все, что мы чувствуем, видим, слышим в большинстве своем является аналоговым сигналом, а то, что видит процессор компьютера - это цифровой сигнал. Звучит не совсем понятно, поэтому давайте разбираться с этими определениями и с тем как один вид сигналов преобразовывается в другой.

В электрическом представлении аналоговый сигнал, судя по его названию, является аналогом реальной величины. Например, вы чувствуете температуру окружающей среды постоянно, на протяжении всей жизни. Нет никаких перерывов. При этом вы чувствуете не только два уровня «горячо» и «холодно», а бесконечное число ощущений, которые описывают эту величину.

Для человека «холодно» может быть по разному, это и осенняя прохлада и зимний мороз, и легкие заморозки, но не всегда «холодно» это отрицательная температура, как и «тепло» - не всегда положительная температура.

Отсюда следует, что у аналогового сигнала две особенности:

1. Непрерывность во времени.

2. Число величин сигнала стремится к бесконечности, т.е. аналоговый сигнал нельзя точно поделить на части или проградуировать, разбив шкалу на конкретные участки. Способы измерения - основаны на единице измерений, и их точность зависит лишь от цены деления шкалы, чем она меньше, тем точнее измерение.

Дискретные сигналы - это сигналы, которые представляют собой последовательность отчетов или измерений какой-либо величины. Измерения таких сигналов не непрерывны, а периодичны.

Попытаюсь объяснить. Если вы установили термометр где-нибудь он измеряет аналоговую величину - это следует из вышеописанного. Но вы, фактически следя за его показаниями, получаете дискретную информацию. Дискретный - значит отдельный.

Например, вы проснулись и узнали, сколько градусов на термометре, в следующий раз вы на него посмотрели на градусник в полдень, и третий раз вечером. Вы не знаете, с какой скоростью изменялась температура, равномерно, или резким скачком, вы знаете только данные в тот момент времени, который наблюдали.

Это набор уровней, типа 1 и 0, высокий и низкий, есть или нет. Глубина отражения информации в цифровом виде ограничена разрядностью цифрового устройства (набора логики, микроконтроллера, процессора etc.) Получается что для хранения булевых данных он подходит идеально. Пример, можно привести следующий, для хранений данных типа «День» и «Ночь», достаточно 1 бита информации.

Бит - это минимальная величина представления информации в цифровом виде, в нём может храниться только два типа значений 1 (логическая единица, высокий уровень), или 0 (логический ноль, низкий уровень).

В электронике бит информации представляется в виде низкого уровня напряжения (близкое к 0) и высокого уровня напряжения (зависит от конкретного устройства, часто совпадает с напряжением питания данного цифрового узла, типовые значения - 1.7, 3.3. 5В, 15В).

Все промежуточные значения между принятыми низким и высоким уровнем являются переходной областью и могут не обладать конкретным значением, в зависимости от схемотехники, как устройства в целом, так и внутренней схемы микроконтроллера (или любого другого цифрового устройства) могут иметь разный переходный уровень, например для 5-тивольтовой логики за ноль могут приниматься значения напряжения от 0 до 0.8В, а за единицу от 2В до 5В, при этом промежуток между 0.8 и 2В - это неопределенная зона, фактически с ее помощью отделяется ноль от единицы.

Чем более точные и ёмкие значения нужно хранить, тем больше нужно бит, приведем таблицу-пример с отображением в цифровом виде четырёх значений времени суток:

Ночь - Утро - День - Вечер

Для этого нам нужно уже 2 бита:

В общем случае аналогово-цифровым преобразованием называется процесс перевода физической величины в цифровое значение. Цифровым значением является набор единиц и нолей воспринятых обрабатывающим устройством.

Такое преобразование нужно для взаимодействия цифровой техники с окружающей средой.

Так как аналоговый электрический сигнал повторяет своей формой входной сигнал, он не может быть записан в цифровом виде «так как есть» поскольку он имеет бесконечное число значений. Примером можно привести процесс записи звука. Он в первичном виде выглядит так:

Он представляет собой сумму волн с различными частотами. Которые, при разложении по частотам (подробнее об этом смотрите преобразования Фурье), так или иначе, можно приблизить к похожей картинке:

Теперь попробуйте это представить в виде набора типа «111100101010100», довольно сложно, не так ли?

Другим примером необходимости преобразования аналоговой величины в цифровую, является её измерение: электронные термометры, вольтметры, амперметры и прочие измерительные приборы взаимодействую с аналоговыми величинами.

Как происходит преобразование?

Сначала посмотрите на схему типового преобразования аналогового сигнала в цифровой и обратно. Позже мы к ней вернемся.

Фактически это сложный процесс, который состоит из двух основных этапов:

1. Дискретизация сигнала.

2. Квантование по уровню.

Дискретизация сигнала это определения промежутков времени, на которых измеряется сигнал. Чем короче эти промежутки - тем точнее измерение. Периодом дискретизации (Т) называется отрезок времени от начала считывания данных до его конца. Частота дискретизации (f) - это обратная величина:

После считывания сигнала происходит его обработка и сохранение в память.

Получается, что за время, которое считываются и обрабатываются показания сигнала, он может измениться, таким образом, происходит искажение измеряемой величины. Есть такая теорема Котельникова и из нее вытекает такое правило:

Частота дискретизации должны быть как минимум в 2 раза больше чем частота дискретизируемого сигнала.

Это скриншот из википедии, с выдержкой из теоремы.

Для определения численного значение необходимо квантование по уровню. Квант - это определенный промежуток измеряемых значений, усреднено приведенный к определенному числу.

Т.е. сигналы величиной от X1 до X2, условно приравнивается к определенному значению Xy. Это напоминает цену деления стрелочного измерительного прибора. Когда вы снимаете показания, зачастую вы их равняете по ближайшей отметке на шкале прибора.

Так и с квантованием по уровню, чем больше квантов, тем более точные измерения и тем больше знаков после запятой (сотых, тысячных и так далее значений) они могут содержать.

Точнее сказать число знаков после запятой скорее определяется разрядностью АЦП.

На картинке изображен процесс квантования сигнала с помощью одного бита информации, как я описывал выше, когда при превышении определенного предела принимается значение высокого уровня.

Справа показано квантование сигнала, и запись в виде двух бит данных. Как видите, этот фрагмент сигнала разбит уже на четыре значения. Получается, что в результате плавный аналоговый сигнал превратился в цифровой «ступенчатый» сигнал.

Количество уровней квантования определяется по формуле:

Где n — количество разрядов, N — уровень квантования.

Вот пример сигнала разбитого на большее число квантов:

Отсюда очень хорошо видно, что чем чаще снимаются значения сигнала (больше частота дискретизации), тем точнее он измеряется.

На этой картинке изображено преобразование аналогового сигнала в цифровой вид, а слева от оси ординат (вертикальной оси) запись в цифровом 8-битном виде.

Аналогово-цифровые преобразователи

АЦП или Аналогово-цифровой преобразователь может выполняться в виде отдельного устройства или быть встроенным в .

Ранее в микроконтроллеры, например семейства MCS-51, не содержали в своем составе АЦП, использовалась для этого внешняя микросхема и возникала необходимость писать подпрограмму обработки значений внешней ИМС.

Сейчас они есть в большинстве современных микроконтроллеров, например AVR AtMEGA328, который является основой большинства популярных , он встроен в сам МК. На языке Arduino чтение аналоговых данных осуществляется просто - командой AnalogRead(). Хотя в микропроцессоре, который установлен в той же не менее популярной Raspberry PI его нет, так что не все так однозначно.

Фактически существует большое число вариантов аналогово-цифровых преобразователей, у каждого из которых есть свои недостатки и преимущества. Описывать которые в пределах этой статьи не имеет особого смысла, так как это большой объём материала. Рассмотрим лишь общую структуру некоторых из них.

Самым старым запатентованным вариантом АЦП, является патент Paul M. Rainey, «Facsimile Telegraph System,» U.S. Patent 1,608,527, Filed July 20, 1921, Issued November 30, 1926. Это 5-ти битный АЦП прямого преобразования. Из названия патента приходят мысли о том, что использование этого прибора было связано с передачей данных через телеграф.

Если говорить о современных АЦП прямого преобразования имеют следующую схему:

Отсюда видно, что вход представляет собой цепочку , которые на выходе своем выдают сигнал при пересечении какого-то порогового сигнала. Это и есть разрядность и квантование. Кто хоть немного силен в схемотехнике, увидел этот очевидный факт.

Кто не силен, то входная цепь работает таким образом:

Аналоговый сигнал поступает на вход «+», на все сразу. На выходы с обозначением «-» поступает опорное напряжение, которое раскладывается с помощью цепочки резисторов (резистивного делителя) на ряд опорных напряжений. К примеру, ряд для этой цепи выглядит наподобие такого соотношения:

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

В скобках через запятую указано, какую часть от общего опорного напряжения Uref подают на вход каждого входного напряжения.

Т.е. каждый из элементов имеет два входа, когда напряжение на входе со знаком «+» превышает напряжение на входе со знаком «-», то на его выходе появляется логическая единица. Когда на положительном (неинвертирующем) входе напряжение меньше, чем на отрицательно (инвертирующем), то на выходе - ноль.

Напряжение делиться таким образом, чтобы входное напряжение разбить на нужное количество разрядов. При достижении напряжения на входе на выходе соответствующего элемента появляется сигнал, схема обработки выводит «правильный» сигнал в цифровом виде.

Такой компаратор хорош скоростью обработки данных, все элементы входной цепи срабатывают параллельно, основная задержка этого вида АЦП формируется из задержки 1 компаратора (все же одновременно параллельно срабатывают) и задержки шифратор.

Однако есть огромный недостаток параллельных цепей - это необходимость большого числа компараторов, для получения АЦП высокой разрядности. Чтобы получить, например 8 разрядов, нужно 2^8 компараторов, а это целых 256 штук. Для десятиразрядного (в ардуино 10-разрядный АЦП, кстати, но другого типа) нужно 1024 компаратора. Судите сами о целесообразности такого варианта обработки, и где он может понадобиться.

Есть и другие виды АЦП:

последовательного приближения;

дельта-сигма АЦП.

Заключение

Преобразование аналогового сигнала в цифровой нужно для считывания параметров с аналоговых датчиков. Есть отдельный вид цифровых датчиков, они представляют собой либо интегральные микросхемы, например DS18b20 - на его выходе уже цифровой сигнал и его можно обрабатывать любыми микроконтроллерами или микропроцессорами без необходимости применения АЦП, или аналоговый датчик на плате на которой уже размещен свой преобразователь. У каждого типа датчиков есть свои плюсы и минусы, такие как помехоустойчивость и погрешность измерений.

Знание принципов преобразование обязательно для всех кто работает с микроконтроллерами, ведь не в каждой даже современной системе встроены такие преобразователи, приходится использовать внешние микросхемы. Для примера можно привести такую плату, разработанную специально под GPIO-разъём Raspberry PI, с прецизионным АЦП на ADS1256.

Данный тип оборудования довольно трудно отнести к какому-то конкретному разряду аппаратуры. Кстати, именно поэтому рассматриваемые здесь конвертеры очень непросто отыскать в известных онлайн-маркетах: непонятно, в какой категории товара вести поиск - среди устройств захвата, среди тюнеров или среди конвертеров? В то же время, эти устройства ближе всех подходят под категорию конвертеров, поскольку единственная их задача - это именно преобразование одного типа сигнала в другой. А уж каким образом можно будет использовать устройства - дело сугубо личное, и зависит от задач и умений пользователя.

Конструкция и технические характеристики

Рассматриваемые конвертеры поставляются в одинаковых блистер-упаковках, и с первого взгляда ничем не отличаются друг от друга. Лишь неприметная надпись-обозначение модели поможет разобраться, какой именно перед вами конвертер.

Другое дело - обратная сторона упаковки. Тут и читать ничего не требуется, достаточно взглянуть на разъемы, виднеющиеся под прозрачной упаковкой.

Первое устройство, с обозначением модели ET110, предназначено для конвертации стандартного компьютерного RGB-сигнала, поступающего через интерфейс VGA (15-контактный разъем, называемый иначе D-sub) в стандартный на сегодня цифровой сигнал с направлением по HDMI-разъему. Видеовыходы D-sub имеются в видеокартах персональных компьютеров, ноутбуков, иных устройств генерации видеосигнала.

Второй конвертер, ET111, занят преобразованием древнего композитного сигнала в цифровой, который также выводится через порт HDMI. Такими «тюльпанами» снабжался абсолютно каждый видеомагнитофон, игровая приставка или видеокамера прежних поколений.

Наконец, третий конвертер, с индексом ET113 (интересно, а почему не 112?), как видно по его разъемам, оцифровывает компонентный YPbPr-сигнал, идущий по обычным коаксиальным кабелям с «тюльпанными» разъемами. Такие видеовыходы имеются у игровых приставок, некоторых видеомагнитофонов и медиаплееров, даже современных.

Корпуса устройств изготовлены из пластика и состоят из двух половинок, накрепко сцепленных защелками. Для того, чтобы узнать расположение этих защелок, нам пришлось изрядно покорежить корпус одного из конвертеров. И все-таки разобрать аппараты удалось. Конструкция их оказалась чрезвычайно похожей, что и неудивительно, если учесть тот факт, что основной электронный компонент, оцифровывающий видео - это одна и та же микросхема производства .

Наши устройства не являются банальными переходниками с перепаянными сквозными выходами, это вполне самостоятельные устройства, электроника которых работает по активной схеме, то есть требует питания. Для этого у каждого из рассматриваемых конвертеров имеется еще один «хвостик» - стандартный USB, который следует подключить к USB-порту телевизора или иного устройства. В крайней случае подойдет и обычная пятивольтовая батарея, так называемый powerbank, которых нынче расплодилось в избытке.

Основные технические характеристики конвертеров приведены в следующей таблице:

Эти и прочие сведения можно увидеть на .

Подключение и эксплуатация

Из внешнего и тем более технического описания устройств становится совершенно понятно, каким образом следует подключать конвертеры. Тем не менее приведем здесь схемы типовых применений аппаратов.

Как можно видеть, в каждой из схем конечным пунктом является цифровой телевизор или проектор. Но возникает вопрос: любой современный проектор или телевизор - за редчайшими исключениями - обязательно оснащен всеми видеовходами, как цифровым, так и различными аналоговыми, включая даже «компьютерный» D-sub. Из устройств отображения информации, лишенных аналоговых входов, автор может вспомнить разве что какие-то узкоспециализированные мониторы, навроде тех, которые устанавливаются на «башмак» видеокамер или фотоаппаратов. Что же мешает обычному пользователю подключить старый видеомагнитофон или ноутбук к современному телевизору напрямую, через имеющиеся в комплекте телевизора кабели, переходники? По какой причине он выберет подключение через отдельное обособленное устройство, которому, к тому же, еще и питание подавай?

За обычного пользователя ничего сказать не имеем, а вот с пользователем «необычным» все обстоит не так просто. Специфика раздела «Цифровое видео», в котором опубликована данная статья, требует вспомнить об устройствах захвата. Здесь-то и начинаются настоящие сложности: устройства захвата видео подразделяются не только на аппаратные или программные, стационарные или портативные. Одной из главных отличительных особенностей любого устройства захвата является тип сигнала, который это устройство в состоянии принять и преобразовать. Отыскать универсальное устройство, имеющее все необходимые входы и поддерживающее все возможные видеостандарты, чрезвычайно трудно. Особенно сейчас, когда устройства захвата оснащаются одним-единственным входом. И это, конечно же, HDMI. Таким образом, имея одно устройство захвата HDMI-сигнала и несколько разностандартных конвертеров, приводящих любое видео в цифровой стандарт, пользователь будет иметь возможность оцифровки абсолютно любого источника - VHS-магнитофона или камеры, игровой приставки прежних поколений, плеера Blu-ray или медиаплеера, ноутбука, старого персонального компьютера и так далее, вплоть до аппарата ультразвуковой диагностики.

Но достаточно теории, хотелось бы рассмотреть те немногие аспекты, которые вообще возможно здесь изучить. И первый из них, самый важный, касается задержки при обработке и передаче сигнала. Ведь рассматриваемые конвертеры могут быть использованы в качестве переходников между игровой приставкой и каким-то устройством отображения видеосигнала (телевизором, проектором). А какой фактор важен в игре, например в шутере или гонках и прочих симуляторах? Конечно, реакция игрока.

Играть мы не станем, играет пусть довольный потребитель, мы же вычислим задержку, которая, возможно, имеется при передаче сигнала. Рассматриваемые конвертеры работают по активной схеме, здесь любой входящий сигнал проходит полную обработку, конвертируясь в другой стандарт на лету. А на это, даже теоретически, требуется время.

Для начала соберем этакий спонтанный стенд для проведения теста. Подключим к телевизору ноутбук, используя его VGA(D-sub)-видеовыход, а в качестве конвертера сигнала задействуем устройство ET110. Именно по такой схеме, которая приведена выше в первом же примере. В результате ноутбук получил второй экран, куда выводится та же информация, что отображается на основном дисплее. Теперь запустим на ноутбуке воспроизведение специального видеоролика, имеющего частоту 60 кадров в секунду. Здесь, в ролике, находится вращающаяся стрелка, делающая один оборот в секунду, а также двигающийся по верхней шкале прямоугольник, который пробегает свой путь также за одну секунду. Остается провести видеосъемку получившегося тестового стенда, причем видеосъемка будет вестись с той же частотой 60 кадров в секунду. Вот и результат:

В данном ролике отчетливо видно, что задержка сигнала составляет 7 секторов из 60, то есть около 1/10 доли секунды. Много это или мало, не знаем - игровыми приставками никогда не увлекались. Однако в гонках, которые были запущены на большом экране с этого же ноутбука через данный конвертер, такая задержка никак не ощущалась. Возможно, мастера онлайн-шутеров и сумеют заметить какой-то раздражающий их лаг, но, честно говоря, не очень в это верится.

Следующий вопрос, он же заключительный в изучении таких простых (но в то же время сложных) устройств - это сохранение детализации при перекодировании сигнала. Устройство ET111, которое оцифровывает композитное видео, в этом плане изучать бесполезно. Ни о какой там детализации не может быть даже речи - этот древний стандарт слишком нещадно поступает с видеосигналом, в котором и пиксель неквадратный, и соотношение сторон кадра «неправильное», оверскан-области, не видимые на «трубочных» телевизорах, да еще и интерлейс приснопамятный, который вдвое снижает детализацию по вертикали. Пользуясь представившейся возможностью, мы произвели захват нескольких старинных VHS-кассет, подключив к композитному видеовыходу магнитофона конвертер ET111, и пустив сигнал в устройство захвата с единственным HDMI-входом. Качество (точнее, то, что может предоставить VHS) оказалось вполне на высоте, ничуть не хуже, чем во время прямого просмотра с магнитофона на телевизоре.

А вот остальные два устройства вполне даже интересно поизучать с точки зрения детализации - действительно ли данные конвертеры не шулерствуют с сигналом, не ужимают его, к примеру, в два раза, обрабатывая, и впоследствии растягивая до Full HD?

Проверить это предположение проще всего с помощью воспроизведения специального тестового видеофайла с последующим захватом видеопотока. В случае с ET110 воспроизводить файл будет ноутбук, а сигнал выведен черед его VGA-выход, пропущен через конвертер, и подан в устройство захвата. Во втором случае источником будет служить медиаплеер, оснащенный компонентными видеовыходами. Тестовый видеофайл содержит множество линий толщиной в один пиксель, которые расположены на таком же расстоянии друг от друга. Результаты захвата можно увидеть ниже.

Разная яркость кадров объясняется разным диапазоном видеовыходов (ноутбук имеет «компьютерный» диапазон яркости), а разную четкость объяснить также нетрудно: мы помним, что входящий в конвертер видеосигнал проходит полную обработку - вот они, результаты данной обработки, на стоп-кадрах.

Выводы

В каких же целях предполагается использовать эти недорогие устройства, являющиеся полноценными конвертерами аналогового сигнала различных форматов в один цифровой, поддерживаемый всеми без исключения современными устройствами отображения? Как уже говорилось, они могут потребоваться в случае отсутствия у телевизора нужного входа. Или даже в таких банальных ситуациях, как отсутствие необходимых переходников (один из телевизоров автора был получен в ограниченной комплектации, в результате чего все его аналоговые входы оказались недоступны по причине отсутствия специальных фирменных переходников).

Но все же вариант с захватом видеосигнала, имеющего самые разные стандарты, видится более убедительным. И даже предпочтительным, если учесть немалую стоимость разномастных устройств захвата. Конечно, идеальным выходом, который устроит всех, оказался бы конвертер сигнала, подобный одному из рассматриваемых, только имеющий сразу три типа входных разъемов - и VGA, и композитный, и компонентный. Но такое решение, видимо, совсем не входит в планы маркетологов.

Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) - это устройства, предназначенные для преобразования аналоговых сигналов в цифровые. Для такого преобразования необходимо осуществить квантование аналогового сигнала, т. е. мгновенные значения аналогового сигнала ограничить определенными уровнями, называемыми уровнями квантования.

Характеристика идеального квантования имеет вид, приведенный на рис. 3.92.

Квантование представляет собой округление аналоговой величины до ближайшего уровня квантования, т. е. максимальная погрешность квантования равна ±0,5h (h - шаг квантования).

К основным характеристикам АЦП относят число разрядов, время преобразования, нелинейность и др. Число разрядов - количество разрядов кода, связанного с аналоговой величиной, которое может вырабатывать АЦП. Часто говорят о разрешающей способности АЦП, которую определяют величиной, обратной максимальному числу кодовых комбинаций на выходе АЦП. Так, 10-разрядный АЦП имеет разрешающую способность (2 10 = 1024) −1 , т. е. при шкале АЦП, соответствующей 10В, абсолютное значение шага квантования не превышает 10мВ. Время преобразования t пp - интервал времени от момента заданного изменения сигнала на входе АЦП до появления на его выходе соответствующего устойчивого кода.

Характерными методами преобразования являются следующие: параллельного преобразования аналоговой величины и последовательного преобразования.

АЦП с параллельным преобразованием входного аналогового сигнала

По параллельному методу входное напряжение одновременно сравниваются с n опорными напряжениями и определяют, между какими двумя опорными напряжениями оно лежит. При этом результат получают быстро, но схема оказывается достаточно сложной.

Принцип действия АЦП (рис. 3.93)

При U вх = 0, поскольку для всех ОУ разность напряжений (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, но меньше 3/2U, лишь для нижнего ОУ (U + − U −) > 0 и лишь на его выходе появляется напряжение +Е пит, что приводит к появлению на выходах КП следующих сигналов: Z 0 = 1, Z 2 = Z l = 0. Если U вх > 3/2U, но меньше 5/2U, то на выходе двух нижних ОУ появляется напряжение +Е пит, что приводит к появлению на выходах КП кода 010 и т. д.

Посмотрите интересное видео о работе АЦП:

АЦП с последовательным преобразованием входного сигнала

Это АЦП последовательного счета, который называют АЦП со следящей связью (рис. 3.94).
В АЦП рассматриваемого типа используется ЦАП и реверсивный счетчик, сигнал с которого обеспечивает изменение напряжения на выходе ЦАП. Настройка схемы такова, что обеспечивается примерное равенство напряжений на входе U вх и на выходе ЦАП −U. Если входное напряжение U вх больше напряжения U на выходе ЦАП, то счетчик переводится в режим прямого счета и код на его выходе увеличивается, обеспечивая увеличение напряжения на выходе ЦАП. В момент равенства U вх и U счет прекращается и с выхода реверсивного счетчика снимается код, соответствующий входному напряжению.

Метод последовательного преобразования реализуется и в АЦП время - импульсного преобразования (АЦП с генератором линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН)).

Принцип действия рассматриваемого АЦП рис. 3.95) основан на подсчете числа импульсов в отрезке времени, в течение которого линейно изменяющееся напряжение (ЛИН), увеличиваясь от нулевого значения, достигает уровня входного напряжения U вх. Использованы следующие обозначения: СС - схема сравнения, ГИ - генератор импульсов, Кл - электронный ключ, Сч - счетчик импульсов.

Отмеченный во временной диаграмме момент времени t 1 соответствует началу измерения входного напряжения, а момент времени t 2 соответствует равенству входного напряжения и напряжения ГЛИН. Погрешность измерения определяется шагом квантования времени. Ключ Кл подключает к счетчику генератор импульсов от момента начала измерения до момента равенства U вх и U глин. Через U Сч обозначено напряжение на входе счетчика.

Код на выходе счетчика пропорционален входному напряжению. Одним из недостатков этой схемы является невысокое быстродействие.

АЦП с двойным интегрированием

Такой АЦП реализует метод последовательного преобразования входного сигнала (рис. 3.96). Использованы следующие обозначения: СУ - система управления, ГИ - генератор импульсов, Сч - счетчик импульсов. Принцип действия АЦП состоит в определении отношения двух отрезков времени, в течение одного из которых выполняется интегрирование входного напряжения U вх интегратором на основе ОУ (напряжение U и на выходе интегратора изменяется от нуля до максимальной по модулю величины), а в течение следующего - интегрирование опорного напряжения U оп (U и меняется от максимальной по модулю величины до нуля) (рис. 3.97).

Пусть время t 1 интегрирования входного сигнала постоянно, тогда чем больше второй отрезок времени t 2 (отрезок времени, в течение которого интегрируется опорное напряжение), тем больше входное напряжение. Ключ К З предназначен для установки интегратора в исходное нулевое состояние. В первый из указанных отрезков времени ключ К 1 замкнут, ключ К 2 разомкнут, а во второй, отрезок времени их состояние является обратным по отношению к указанному. Одновременно с замыканием ключа К 2 импульсы с генератора импульсов ГИ начинают поступать через схему управления СУ на счетчик Сч.

Поступление этих импульсов заканчивается тогда, когда напряжение на выходе интегратора оказывается равным нулю.

Напряжение на выходе интегратора по истечении отрезка времени t 1 определяется выражением

U и (t 1) = − (1/RC) · t1 ∫ 0 U вх dt= − (U вх · t 1) / (R·C)

Используя аналогичное выражение для отрезка времени t 2 , получим

t 2 = − (R·C/U оп) ·U и (t 1)

Подставив сюда выражение для U и (t 1), получим t 2 =(U вх / U оп)·t 1 откуда U вх = U oa · t 2 /t 1

Код на выходе счетчика определяет величину входного напряжения.

Одним из основных преимуществ АЦП рассматриваемого типа является высокая помехозащищенность. Случайные выбросы входного напряжения, имеющие место в течение короткого времени, практически не оказывают влияния на погрешность преобразования. Недостаток АЦП - малое быстродействие.

Наиболее распространенными являются АЦП серий микросхем 572, 1107, 1138 и др. (табл. 3.3)
Из таблицы видно, что наилучшим быстродействием обладает АЦП параллельного преобразования, а наихудшим - АЦП последовательного преобразования.

Предлагаем посмотреть ещё одно достойное видео о работе и устройстве АЦП:

Сегодня мы поговорим о том, как самому быстро и качественно оцифровать старые видеокассеты с помощью компьютера, видеокамеры или другой аппаратуры своими руками в домашних условиях. Также рассмотрим простые приемы самостоятельной оцифровки аудио и видеозаписей или как перевести аналоговый сигнал в цифровой

За истекший период владельцы видеосистем накопили огромное количество архивов. Конечно, если речь идет о фильмах или телепередачах, то их можно найти на актуальных носителях информации, но отыскать можно не все. По этой причине многие люди продолжают хранить старенький видеоплеер, который используется для просмотра «ленточных раритетов».

Магнитная пленка, к сожалению, недолговечна: она стареет, магнитный слой со временем разрушается, запись сначала утрачивает качество, а затем и вовсе не подходит для просмотра. Если не придать этому должного значения, однажды окажется, что неповторимая свадебная церемония, отснятая на кассету и бережно хранимая в отведенном месте для того, чтобы ее с трепетом можно было просмотреть в очередную годовщину собственной свадьбы, безнадежно испорчена

Поскольку видеомагнитофоны постепенно выходят из употребления, уступая место DVD и Blu-ray плеерам, хочется иметь возможность смотреть домашнее видео с помощью плеера.

Кроме того, существует мнение, что пленочные кассеты не могут долго сохранять видео без потерь, со временем качество записи неизбежно начинает ухудшаться. Любая перезапись также ведет к ухудшению качества аналогового видео. Но фильм, переведенный в цифровой формат, может переписываться многократно без потери качества.