V elektronike sa signály delia na: analógové, diskrétne a digitálne. Po prvé, všetko, čo cítime, vidíme, počujeme, je z väčšej časti analógový signál a to, čo počítačový procesor vidí, je digitálny signál. Neznie to veľmi jasne, takže sa poďme zaoberať týmito definíciami a tým, ako sa jeden typ signálu prevádza na iný.

V elektrickom znázornení je analógový signál, súdiac podľa jeho názvu, analógom skutočnej hodnoty. Teplotu prostredia napríklad cítite neustále, počas celého života. Neexistujú žiadne prestávky. Zároveň cítite nielen dve úrovne „horúca“ a „chladu“, ale nekonečné množstvo vnemov, ktoré túto hodnotu popisujú.

Pre človeka môže byť „chlad“ iný, môže to byť jesenný chlad a zimný mráz a ľahké mrazy, ale „chlad“ nie je vždy záporná teplota, rovnako ako „teplo“ nie je vždy kladná teplota.

Z toho vyplýva, že analógový signál má dve vlastnosti:

1. Kontinuita v čase.

2. Počet hodnôt signálu má tendenciu k nekonečnu, t.j. analógový signál nemožno presne rozdeliť na časti alebo odstupňovať rozdelením stupnice na konkrétne časti. Metódy merania – vychádzajú z mernej jednotky a ich presnosť závisí len od dielika stupnice, čím je menšia, tým je meranie presnejšie.

Diskrétne signály sú signály, ktoré sú sledom správ alebo meraní nejakej veličiny. Merania takýchto signálov nie sú kontinuálne, ale periodické.

Pokúsim sa vysvetliť. Ak ste niekde nainštalovali teplomer, meria analógovú hodnotu - vyplýva to z vyššie uvedeného. Ale vy, v skutočnosti po jeho svedectve, dostávate diskrétne informácie. Diskrétne znamená oddelené.

Napríklad, keď ste sa zobudili a zistili, koľko stupňov je na teplomere, nabudúce ste sa naň pozreli na poludnie a tretíkrát večer. Neviete, ako rýchlo sa teplota menila, rovnomerne alebo v prudkom skoku, poznáte len údaje v tom čase, ktoré ste pozorovali.

Je to súbor úrovní, napríklad 1 a 0, vysoká a nízka, áno alebo nie. Hĺbka odrazu informácie v digitálnej podobe je limitovaná kapacitou digitálneho zariadenia (logická súprava, mikrokontrolér, procesor a pod.) Ukazuje sa, že je ideálny na ukladanie booleovských dát. Ako príklad môžeme uviesť, že na ukladanie údajov typu „Deň“ a „Noc“ stačí 1 bit informácie.

Trocha- toto je minimálna hodnota pre reprezentáciu informácie v digitálnej forme, môže uchovávať iba dva typy hodnôt 1 (logická jednotka, vysoká úroveň) alebo 0 (logická nula, nízka úroveň).

V elektronike je určitá informácia reprezentovaná ako nízka úroveň napätia (blízka 0) a vysoká úroveň napätia (v závislosti od konkrétne zariadenie, často sa zhoduje s napájacím napätím daného digitálneho uzla, typické hodnoty sú 1,7, 3,3. 5V, 15V).

Všetky stredné hodnoty medzi akceptovanou nízkou a vysokou úrovňou sú prechodovou oblasťou a nemusia mať špecifickú hodnotu, v závislosti od obvodu, zariadenia ako celku aj vnútorného obvodu mikrokontroléra (alebo akéhokoľvek iného digitálneho zariadenia) môžu majú inú úroveň prechodu, napríklad pre 5-tivoltovú logiku možno hodnoty napätia od 0 do 0,8V považovať za nulu a od 2V do 5V za jednotu, pričom medzera medzi 0,8 a 2V je neurčitá zóna, v skutočnosti sa s jeho pomocou nula oddeľuje od jednoty.

Čím presnejšie a priestrannejšie hodnoty musíte uložiť, tým viac bitov potrebujete, uveďme si príklad tabuľky s digitálnym zobrazením štyroch hodnôt denného času:

Noc - Ráno - Deň - Večer

Na to potrebujeme už 2 bity:

Vo všeobecnom prípade je analógovo-digitálna konverzia proces konverzie fyzickej veličiny na digitálnu hodnotu. digitálna hodnota je množina 1s a 0s akceptovaná procesorovou jednotkou.

Takáto transformácia je nevyhnutná pre interakciu digitálnej technológie s prostredím.

Keďže analógový elektrický signál sleduje tvar vstupného signálu, nemožno ho zapísať digitálne „tak, ako je“, pretože má nekonečný počet hodnôt. Príkladom je proces nahrávania zvuku. V pôvodnej podobe vyzerá takto:

Je to súčet vĺn s rôznymi frekvenciami. Ktoré, keď sa rozšíria z hľadiska frekvencií (viac podrobností, pozri Fourierove transformácie), tak či onak, možno priblížiť k podobnému obrázku:

Teraz to skúste reprezentovať ako množinu ako "111100101010100", dosť ťažké, však?

Ďalším príkladom potreby previesť analógovú hodnotu na digitálnu je jej meranie: elektronické teplomery voltmetre, ampérmetre a iné meracie prístroje interagujú s analógovými hodnotami.

Ako prebieha konverzia?

Najprv sa pozrite na typický analógovo-digitálny konverzný obvod a naopak. Vrátime sa k tomu neskôr.

V skutočnosti ide o zložitý proces, ktorý pozostáva z dvoch hlavných etáp:

1. Diskretizácia signálu.

2. Kvantovanie podľa úrovne.

Diskretizácia signálu je definícia časových intervalov, v ktorých sa signál meria. Čím sú tieto intervaly kratšie, tým je meranie presnejšie. Vzorkovacia perióda (T) je dĺžka času od začiatku čítania údajov po jeho koniec. Vzorkovacia frekvencia (f) je prevrátená:

Po prečítaní signálu sa spracuje a uloží do pamäte.

Ukazuje sa, že v čase, keď sú načítané a spracovávané hodnoty signálu, sa môžu meniť, a tým je nameraná hodnota skreslená. Existuje taká Kotelnikovova veta a z nej vyplýva nasledujúce pravidlo:

Vzorkovacia frekvencia musí byť aspoň 2-násobkom frekvencie vzorkovaného signálu.

Toto je snímka obrazovky z Wikipédie s úryvkom z vety.

Na určenie číselnej hodnoty je potrebné kvantovanie úrovne. Kvantum je určitý rozsah nameraných hodnôt, spriemerovaných na určité číslo.

Tie. signálov v rozsahu od X1 do X2 sa konvenčne rovná určitej hodnote Xy. To pripomína hodnotu delenia šípu merací prístroj. Keď meriate hodnoty, často ich porovnávate s najbližšou značkou na stupnici prístroja.

Takže pri kvantovaní úrovní platí, že čím viac kvantov, tým presnejšie merania a tým viac desatinných miest (stotiny, tisíciny atď.) môžu obsahovať.

Presnejšie povedané, počet desatinných miest je skôr určený bitovou hĺbkou ADC.

Na obrázku je znázornený proces kvantovania signálu pomocou jedného bitu informácie, ako som opísal vyššie, pri príjme vysokej hodnoty pri prekročení určitej hranice.

Na pravej strane je signál kvantovaný a zaznamenaný ako dva bity dát. Ako vidíte, tento fragment signálu je už rozdelený na štyri hodnoty. Ukazuje sa, že v dôsledku toho sa hladký analógový signál zmenil na digitálny „stupňovitý“ signál.

Počet úrovní kvantizácie je určený vzorcom:

Kde n je počet bitov, N je kvantizačná úroveň.

Tu je príklad signálu rozdeleného do viacerých kvánt:

Odtiaľ je veľmi jasne vidieť, že čím častejšie sa hodnoty signálu odoberajú (čím vyššia je vzorkovacia frekvencia), tým presnejšie sa meria.

Tento obrázok ukazuje prevod analógového signálu do digitálnej formy a naľavo od osi y (vertikálna os) je 8-bitový digitálny záznam.

Analógové na digitálne prevodníky

ADC alebo ADC môžu byť implementované ako samostatné zariadenie alebo môžu byť zabudované do .

Predtým mikrokontroléry, napríklad rodina MCS-51, neobsahovali ADC, na to sa použil externý mikroobvod a bolo potrebné napísať podprogram na spracovanie hodnôt externého IC.

Teraz sú vo väčšine moderných mikrokontrolérov, napríklad AVR AtMEGA328, ktorý je základom najpopulárnejších, je zabudovaný do samotného MK. Na jazyk ArduinoČítanie analógových údajov je rovnako jednoduché ako použitie príkazu AnalogRead(). Nie je to síce v mikroprocesore, ktorý je nainštalovaný v rovnako populárnom Raspberry PI, takže nie je všetko také jednoduché.

V skutočnosti existuje veľké číslo možnosti pre analógovo-digitálne prevodníky, z ktorých každý má svoje výhody a nevýhody. Popisovať, čo v rámci tohto článku nedáva veľký zmysel, keďže ide o veľké množstvo materiálu. Uvažujme len o všeobecnej štruktúre niektorých z nich.

Najstarší patentovaný variant ADC je "Faksimile Telegraph System" od Paula M. Raineyho, U.S. Patent 1,608,527, podaný 20. júla 1921, vydaný 30. novembra 1926. Toto je 5-bitový ADC s priamou konverziou. Z názvu patentu vychádzajú myšlienky, že použitie tohto zariadenia súviselo s prenosom dát telegrafom.

Ak hovoríme o moderných ADC s priamou konverziou, majú nasledujúcu schému:

Z toho je vidieť, že vstupom je reťazec, ktorý na svojom výstupe dáva signál pri prekročení nejakého prahového signálu. Toto je bitová hĺbka a kvantizácia. Kto je čo i len trochu silný v obvodoch, videl tento zjavný fakt.

Kto nie je silný, potom vstupný obvod funguje takto:

Analógový signál sa privádza na vstup „+“ do všetkých naraz. Výstupy s označením „-“ prijímajú referenčné napätie, ktoré sa pomocou reťazca odporov (odporový delič) rozloží na množstvo referenčných napätí. Napríklad séria pre tento reťazec vyzerá takto:

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

V zátvorkách oddelených čiarkami je uvedené, ktorá časť celkového referenčného napätia Uref sa privádza na vstup každého vstupného napätia.

Tie. každý z prvkov má dva vstupy, kedy je vstupné napätie podpísané «+» prekročí vstupné napätie so znamienkom „-“, potom sa na jeho výstupe objaví logická jednotka. Keď je napätie na pozitívnom (neinvertujúcom) vstupe menšie ako na negatívnom (invertujúcom) vstupe, potom je výstup nulový.

Napätie je rozdelené tak, že vstupné napätie je rozdelené na požadovaný počet bitov. Po dosiahnutí vstupného napätia sa na výstupe príslušného prvku objaví signál, obvod spracovania vydá „správny“ signál v digitálnej forme.

Takýto komparátor je dobrý na rýchlosť spracovania dát, všetky prvky vstupného obvodu pracujú paralelne, hlavné oneskorenie tohto typu ADC je tvorené oneskorením 1 komparátora (stále pracujú paralelne) a oneskorením kódovača.

Je tu však obrovská nevýhoda paralelných obvodov – tým je potreba veľkého počtu komparátorov na získanie vysokokapacitného ADC. Ak chcete získať napríklad 8 číslic, potrebujete 2 ^ 8 porovnávačov, čo je až 256 kusov. Pre desaťbitový (v arduine mimochodom 10-bitový ADC, ale iného typu) potrebujete 1024 komparátorov. Posúďte sami o uskutočniteľnosti takejto možnosti spracovania a kde to môže byť potrebné.

Existujú aj iné typy ADC:

postupná aproximácia;

delta-sigma ADC.

Záver

Prevod analógového signálu na digitálny je potrebný na čítanie parametrov z analógových snímačov. Existuje samostatný typ digitálnych snímačov, sú to buď integrované obvody, napríklad DS18b20 - jeho výstup je už digitálny signál a môžu ho spracovať akékoľvek mikrokontroléry alebo mikroprocesory bez potreby ADC, alebo analógový snímač na doske na ktorom je už umiestnený jeho prevodník. Každý typ snímača má svoje pre a proti, ako je odolnosť voči šumu a chyba merania.

Znalosť princípov transformácie je povinná pre každého, kto pracuje s mikrokontrolérmi, pretože nie každý dokonca moderný systém takéto meniče sú zabudované, musíte použiť externé mikroobvody. Ako príklad môžeme uviesť takú dosku navrhnutú špeciálne pre konektor Raspberry PI GPIO s presným ADC na ADS1256.

Tento typ zariadenia je dosť ťažké priradiť k určitej kategórii zariadení. Mimochodom, to je dôvod, prečo sa tu uvedené konvertory veľmi ťažko hľadajú na známych online trhoch: nie je jasné, v ktorej kategórii produktov hľadať - medzi zachytávacími zariadeniami, medzi tunermi alebo medzi konvertormi? Zároveň sú tieto zariadenia najbližšie ku kategórii prevodníkov, keďže ich jedinou úlohou je konvertovať jeden typ signálu na druhý. A ako bude možné zariadenia používať, je čisto osobná záležitosť a závisí od úloh a zručností používateľa.

Dizajn a špecifikácie

Predmetné meniče sú dodávané v rovnakých blistrových baleniach a na prvý pohľad sa od seba nelíšia. Len nenápadný nápis-označenie modelu vám pomôže zistiť, ktorý prevodník je pred vami.

Ďalšia vec je zadná strana obalu. Tu nemusíte nič čítať, stačí sa pozrieť na konektory, ktoré sú viditeľné pod priehľadným obalom.

Prvé zariadenie s modelovým označením ET110 je určené na konverziu štandardného počítačového RGB signálu z VGA rozhrania (15-pinový konektor, inak nazývaný D-sub) na dnes už štandardný digitálny signál smerovaný cez HDMI konektor. Video výstupy D-sub sú dostupné na grafických kartách osobných počítačov, notebookov a iných zariadení na generovanie video signálu.

Druhý prevodník, ET111, je zaneprázdnený konverziou starého kompozitného signálu na digitálny, ktorý je tiež na výstupe cez HDMI port. Absolútne každý videorekordér, herná konzola alebo videokamera predchádzajúcich generácií bol dodávaný s takýmito „tulipánmi“.

Nakoniec tretí prevodník s indexom ET113 (premýšľam, prečo nie 112?), ako je vidieť z jeho konektorov, digitalizuje komponentný signál YPbPr, ktorý ide cez bežné koaxiálne káble s "tulipánovými" konektormi. Takéto video výstupy sú dostupné pre herné konzoly, niektoré videorekordéry a prehrávače médií, dokonca aj tie moderné.

Kryty zariadení sú vyrobené z plastu a pozostávajú z dvoch polovíc, pevne spojených západkami. Aby sme zistili umiestnenie týchto západiek, museli sme pekne zmanipulovať puzdro jedného z prevodníkov. A napriek tomu bolo možné zariadenia rozobrať. Ich dizajn sa ukázal byť mimoriadne podobný, čo nie je prekvapujúce vzhľadom na skutočnosť, že hlavný elektronický komponent ktorý digitalizuje video je ten istý produkčný čip.

Naše zariadenia nie sú bežné adaptéry s spájkovanými priechodnými výstupmi, sú to úplne nezávislé zariadenia, ktorých elektronika pracuje podľa aktívny okruh, to znamená, že vyžaduje napájanie. Na tento účel má každý z uvažovaných meničov ešte jeden „chvost“ - štandardné USB na pripojenie k portu USB televízora alebo iného zariadenia. V extrémnych prípadoch je vhodná aj obyčajná päťvoltová batéria, takzvaná powerbanka, ktorých sa dnes už hojne pestuje.

Hlavné technické údaje prevodníky sú uvedené v nasledujúcej tabuľke:

Tieto a ďalšie informácie nájdete na.

Pripojenie a prevádzka

Zvonku a ešte viac technický popis zariadení, je úplne jasné, ako pripojiť prevodníky. Napriek tomu tu sú schémy typických aplikácií prístrojov.

Ako vidíte, v každej zo schém je konečný bod digitálna televízia alebo projektor. Vynára sa však otázka: každý moderný projektor alebo televízor - s najvzácnejšími výnimkami - je nevyhnutne vybavený všetkými video vstupmi, digitálnymi aj rôznymi analógovými, vrátane "počítačového" D-sub. Zo zariadení na zobrazovanie informácií bez analógových vstupov si autor pamätá iba niektoré vysoko špecializované monitory, ako napríklad tie, ktoré sú inštalované na „topánkach“ kamier alebo kamier. Čo bráni bežnému používateľovi pripojiť sa k starému videorekordéru alebo notebooku moderný televízor priamo, prostredníctvom káblov a adaptérov dodávaných s televízorom? Z akého dôvodu zvolí pripojenie cez samostatné samostatné zariadenie, ktoré navyše aj napája?

Za bežný používateľ nemáme čo povedať, ale s „nezvyčajným“ používateľom nie je všetko také jednoduché. Špecifiká sekcie " Digitálne video“, v ktorej je uverejnený tento článok, vyžaduje, aby ste si zapamätali snímacie zariadenia. Tu začínajú skutočné ťažkosti: zariadenia na zachytávanie videa sa delia nielen na hardvér alebo softvér, stacionárne alebo prenosné. Jeden z hlavných charakteristické rysy akéhokoľvek zachytávacieho zariadenia je typ signálu, ktorý je toto zariadenie schopné prijať a previesť. Nájsť univerzálne zariadenie, ktoré má všetky potrebné vstupy a podporuje všetky možné video štandardy, je mimoriadne náročné. Najmä teraz, keď sú snímacie zariadenia vybavené jediným vstupom. A tým je, samozrejme, HDMI. Teda mať jedno zariadenie na zachytávanie signálu HDMI a niekoľko multištandardných konvertorov, ktoré konvertujú akékoľvek video na digitálny štandard, používateľ bude môcť digitalizovať úplne akýkoľvek zdroj - VHS magnetofón alebo kameru, hernú konzolu predchádzajúcich generácií, Blu-ray prehrávač alebo prehrávač médií, notebook, starý osobný počítač a tak ďalej, až po ultrazvukový diagnostický prístroj.

Ale dosť teórie, rád by som zvážil tých pár aspektov, ktoré je tu vo všeobecnosti možné študovať. A prvý z nich, najdôležitejší, sa týka oneskorenia pri spracovaní a prenose signálu. Koniec koncov, predmetné prevodníky môžu byť použité ako adaptéry medzi hernou konzolou a nejakým druhom zobrazovacieho zariadenia video signálu (TV, projektor). A aký faktor je dôležitý v hre, napríklad v strieľačke alebo závodných a iných simulátoroch? Samozrejme, reakcia hráča.

Nebudeme hrať, necháme hrať spokojného spotrebiteľa, ale vypočítame oneskorenie, ktoré môže byť prítomné pri prenose signálu. Príslušné prevodníky pracujú podľa aktívnej schémy, pričom tu každý prichádzajúci signál podlieha úplnému spracovaniu a za behu sa konvertuje na iný štandard. A to si, aj teoreticky, vyžaduje čas.

Na začiatok si zostavíme akýsi spontánny stojan na test. Pripojme notebook k televízoru pomocou jeho video výstupu VGA (D-sub) a ako prevodník signálu použite zariadenie ET110. Je to podľa rovnakej schémy, ktorá je uvedená vyššie v prvom príklade. V dôsledku toho notebook dostal druhú obrazovku, na ktorej sa zobrazujú rovnaké informácie, aké sa zobrazujú na hlavnom displeji. Teraz začnime prehrávať špeciálne video na notebooku, ktoré má frekvenciu 60 snímok za sekundu. Tu na videu je otočná šípka, ktorá urobí jednu otáčku za sekundu, ako aj obdĺžnik pohybujúci sa pozdĺž hornej stupnice, ktorý tiež prebehne za jednu sekundu. Zostáva nafilmovať výsledok skúšobný stojan a nahrávanie videa bude prebiehať pri rovnakej frekvencii 60 snímok za sekundu. Tu je výsledok:

Na tomto videu je jasne vidieť, že oneskorenie signálu je 7 sektorov zo 60, teda asi 1/10 sekundy. Či je to veľa alebo málo, nevieme. herné konzoly nikdy sa nezapojil. Avšak v pretekoch, na ktorých sa bežalo veľká obrazovka z toho istého notebooku cez tento prevodník takéto oneskorenie nebolo nijako cítiť. Možno si majstri online strelcov budú môcť všimnúť nejaké nepríjemné oneskorenie, ale úprimne povedané, v to naozaj neverím.

Ďalšou otázkou, ktorá je zároveň konečnou pri štúdiu takýchto jednoduchých (ale zároveň zložitých) zariadení, je zachovanie detailov pri prekódovaní signálu. Zariadenie ET111, ktoré digitalizuje kompozitné video, je v tomto smere zbytočné študovať. O žiadnych detailoch nemôže byť ani reči - tento starodávny štandard je príliš nemilosrdný s video signálom, v ktorom pixel nie je štvorcový a pomer strán snímky je „nesprávny“, preskenované oblasti, ktoré nie sú viditeľné na „trubici“. ” televízory, a dokonca aj zapamätateľné prekladanie, ktoré znižuje vertikálne detaily na polovicu. Pri tejto príležitosti sme zachytili niekoľko historických VHS kaziet pripojením konvertora ET111 ku kompozitnému video výstupu magnetofónu a odovzdaním signálu do snímacieho zariadenia s jediným vstupom HDMI. Kvalita (presnejšie to, čo vie poskytnúť VHS) dopadla celkom na úrovni, nie horšie ako pri priamom sledovaní z magnetofónu na televízore.

Ale ďalšie dve zariadenia sú celkom zaujímavé na štúdium z hľadiska detailov - naozaj tieto prevodníky nepodvádzajú so signálom, nekomprimujú ho napríklad dvakrát, nespracujú a následne neroztiahnu na Full HD?

Najjednoduchší spôsob, ako skontrolovať tento predpoklad, je prehrať špeciálny testovací video súbor a potom zachytiť video stream. V prípade ET110 prenosný počítač prehrá súbor a signál je vyvedený cez jeho výstup VGA, prechádza cez prevodník a privádza sa do snímacieho zariadenia. V druhom prípade bude zdrojom multimediálny prehrávač vybavený komponentnými video výstupmi. Testovací video súbor obsahuje veľa riadkov s hrúbkou jedného pixelu, ktoré sú umiestnené v rovnakej vzdialenosti od seba. Výsledky zachytávania si môžete pozrieť nižšie.

Rôzny jas snímok sa vysvetľuje rôznym rozsahom video výstupov (prenosný počítač má rozsah jasu „počítač“) a rozdielna jasnosť je tiež ľahko vysvetliteľná: pamätáme si, že video signál vstupujúci do konvertora prechádza úplným spracovaním - tu sú výsledky tohto spracovania na zmrazených snímkach.

závery

Na aké účely sa majú tieto lacné zariadenia, ktoré sú plnohodnotnými prevodníkmi analógového signálu, používať rôznych formátov do jedného digitálneho, ktorý podporujú všetky moderné zobrazovacie zariadenia bez výnimky? Ako už bolo spomenuté, môžu byť potrebné, ak televízor nemá požadovaný vstup. Alebo dokonca v takých banálnych situáciách, ako je nedostatok potrebných adaptérov (jeden z autorových televízorov bol prijatý v obmedzenej konfigurácii, v dôsledku čoho neboli k dispozícii všetky jeho analógové vstupy kvôli nedostatku špeciálnych značkových adaptérov).

Stále sa však zdá byť presvedčivejšia možnosť zachytiť video signál, ktorý má rôzne štandardy. A ešte výhodnejšie vzhľadom na značné náklady na rôzne zachytávacie zariadenia. Samozrejme, ideálnym výstupom, ktorý bude vyhovovať každému, by bol prevodník signálu podobný tomu z uvažovaných, len s tromi typmi vstupných konektorov naraz - VGA, kompozitný a komponentný. Takéto rozhodnutie však zjavne nie je vôbec zahrnuté v plánoch obchodníkov.

Analógovo-digitálne prevodníky (ADC) sú zariadenia určené na konverziu analógových signálov na digitálne. Pre takúto konverziu je potrebné kvantovať analógový signál, t.j. obmedziť okamžité hodnoty analógového signálu na určité úrovne, nazývané kvantizačné úrovne.

Ideálna kvantizačná charakteristika má tvar znázornený na obr. 3,92.

Kvantovanie je zaokrúhlenie analógovej hodnoty na najbližšiu kvantizačnú úroveň, t.j. maximálna chyba kvantovania je ±0,5 h (h je kvantovací krok).

Medzi hlavné charakteristiky ADC patrí počet bitov, čas konverzie, nelinearita atď. Počet bitov je počet bitov kódu spojeného s analógovou hodnotou, ktorú môže ADC produkovať. Ľudia často hovoria o rozlíšení ADC, ktoré je určené recipročným maximálnym počtom kombinácií kódov na výstupe ADC. 10-bitový ADC má teda rozlíšenie (2 10 = 1024) −1, t.j. so stupnicou ADC zodpovedajúcou 10 V absolútna hodnota kvantizačného kroku nepresahuje 10 mV. Čas transformácie t p - časový interval od okamihu daná zmena signál na vstupe ADC, kým sa na jeho výstupe neobjaví zodpovedajúci stabilný kód.

Typické metódy prevodu sú nasledovné: paralelný prevod analógovej hodnoty a sériový prevod.

ADC s paralelnou konverziou vstupného analógového signálu

Paralelná metóda porovnáva vstupné napätie s n referenčnými napätiami súčasne a určuje, medzi ktorými dvoma referenčnými napätiami leží. V tomto prípade sa výsledok dosiahne rýchlo, ale schéma sa ukáže byť dosť komplikovaná.

Princíp činnosti ADC (obr. 3.93)

S U in = 0, pretože pre všetky OS je rozdiel napätia (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 menej ako 3 / 2U, iba pre spodný operačný zosilňovač (U + - U -) > 0 a iba na jeho výstupe sa objaví napätie + E pit, čo vedie k výskytu nasledujúcich signálov pri výstupy CP: Z 0 \u003d 1, Z 2 \u003d Zl \u003d 0. Ak U je > 3 / 2U, ale menej ako 5 / 2U, potom sa na výstupe oboch objaví napätie + E pit nižšie operačné zosilňovače, čo vedie k výskytu kódu 010 na výstupoch CP atď.

Pozrite si zaujímavé video o práci ADC:

ADC s konverziou sériového vstupného signálu

Ide o sekvenčný počítací ADC, ktorý sa nazýva sledovací ADC (obr. 3.94).
ADC tohto typu používa DAC a počítadlo hore/dole, ktorého signál poskytuje zmenu napätia na výstupe DAC. Nastavenie obvodu je také, že je zabezpečená približná rovnosť napätí na vstupe Uin a na výstupe DAC −U. Ak je vstupné napätie U in viac napätia U na výstupe DAC, potom sa počítadlo prepne do režimu priameho počítania a kód na jeho výstupe sa zvýši, čím sa zvýši napätie na výstupe DAC. V momente rovnosti U in a U sa počítanie zastaví a z výstupu počítadla hore/dole sa odstráni kód zodpovedajúci vstupnému napätiu.

Metóda sekvenčnej konverzie je implementovaná aj v ADC čas - impulzná konverzia (ADC s lineárne sa meniacim generátorom napätia (CLAY)).

Princíp činnosti uvažovaného ADC obr. 3.95) je založená na počítaní počtu impulzov v časovom intervale, počas ktorého sa lineárne meniace napätie (LIN), zvyšujúce sa od nulová hodnota, dosiahne úroveň vstupného napätia U vstupu. Používajú sa tieto označenia: SS - porovnávací obvod, GI - generátor impulzov, Cl - elektronický kľúč, Сч - počítadlo impulzov.

Časový bod t 1 vyznačený v časovom diagrame zodpovedá začiatku merania vstupného napätia a časový bod t 2 zodpovedá rovnosti vstupného napätia a napätia CLAY. Chyba merania je určená krokom kvantovania času. Tlačidlo Kl spája generátor impulzov s počítadlom od okamihu spustenia merania až do okamihu, keď sú hliny U in a U rovnaké. Prostredníctvom U SC označuje napätie na vstupe počítadla.

Výstupný kód počítadla je úmerný vstupnému napätiu. Jednou z nevýhod tejto schémy je nízka rýchlosť.

ADC s dvojitou integráciou

Takýto ADC implementuje metódu sekvenčnej konverzie vstupného signálu (obr. 3.96). Používajú sa tieto označenia: CS - riadiaci systém, GI - generátor impulzov, Sch - počítadlo impulzov. Princíp činnosti ADC spočíva v určení pomeru dvoch časových intervalov, počas jedného z nich je vstupné napätie U integrované integrátorom na báze operačného zosilňovača (napätie U a na výstupe integrátora sa mení od nuly na maximálnu hodnotu v absolútnej hodnote) a pri ďalšej - integrácii referenčného napätia U op (U a mení sa od maximálnej hodnoty v absolútnej hodnote po nulu) (obr. 3.97).

Nech je integračný čas vstupného signálu t 1 konštantný, potom čím dlhší je druhý časový interval t 2 (časový interval, počas ktorého sa integruje referenčné napätie), tým väčšie je vstupné napätie. Kláves KZ je určený na nastavenie integrátora do počiatočného nulového stavu. V prvom zo zadaných časových intervalov je kľúč K 1 zatvorený, kľúč K 2 otvorený a v druhom, časovom intervale, je ich stav obrátený oproti zadanému. Súčasne so zatvorením kľúča K 2 začnú impulzy z generátora impulzov GI prúdiť cez riadiaci obvod riadiaceho systému do počítadla SC.

Príchod týchto impulzov končí, keď je napätie na výstupe integrátora rovné nule.

Napätie na výstupe integrátora po uplynutí časového intervalu t 1 je určené výrazom

U a (t 1) = − (1/RC) t1 ∫ 0 U v dt = − (U v t 1) / (RC)

Použitím podobného výrazu pre časový interval t 2 dostaneme

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

Ak tu nahradíme výraz pre U a (t 1), dostaneme t 2 \u003d (U in / U op) t 1, odkiaľ U v \u003d U oa t 2 / t 1

Kód na výstupe počítadla určuje hodnotu vstupného napätia.

Jednou z hlavných výhod ADC tohto typu je vysoká odolnosť proti šumu. Náhodné skoky vstupného napätia, ktoré sa vyskytnú v krátkom čase, nemajú takmer žiadny vplyv na chybu prevodu. Nevýhodou ADC je nízka rýchlosť.

Najbežnejšie sú ADC série mikroobvodov 572, 1107, 1138 atď. (Tabuľka 3.3)
Tabuľka ukazuje, že paralelný prevodný ADC má najlepší výkon a sériový prevodný ADC má najhorší výkon.

Ponúkame vám pozrieť si ďalšie hodné video o prevádzke a zariadení ADC:

Dnes si povieme, ako rýchlo a presne zdigitalizovať staré videokazety pomocou počítača, kamery alebo iného domáceho zariadenia. Zvážime tiež jednoduché techniky na samodigitalizáciu audio a video nahrávok alebo ako previesť analógový signál na digitálny

Za posledné obdobie sa nahromadili majitelia videosystémov veľké množstvo archívov. Samozrejme, ak hovoríme o filmoch alebo televíznych reláciách, možno ich nájsť v skutočných médiách, ale nie všetko sa dá nájsť. Z tohto dôvodu si mnohí ľudia naďalej ponechávajú starý videoprehrávač, ktorý sa používa na sledovanie „páskových rarit“.

Magnetická páska, žiaľ, má krátku životnosť: starne, magnetická vrstva sa časom zrúti, záznam najskôr stratí kvalitu a potom nie je vôbec vhodný na prezeranie. Ak tomu nebudete prikladať patričnú dôležitosť, jedného dňa sa ukáže, že jedinečný svadobný obrad, natočený na kazetu a starostlivo uložený na vyhradenom mieste, aby ste si ho mohli s obavami pozrieť pri ďalšom výročí vašej vlastnej svadby, je beznádejne poškodený

Keďže sa videorekordéry pomaly prestávajú používať a ustupujú prehrávačom DVD a Blu-ray, chcete mať možnosť sledovať domáce videá pomocou prehrávača.

Okrem toho existuje názor, že filmové kazety nemôžu dlhodobo uchovávať bezstratové video, časom sa kvalita záznamu nevyhnutne začína zhoršovať. Akýkoľvek dabing tiež znižuje kvalitu analógového videa. Ale film, ktorý bol zdigitalizovaný, možno mnohokrát prepísať bez straty kvality.