Принципы построения

Аналоговый входной сигнал (сигнал из­мерительной информации), характеризующий физический процесс, преобразуется в аналого-цифровом преобразователе (АЦП) в после­довательность импульсов, которые далее обрабатываются цифровым устройством. Это преобразование выполняется по одному из трех ва­риантов: дискретизация, квантование или кодирование.

Использование интегральных микросхем высоком степени интегра­ции заметно расширило функциональные возможности ЦИП, повыси­ло их надежность и одновременно снизило потребляемую мощность. Большинство ЦИП автоматически выбирают пределы измерения, что позволяет уменьшить погрешность измерения при большом динами­ческом диапазоне входного сигнала.

Дискретизация — это процесс преобразования аналогового вход­ного сигнала в дискретный. Преобразование можно выполнять по времени или по уровню.

Дискретизация по времени выполняется путем взятия отсчетов сигнала определенные детерминированные моменты времени. В результате от входного сигнала остается только совокупность от­дельных значений. Промежуток времени t между двумя моментами дискретизации называется шагом дискретизации. Как правило, мо­менты отсчетов по оси времени выбираются равномерными, т.е. шаг дискретизации t постоянен.

Квантование - это дискретизация по уровню. Квантование со­стоит в том, что непрерывное по времени и амплитуде значение за­меняется ближайшим фиксированным значением по установленной шкале дискретных уровней. Эти разрешенные уровни образованы по определенному закону с помощью мер. Разность t между двумя дис­кретными уровнями называется шагом квантования. Шаг квантова­ния может быть постоянным и переменным.

Кодирование — это процесс представления численного значения величины определенной последовательностью цифр или сигналов, т.е. кодом. Цифровой код - это последовательность сигналов или цифр, изме­няющихся по определенному закону, которая обеспечивает условное представление численного значения параметра. Для преобразования цифрового кода в напряжения, воздей­ствующие на цифровой индикатор и формирующие показания ЦИП, используются дешифраторы. Результат измерения должен сохраняться на экра­не ЦИ достаточно долго (до следующего цикла). Этим объясняется не­обходимость наличия в составе ЦИП запоминающего устройства (ЗУ).

Рис. Сигналы в процессе аналого-цифрового преобразования: а - входной аналоговый; б- дискретизированный; в — квантованный; г – кодированный.

Из приведенных графиков следует, что при дискретизации и кван­товании сигнала появляется погрешность преобразования. Аналого­вая функция x (t) анализируется только в момент дискретизации, при этом предполагается, что на интервале t между двумя отсчетными точками сигнал неизменен. Следовательно, при сближении отсчетных точек уменьшается интервал t, за счет чего можно добиться снижения; погрешности до допустимого значения.

Погрешность, вызванная квантованием аналогового измеряемого параметра, зависит от конечного числа уровней квантования. Такая по­грешность — погрешность дискретизации _Д, — характеризует все ЦИП. При равномерном квантовании эта погрешность лежит в границах

.