Аналого-цифровой преобразователь

Бурный рост и развитие микропроцессорной техники привели к тому, что обрабатывать и хранить информацию, представленную в цифровой форме, гораздо удобнее, нежели в аналоговой. Поскольку первичная информация для ССД представлена в аналоговой форме, важной частью системы является блок аналого-цифрового преобразования.

Задача выбора из многообразия предлагаемых АЦП, имеющих различную архитектуру и характеристики, является одной из важнейших при проектировании ССД. На данный выбор влияют такие характеристики измеряемых сигналов, как допустимая погрешность измерений и скорость изменения. На рисунке 1.2 представлены некоторые возможные источники сигналов и зависимость разрядности двоичного кода, которым они могут быть представлены, от частоты.

Рисунок 1.2 – Динамика изменения сигналов физического мира

Схема согласования сигнала

В идеальных условиях для получения информации в цифровом виде датчика и АЦП было бы достаточно. Однако на практике это не так. Сигнал, снятый с датчика, может иметь амплитуду в несколько милливольт, работа с таким сигналом для аналого-цифрового преобразователя затруднительна. Кроме того, данный сигнал может содержать шумы и лишние гармоники, что может служить причиной разброса выходных данных АЦП.

Можно, конечно, переложить обработку сигнала на плечи цифрового процессора, усиление и фильтрацию сигнала реализовать программно, однако такой подход выльется в снижение производительности процессора.

Более эффективным решением является введение аналоговых согласующих цепей усиления и фильтрации сигнала. Однако неверно спроектированные цепи могут стать дополнительными источниками шумов.

Обработчик цифрового сигнала

Проделав долгий путь, претерпев ряд преобразований, информация об измеряемой физической величине попадает на вход обработчика цифрового сигнала. В качестве него могут выступать микроконтроллеры, микропроцессорные системы, персональные компьютеры или специализированные ЭВМ, в зависимости от сложности ССД.

Данный функциональный блок может выполнять широкий спектр задач, таких как:

– преобразование полученной информации в вид, удобный для отображения на индикаторах и дисплеях;

– цифровая обработка сигнала, усиление, фильтрация с применением БИХ, КИХ фильтров, преобразованием Фурье;

– хранение данных во внутренней или внешней памяти;

– передача данных по тому или иному интерфейсу.

Выводы

Сбор данных представляет собой сложный процесс преобразования измеряемой величины в форму, удобную для обработки. Каждое преобразование входного сигнала, однако, может вносить дополнительные искажения (рисунок 1.3); поэтому задача проектирования системы сбора данных включает в себя подзадачи проектирования ее составных частей. Одним из важнейших звеньев ССД является блок аналого-цифрового преобразования, выполняющий функцию преобразования сигнала из аналоговой в цифровую форму. Проблема выбора АЦП далее будет рассмотрена подробнее.