Вся вычислительная техника основана на использовании цифровых сигналов. Но проблема в том, что окружающий нас мир может дать нам только аналоговую величину. Например: температура воздуха изменяется непрерывно, т.е. информация об изменении температуры будет представлена в виде аналогового сигнала, а обработать нам нужно цифровой сигнал. Более подробно про цифровые и аналоговые сигналы вы можете прочитать здесь.
Поэтому встает вопрос о преобразовании получаемых аналоговых сигналов в цифровые для обработки. Этим занимается устройство именуемое аналого-цифровым преобразователем (АЦП). Сегодня мы с вами разберемся, как происходит аналого-цифровое преобразование.
Преобразование состоит из трех этапов: дискретизации, квантования и кодирования.
Во время этапа дискретизации происходит измерение величины сигнала через строго определенные промежутки времени. Периодом дискретизации (tg) называется промежуток времени между двумя измерениями сигнала. Обратная величина называется частотой дискретизации(fg).
Для успешного восстановления сигнала, согласно теореме Котельникова, частота дискретизации должна по крайней мере в 2 раза превышать максимальную частоту спектра реального сигнала. Подробнее об этом я расскажу в следующих статьях.
Следующим шагом будет квантование полученных выборок. Это необходимо для получения численного значения и дальнейшего кодирования. Разница между двумя ближайшими уровнями называется шагом квантования (q). Количество таких уровней зависит от разрядности АЦП, оно равняется 2^n, где n – разрядность АЦП.
Полученные значения выборок могут не попадать на выбранные квантованные значения. Тогда выбранную точку определяют к ближайшему квантовому значению. При этом возникает погрешность, которая называется шумом квантования (∆).
Далее необходимо получить дискретный сигнал.
Кодирование сигнала представляет собой присвоение двоичного кода каждому квантовому значению. Так каждая выборка будет представлена в виде последовательности высокого и низкого логического уровней.
Цифровой сигнал получается путем передачи информации о каждом закодированном кванте сигнала за определенный промежуток времени.
Таким образом мы получили цифровой сигнал, который можно передавать на какой либо микропроцессор для его последующей обработки.
Теперь вы знаете как происходит аналого-цифровое преобразование. АЦП окружают нас повсюду, начиная от микрофона в вашем смартфоне, заканчивая какой либо исследовательской аппаратурой. В следующей статье я планирую поведать вам о некоторых проблемах, которые могут возникнуть при аналого цифровом преобразовании. И чтобы не пропустить будущих статей подписывайтесь на канал и оценивайте понравившиеся статьи своими лайками!