АЦП - аналого-цифровой преобразователь - возможно не самый дорогой и не самый сложный, но безусловно, ключевой элемент современных измерительных приборов. Задача АЦП, как и следует из его названия - преобразовать некий аналоговый сигнал на входе прибора в цифровой код, пригодный для отображения на индикаторе или для дальнейшей обработки микроконтроллером (или даже микропроцессором) прибора.
Звучит достаточно скучно, и, с учетом того, что специалисты в электронике вряд ли будут читать такие статьи "для начинающих", наверное, требуются определенные пояснения.
Первое, что нужно пояснить - почему сигнал аналоговый. Это история очень долгая. Дело в том, что за исключением гроз и искр при снятии шерстянных изделий до середины позапрошлого века большинство людей с электричеством не встречалось. В то же время для изучения механического движения, темодинамических явлений, наблюдений за окружающим миром собственно электричество не нужно. Однако с появлением электрических приборов стало понятно, что они позволяют сделать процесс наблюдения, измерения, да и воздействия на окружающую действительность значительно проще и эффективнее. Сразу возникла идея некого универсального "показометра" (стрелочного гальванометра или ЖК-монитора - не важно), который показывает, грубо говоря, напряжение на своем входе и некоторого набора преобразователей (или датчиков), который преобразует некую физическую величину на своем входе (вес, скорость, давление, освещенность и очень много еще чего) в электрический сигнал. Ну, например, скорость автомобиля 10 км/ч - на выходе 1 Вольт, скорость 100 км/ч - на выходе 10 Вольт и т.д.
То есть напряжение является электрическим аналогом входной величины, поэтому сигнал и называют "аналоговым".
Как все понимают, обычно воздействующие на нас силы могут меняться только плавно, хоть, иногда, и с очень большой скоростью. Автомобиль не может остановиться мгновенно и мы не можем телепортироваться мгновенно из одной точки в другую. Соответственно и аналоговый сигнал тоже меняется плавно, поэтому иногда его еще называют "непрерывным". Позднее "аналоговыми" стали называть любые непрерывные сигналы, которые могут принимать любое (в заданном диапазоне) значение.
Почему структура прибора именно такая - все очень просто. Во первых измерительная головка - тот самый "показометр" - как правило самая дорогая часть, поэтому экономически целесообразны универсальные приборы. Во вторых, такая структура легко позволяет разнести измерение и индикацию. До этого, в случае необходимости, необходимо было передавать саму величину. Например вращение от колеса на приборную панель автомобиля передавалось гибким валом ("тросиком") или давление в газовой трубе в диспетчерскую по тонкой трубке. Это было не всегда просто и даже не всегда возможно. В третьих такая система позволила делать универсальные управляющие системы, когда измерительная часть была независима от управляющей.
Аналоговый сигнал имел одну неприятную особенность - он может искажаться при передаче.
Так как сигнал изменяется непрерывно, мы не можем понять, где он изменился сам, а где ему помогли помехи или особенности линии передачи. Возникают проблемы и при хранении таких сигналов.
Цифровой сигнал, в отличие от аналогового, может принимать только строго определенные значения (в подавляющем большинстве случаев таких значений два, но это не обязательно, просто чем меньше уровней, тем сложнее исказить сигнал и проще его обрабатывать). В этом случае даже после воздействия помехи мы можем достаточно уверенно (абсолютно надежного, к сожалению, в этом мире ничего нет) определить, какой уровень сигнала изначально "имелся в виду" или, "по научном" - "восстановить исходный сигнал".
Цифровой сигнал очень хорош для передачи и хранении, но возникает две проблемы - во первых этот сигнал сначала надо как-то получить, во вторых мы не можем абсолютно точно передать значение непрерывного сигнала - для этого нам потребуется слишком много цифр. Различные подходы к решению этих вопросов мы рассмотрим в следующей статье.
Ставьте лайки, делайте репосты и не забывайте заземлять!
Подписывайтесь на наш канал!
Всем читателям нашего блога - Скидка в нашем интернет-магазине на люксметры по промокоду ZENPROFIT