Аналого-цифровой преобразователь — это устройство, используемое для преобразования аналогового сигнала в цифровую форму (двоичный сигнал). Задача аналого-цифрового преобразователя (АЦП) состоит в измерении и дискретизации аналогового сигнала с определенным разрешением и скоростью. Аналого-цифровые преобразователи широко используются во многих областях, включая измерения, обработку сигналов, связь, автоматизацию и другие. Именно с помощью таких преобразователей не может сейчас обойтись ни один программируемый контроллер или компьютер, который может работать исключительно на двоичной логике.
В данном материале представим поэтапно процесс работы АЦП.
Прежде чем можно будет преобразовать аналоговый сигнал, его необходимо дискретизировать: входной сигнал разбивается на последовательность из мгновенных значений, измеряемых в определенные моменты времени. Частота дискретизации определяет количество измерений в секунду и измеряется в герцах (Гц).
На этом этапе очень важно понимать, с какой разрешающей способностью АЦП мы имеем делом. Именно разрешением преобразователя определяется количество дискретных значений, на которые разбивается аналоговый сигнал. Чем выше разрешение, тем более точное измерение может быть выполнено. Разрешение измеряется в битах. Например, микроконтроллеры ATMega328P содержат один 12-битный АЦП (1024 дискретных значения)
Существует несколько методов преобразования аналого-цифрового сигнала: метод последовательных приближений, двух- или трехпороговый компаратор, подсчет импульсов и другие. Каждый метод имеет свои преимущества и недостатки, и выбор метода зависит от требуемой точности, скорости и стоимости компонентной базы для соответствующего решения.
Выбранный метод преобразования применяется к уже дискретизированному аналоговому сигналу. Суть преобразования состоит в сравнении дискретных значений с известным опорным значением и выдаче соответствующего цифрового кода. Этот цифровой код представляет амплитуду аналогового сигнала.
Полученные цифровые коды могут быть обработаны дополнительными алгоритмами или преобразованиями, такими как фильтрация, сжатие данных или дополнительная обработка с использованием цифровых схем или микроконтроллеров.
