Hebu tuangalie anuwai kuu ya masuala ambayo yanaweza kuhusishwa na kanuni ya uendeshaji wa vigeuzi vya analogi hadi dijiti (ADCs) za aina mbalimbali. Kuhesabu kwa mtiririko, kusawazisha kwa busara - ni nini kilichofichwa nyuma ya maneno haya? Kanuni ya uendeshaji wa microcontroller ya ADC ni nini? Haya, pamoja na maswali mengine kadhaa, tutazingatia katika mfumo wa kifungu hicho. Tutatoa sehemu tatu za kwanza kwa nadharia ya jumla, na kutoka kwa kichwa kidogo cha nne tutasoma kanuni ya kazi yao. Unaweza kukutana na masharti ADC na DAC katika fasihi mbalimbali. Kanuni ya uendeshaji wa vifaa hivi ni tofauti kidogo, hivyo usiwachanganye. Kwa hivyo, makala yatazingatia ubadilishaji wa mawimbi kutoka kwa analogi hadi umbo dijitali, huku DAC ikifanya kazi kwa njia nyingine.
Ufafanuzi
Kabla ya kuzingatia kanuni ya uendeshaji wa ADC, hebu tujue ni aina gani ya kifaa. Vigeuzi vya Analogi hadi dijiti ni vifaa vinavyobadilisha kiasi halisi kuwa kiwakilishi cha nambari kinacholingana. Karibu kila kitu kinaweza kufanya kama paramu ya awali - ya sasa, voltage, uwezo,upinzani, angle ya shimoni, mzunguko wa mapigo na kadhalika. Lakini kuwa na hakika, tutafanya kazi na mabadiliko moja tu. Hii ni "voltage-code". Uchaguzi wa muundo huu wa kazi sio ajali. Baada ya yote, ADC (kanuni ya uendeshaji wa kifaa hiki) na vipengele vyake kwa kiasi kikubwa hutegemea dhana gani ya kipimo hutumiwa. Hii inaeleweka kama mchakato wa kulinganisha thamani fulani na kiwango kilichowekwa awali.
Vipimo vya ADC
Zilizo kuu ni kina kidogo na marudio ya ubadilishaji. Ya kwanza inaonyeshwa kwa bits na ya mwisho kwa hesabu kwa sekunde. Vigeuzi vya kisasa vya analogi hadi dijiti vinaweza kuwa na upana wa biti 24 au hadi vitengo vya GSPS. Kumbuka kuwa ADC inaweza tu kukupa moja ya sifa zake kwa wakati mmoja. Ya juu ya utendaji wao, ni vigumu zaidi kufanya kazi na kifaa, na yenyewe ina gharama zaidi. Lakini manufaa ni kwamba unaweza kupata viashirio vinavyohitajika vya kina kidogo kwa kutoa sadaka kasi ya kifaa.
ADC aina
Kanuni ya utendakazi inatofautiana kwa vikundi tofauti vya vifaa. Tutaangalia aina zifuatazo:
- Kwa ubadilishaji wa moja kwa moja.
- Kwa makadirio mfululizo.
- Pamoja na ubadilishaji sambamba.
- A/D kigeuzi chenye kusawazisha chaji (delta-sigma).
- Kuunganisha ADCs.
Kuna aina nyingine nyingi za bomba na mchanganyiko ambazo zina sifa zao maalum zenye usanifu tofauti. Lakini walesampuli ambazo zitazingatiwa ndani ya mfumo wa makala ni ya riba kutokana na ukweli kwamba wanafanya jukumu la dalili katika niche yao ya vifaa vya maalum hii. Kwa hiyo, hebu tujifunze kanuni ya ADC, pamoja na utegemezi wake kwenye kifaa halisi.
Vigeuzi vya moja kwa moja vya A/D
Zilijulikana sana miaka ya 60 na 70 ya karne iliyopita. Kwa namna ya mizunguko iliyojumuishwa, imetolewa tangu miaka ya 80. Hizi ni vifaa rahisi sana, hata vya zamani ambavyo haviwezi kujivunia utendaji muhimu. Kina chao kwa kawaida ni biti 6-8, na kasi mara chache huzidi GSPS 1.
Kanuni ya utendakazi wa aina hii ya ADC ni kama ifuatavyo: pembejeo chanya za vilinganishi hupokea mawimbi ya ingizo kwa wakati mmoja. Voltage ya ukubwa fulani hutumiwa kwenye vituo hasi. Na kisha kifaa huamua hali yake ya uendeshaji. Hii inafanywa na voltage ya kumbukumbu. Wacha tuseme tuna kifaa kilicho na vilinganishi 8. Wakati wa kutumia voltage ya rejeleo ½, ni 4 tu kati yao zitawashwa. Kisimbaji cha kipaumbele kitatoa msimbo wa binary, ambao utarekebishwa na rejista ya pato. Kuhusu faida na hasara, tunaweza kusema kwamba kanuni hii ya operesheni inakuwezesha kuunda vifaa vya kasi ya juu. Lakini ili kupata kina kidogo kinachohitajika, lazima utoe jasho sana.
Mchanganyiko wa jumla wa idadi ya vilinganishi inaonekana kama hii: 2^N. Chini ya N unahitaji kuweka idadi ya tarakimu. Mfano uliozingatiwa hapo awali unaweza kutumika tena: 2^3=8. Kwa jumla, ili kupata jamii ya tatu, ni muhimu8 vilinganishi. Hii ndiyo kanuni ya uendeshaji wa ADCs, ambazo ziliundwa kwanza. Sio rahisi sana, kwa hivyo usanifu mwingine ulionekana baadaye.
Vigeuzi vya ukadiriaji vinavyofuatana vya Analogi hadi dijitali
Hapa kanuni ya "uzani" inatumika. Kwa kifupi, vifaa vinavyofanya kazi kulingana na mbinu hii huitwa ADC za kuhesabu serial. Kanuni ya uendeshaji ni kama ifuatavyo: kifaa hupima thamani ya mawimbi ya ingizo, kisha inalinganishwa na nambari zinazotolewa kulingana na mbinu fulani:
- Inaweka nusu ya volti inayowezekana ya marejeleo.
- Ikiwa mawimbi yamevuka kikomo cha thamani kutoka kwa nukta 1, basi inalinganishwa na nambari iliyo katikati kati ya thamani iliyosalia. Kwa hiyo, kwa upande wetu itakuwa ¾ ya voltage ya kumbukumbu. Ikiwa ishara ya kumbukumbu haifikii kiashiria hiki, basi kulinganisha kutafanywa na sehemu nyingine ya muda kulingana na kanuni sawa. Katika mfano huu, hii ni ¼ ya volti ya rejeleo.
- Hatua ya 2 inahitaji kurudiwa mara N, ambayo itatupa biti N za matokeo. Hii ni kutokana na kufanya idadi ya H ya ulinganisho.
Kanuni hii ya utendakazi hurahisisha kupata vifaa vilivyo na asilimia kubwa ya ubadilishaji, ambayo ni ukadiriaji wa ADCs mfululizo. Kanuni ya utendakazi, kama unavyoona, ni rahisi, na vifaa hivi ni vyema kwa matukio mbalimbali.
Vigeuzi sambamba vya analogi hadi dijitali
Zinafanya kazi kama vifaa vya mfululizo. Fomula ya hesabu ni (2 ^ H) -1. KwaKatika kesi ya awali, tunahitaji (2 ^ 3) -1 kulinganisha. Kwa uendeshaji, safu fulani ya vifaa hivi hutumiwa, ambayo kila mmoja inaweza kulinganisha pembejeo na voltage ya kumbukumbu ya mtu binafsi. Vigeuzi sambamba vya analogi hadi dijiti ni vifaa vya haraka sana. Lakini kanuni ya ujenzi wa vifaa hivi ni kwamba nguvu kubwa inahitajika ili kusaidia utendaji wao. Kwa hivyo, haifai kuzitumia kwenye nishati ya betri.
Bitwise Balanced A/D Converter
Inafanya kazi kwa njia sawa na kifaa kilichotangulia. Kwa hiyo, ili kuelezea utendaji wa ADC ya kusawazisha kidogo-kidogo, kanuni ya uendeshaji kwa Kompyuta itazingatiwa halisi kwenye vidole. Katika moyo wa vifaa hivi ni jambo la dichotomy. Kwa maneno mengine, kulinganisha thabiti ya thamani iliyopimwa na sehemu fulani ya thamani ya juu hufanyika. Maadili katika ½, 1/8, 1/16 na kadhalika yanaweza kuchukuliwa. Kwa hiyo, kibadilishaji cha analog-to-digital kinaweza kukamilisha mchakato mzima katika marudio ya N (hatua zinazofuatana). Zaidi ya hayo, H ni sawa na kina kidogo cha ADC (angalia fomula zilizotolewa hapo awali). Kwa hivyo, tuna faida kubwa kwa wakati, ikiwa kasi ya mbinu ni muhimu sana. Licha ya kasi yake kubwa, vifaa hivi pia vina usahihi wa chini wa tuli.
Vigeuzi A/D vyenye kusawazisha chaji (delta-sigma)
Hii ndiyo aina ya kifaa inayovutia zaidi, hata kidogoshukrani kwa kanuni yake ya uendeshaji. Iko katika ukweli kwamba voltage ya pembejeo inalinganishwa na kile kilichokusanywa na kiunganishi. Mapigo yenye polarity hasi au chanya yanalishwa kwa pembejeo (yote inategemea matokeo ya operesheni ya awali). Kwa hivyo, tunaweza kusema kwamba kibadilishaji kama hicho cha analog-to-digital ni mfumo rahisi wa servo. Lakini hii ni mfano tu wa kulinganisha, ili uweze kuelewa ni nini delta-sigma ADC ni. Kanuni ya operesheni ni ya kimfumo, lakini kwa utendaji mzuri wa kibadilishaji hiki cha analog hadi dijiti haitoshi. Matokeo yake ni mtiririko usioisha wa sekunde ya 1 na 0 kupitia kichujio cha dijiti cha pasi ya chini. Mlolongo fulani kidogo huundwa kutoka kwao. Tofauti hufanywa kati ya vigeuzi vya ADC vya mpangilio wa kwanza na wa pili.
Kuunganisha vigeuzi vya analogi hadi dijitali
Hii ni kesi maalum ya mwisho ambayo itazingatiwa katika makala. Ifuatayo, tutaelezea kanuni ya uendeshaji wa vifaa hivi, lakini kwa kiwango cha jumla. ADC hii ni kigeuzi cha kusukuma-vuta analogi hadi dijiti. Unaweza kukutana na kifaa sawa katika multimeter ya digital. Na hii haishangazi, kwa sababu hutoa usahihi wa hali ya juu na wakati huo huo kukandamiza kuingiliwa vizuri.
Sasa hebu tuzingatie jinsi inavyofanya kazi. Iko katika ukweli kwamba ishara ya pembejeo inashutumu capacitor kwa muda uliowekwa. Kama sheria, kipindi hiki ni kitengo cha mzunguko wa mtandao unaowezesha kifaa (50 Hz au 60 Hz). Inaweza pia kuwa nyingi. Kwa hivyo, masafa ya juu yanazimwa.kuingiliwa. Wakati huo huo, ushawishi wa voltage isiyo imara ya chanzo kikuu cha uzalishaji wa umeme juu ya usahihi wa matokeo huwekwa.
Muda wa malipo wa kibadilishaji fedha cha analogi hadi dijitali unapokwisha, capacitor itaanza kutokeza kwa kasi fulani maalum. Kaunta ya ndani ya kifaa huhesabu idadi ya mipigo ya saa inayotolewa wakati wa mchakato huu. Kwa hivyo, kadri muda unavyoendelea, ndivyo viashiria vitakavyokuwa muhimu zaidi.
Muunganisho wa ADC push-pull una usahihi wa hali ya juu na msongo. Kutokana na hili, pamoja na muundo rahisi wa ujenzi, hutekelezwa kama microcircuits. Hasara kuu ya kanuni hii ya uendeshaji ni utegemezi wa kiashiria cha mtandao. Kumbuka kwamba uwezo wake unatokana na muda wa mzunguko wa usambazaji wa nishati.
Hivi ndivyo jinsi ADC ya kuunganisha mara mbili inavyofanya kazi. Kanuni ya uendeshaji wa kifaa hiki, ingawa ni ngumu sana, lakini hutoa viashiria vya ubora. Katika baadhi ya matukio, hii ni muhimu tu.
Chagua APC yenye kanuni ya utendakazi tunayohitaji
Tuseme tuna kazi fulani mbele yetu. Ni kifaa gani cha kuchagua ili kiweze kukidhi maombi yetu yote? Kwanza, hebu tuzungumze juu ya azimio na usahihi. Mara nyingi huchanganyikiwa, ingawa katika mazoezi wanategemeana kidogo sana. Fahamu kuwa kigeuzi cha 12-bit A/D kinaweza kuwa sahihi kidogo kuliko kigeuzi cha 8-bit A/D. Katika hiloKatika kesi hii, azimio ni kipimo cha jinsi sehemu nyingi zinaweza kutolewa kutoka kwa safu ya pembejeo ya ishara iliyopimwa. Kwa hivyo, ADC za 8-bit zina 28=256 vitengo kama hivyo.
Usahihi ni mkengeuko kamili wa matokeo yaliyopatikana ya ubadilishaji kutoka kwa thamani bora, ambayo inapaswa kuwa katika volti fulani ya pembejeo. Hiyo ni, parameter ya kwanza ina sifa ya uwezo wa uwezo ambao ADC ina, na ya pili inaonyesha kile tunacho katika mazoezi. Kwa hivyo, aina rahisi zaidi (kama vile vigeuzi vya analog-to-digital) vinaweza kutufaa, ambavyo vitakidhi mahitaji kutokana na usahihi wa juu.
Ili kuwa na wazo la kile kinachohitajika, kwanza unahitaji kukokotoa vigezo halisi na kuunda fomula ya hisabati ya mwingiliano. Muhimu ndani yao ni makosa ya tuli na ya nguvu, kwa sababu wakati wa kutumia vipengele mbalimbali na kanuni za kujenga kifaa, zitaathiri sifa zake kwa njia tofauti. Maelezo zaidi ya kina yanaweza kupatikana katika hati za kiufundi zinazotolewa na mtengenezaji wa kila kifaa mahususi.
Mfano
Hebu tuangalie SC9711 ADC. Kanuni ya uendeshaji wa kifaa hiki ni ngumu kutokana na ukubwa na uwezo wake. Kwa njia, kuzungumza juu ya mwisho, ni lazima ieleweke kwamba wao ni tofauti kabisa. Kwa hiyo, kwa mfano, mzunguko wa operesheni iwezekanavyo huanzia 10 Hz hadi 10 MHz. Kwa maneno mengine, inaweza kuchukua sampuli milioni 10 kwa sekunde! Na kifaa yenyewe si kitu imara, lakiniina muundo wa ujenzi wa msimu. Lakini hutumiwa, kama sheria, katika teknolojia ngumu, ambapo ni muhimu kufanya kazi na idadi kubwa ya ishara.
Hitimisho
Kama unavyoona, ADC zina kanuni tofauti za utendakazi. Hii huturuhusu kuchagua vifaa ambavyo vitatosheleza mahitaji yanayotokea, huku pia huturuhusu kudhibiti fedha zetu zinazopatikana kwa hekima.
