Аналого-цифровой преобразователь – это устройство, предназначенное для преобразования непрерывно-изменяющейся во времени физической величины в эквивалентные ей значения цифровых кодов. В качестве аналоговой величины может быть напряжение, ток, угловое перемещение, давление газа и т.д.

Процесс аналого-цифрового преобразования предполагает последовательное выполнение следующих операций (рис.13.5):

- выборку значений исходной аналоговой величины в некоторые заданные моменты времени, т.е. дискретизация сигнала во времени,

- квантование (округление преобразуемой величины до некоторых известных величин) полученной в дискретные моменты времени значения аналоговой величины по уровню,

- кодирование – замена найденных квантовых значений некоторыми числовыми кодами.

Рис. 13.5. Принцип аналого-цифрового преобразования.

Операция квантования по уровню функции U(t) заключается в замене бесконечного множества её значений на некоторое конечное множество значений U*n(t), называемых уровнями квантования. Для выполнения этой операции весь диапазон изменения функции D = U(t)max-U(t)min разбивают на некоторое число уровней N и производят округление каждого значения функции U(t) до ближайшего уровня квантования U*n(t). Величина h = D/N носит название шага квантования. В результате процесса аналого-цифрового преобразования аналоговая функция U(t) заменяется дискретной функцией U*n(t).

В аналитической форме процесс аналого-цифрового преобразования может быть представлен выражением:

где U(t)_i - значение функции U(t) в i-м шаге,

h — шаг квантования,

δki — погрешность преобразования на i-м шаге.

Процесс квантования по уровню связан с внесением некоторой погрешности ε_i , значение которой определяется неравенством:

Погрешность зависит от разрядности.

Основные параметры АЦП делятся на статистические и динамические.

К статистическим относятся:

- вид преобразуемой величины: напряжение, ток, угловое перемещение и т.д.,

- диапазон изменения входных величин,

- разрядность,

- абсолютная разрешающая способность,

- абсолютная погрешность преобразования в конечной точке шкалы δ_шк,

- нелинейность преобразования δL.

К динамическим параметрам относится максимальная частота преобразования f_пр.В зависимости от принципа действия АЦП делятся на АЦП параллельного преобразования, АЦП поразрядного взвешивания, следящие АЦП, интегрирующие АЦП и др.АЦП параллельного преобразования реализуют метод непосредственного считывания и являются самыми быстродействующими. В качестве примера рассмотрим принцип работы микросхемы К1107ПВ1. Микросхема имеет 6 разрядов и обеспечивает быстродействие до 20 МГц (рис.13.6).