рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Характеристики аналого-цифровых преобразователей

Характеристики аналого-цифровых преобразователей - раздел Приборостроение, Цифровые измерительные приборы Наиболее Важным И Ответственным Узлом Любого Цифрового Средства Измерений Явл...

Наиболее важным и ответственным узлом любого цифрового средства измерений является аналого-цифровой преобразователь (АЦП) - Analog-to-Digital Converter (ADC), поскольку именно он определяет основные метрологические характеристики и быст­родействие всего прибора. Задача АЦП - автоматически транс­формировать бесконечное множество возможных значений вход­ной аналоговой величины в конечное множество (в ограниченный набор цифровых эквивалентов, кодов). Разрядность АЦП, его по­грешности, чувствительность, быстродействие, надежность в зна­чительной мере определяют окончательную достоверность резуль­татов измерения и регистрации, возможности и характеристики цифровой измерительной аппаратуры в целом.

Рассмотрим основные характеристики АЦП, знание которых необходимо для правильного сравнения возможностей различныхпреобразователей (и, следовательно, грамотного выбора прибора для эксперимента). Для определенности будем полагать в дальней­ших рассуждениях, что входным сигналом АЦП является напря­жение постоянного тока.

Длина шкалы L (Length of Scale) характеризует число возмож­ных уровней преобразования (ступеней характеристики преобра­зования) АЦП. Этот термин возник на заре цифровой измеритель­ной техники по аналогии с длиной шкалы (числом делений) ана­логовых стрелочных измерительных приборов. Длина шкалы L ЦИП определяется разрядностью АЦП.

Разрядность п - это число двоичных разрядов (бит) - Number of Bits или десятичных разрядов - Number of Digits. Если разряд­ность АЦП - п двоичных разрядов (бит), то длина шкалы L = 2n. Например, при п = 11 бит значение L = 2048. Если разрядность АЦП - n десятичных разрядов, то L = 10n. Например, при п, равном четырем полным десятичным разрядам, значение L = 9999 (как говорят при этом - «четыре девятки»), или округленно L = 10 000. Цифровые средства измерения, предназначенные для работы с человеком (а не в составе измерительных систем), имеют деся­тичные цифровые отсчетные устройства, т.е. индикаторы, отра­жающие числа в десятичной (привычной нам) системе счисления и состоящие из нескольких десятичных разрядов. Характеризо­вать отсчетное устройство (индикатор) ЦИП при этом можно по-разному.

Один из способов - задание максимального числа возможных значений выходного цифрового кода (точек) на отсчетном уст­ройстве, т.е. указание длины шкалы L. Например, L = 999 точек (или округленно - 1000 точек).

Другой способ - задание числа десятичных разрядов п. При­чем число десятичных разрядов п может быть как целым (например, 4 десятичных разряда), так и дробным (например, п = 3 1/2 разряда). В первом случае в каждом разряде индикатора в процессе измерения могут появляться любые цифры от 0 до 9. Например, если макси­мально возможное индицируемое число L = 999, то говорится, что разрядность п равна трем полным десятичным разрядам. Во втором случае (дробное задание разрядности) в старшем десятичном разряде могут быть, например, только цифры 0 или 1 (это не пол­ный разряд, а половина разряда), а в остальных, скажем, трех раз­рядах - цифры от 0 до 9 (это полные разряды). Максимальное число на индикаторе такого ЦИП может быть 1999. При этом раз­рядность п определяется как 3 1/2 разряда.

Разрешающая способность R (Resolution) - это величина, обрат­ная длине шкалы L (R = 1: L) и характеризующая чувствительность АЦП. Чем больше длина шкалы L, тем лучше разрешающая спо­собность R и тем, следовательно, выше качество преобразования. Значение кванта q (quant) - единицы младшего значащего раз­ряда (МЗР) определяется отношением номинального Uном значе­ния входного напряжения (или верхнего значения диапазона из­мерения) к длине шкалы L:

q = Uном / L.

Для двоичных АЦП значение кванта q иногда обозначается Least Significant Bit (LSB), для десятичных АЦП - Least Significant Digit (LSD).

Например, если длина шкалы цифрового мультиметра L = 1999 точек (или округленно 2000 точек) и выбран диапазон измеряемых напряжений Uном = 2 В, то вес кванта (единицы МЗР) в этом режи­ме q = 1 мВ. Чем меньше значение q, тем выше чувствительность преобразования и, как правило, выше точность. Значение кванта q определяет чувствительность АЦП и прибора в целом.

Погрешность квантования Dкв - важное понятие цифровой из­мерительной техники. Одним из основных источников недосто­верности преобразования аналогового сигнала в цифровой код яв­ляется процедура квантования, т.е. автоматического округления. Преобразование бесконечного множества возможных значений входного напряжения U в конечное число возможных уровней вы­ходного кода неизбежно приводит к появлению погрешности квантования Dкв. Эта погрешность принципиально неистребима, но может быть обеспечена удовлетворительно малой.

Функция погрешности квантования Dкв - это разница между реальной ступенчатой характеристикой преобразования и идеаль­ной линейной (рис. 6.1).

Конкретное значение погрешности Dкв в каждом отдельном ре­зультате преобразования - это случайная величина, равномерно распределенная на интервале кванта q. Все возможные значения этой погрешности лежат в диапазоне ± q/2 (плюс - минус полови­на кванта). Максимальное значение погрешности Dкв составляет по модулю q/2. Конечно, суммарная погрешность АЦП определяется не только погрешностью квантования. Реальная суммарная погреш­ность современных АЦП обычно находится в диапазоне 2... 5 еди­ниц младшего значащего разряда (т.е. 2q...5q).

 

Рис. 6.1. Связь разрядности, длины шкалы и погрешности квантования: а - п= 1 бит, L = 21 = 2,

R = 1 : 2; б - п= 2 бита, L = 22 = 4, R = 1 : 4; в - п= 3 бита, L = 23 = 8, R = 1 : 8

Рис. 6.1 иллюстрирует зависимость выходного кода N АЦП от значения входного напряжения U, а также связь основных поня­тий: разрядности n, длины шкалы L, разрешающей способности R, веса кванта q и значения погрешности квантования Dкв на примере двоичных АЦП (т.е. АЦП, работающих в двоичной системе счисле­ния), входной сигнал которых - напряжение постоянного тока U. Случай разрядности п = 1 бит (см. рис. 6.1, а) соответствует про­стейшему АЦП с двумя возможными состояниями - 0 или 1.

Случай разрядности п = 2 бита (см. рис. 6.1, б) соответствует АЦП с длиной шкалы L = 4. Случай п = 3 бита (см. рис. 6.1, в) соответ­ствует длине шкалы АЦП L = 8. Чем больше число двоичных разря­дов п, тем больше длина шкалы L (больше число возможных уров­ней квантования Nm), тем меньше погрешность квантования Dкв.

Таблица 6.1

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Цифровые измерительные приборы

Соотношения между разрядностью ацп длиной шкалы и разрешающей способностью в табл.. цифровые вольтметры и мультиметры.. рассмотрим устройство и некоторые особенности представи телей довольно распространенного семейства цип цифровых..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Характеристики аналого-цифровых преобразователей

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

ЦИФРОВЫЕ МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ
В практике электрических измерений все шире используются цифровые методы и средства преобразования, хранения, обработ­ки, передачи и представления информации. Цифровые инструменты активно вытесняют

Способностью
n, бит L, число точек R 0,016 (1,6%)

Методы аналого-цифрового преобразования
При построении цифрового измерительного оборудования при­меняются различные методы и средства преобразования аналого­вой информации в цифровую, отличающиеся метрологией, поме­хозащищенностью, динам

ЦИФРОВЫЕ ЧАСТОТОМЕРЫ
Начинать изучение цифровых измерительных приборов удобно и логично с рассмотрения устройства и принципа действия само­го простого и понятного по структуре и набору основных проце­дур преобразования

Режим измерения частоты
Упрощенная структура ЦЧ, реализующая режим измерения частоты, показана на рис. 6.3, а, а временные диаграммы работы в этом режиме приведены на рис. 6.3, б. Исследуемый период

Режим измерения периода
Упрощенная структура ЦЧ в режиме измерения периода приве­дена на рис. 6.7, а, а временные диаграммы – на рис. 6.7, б. В этом режиме входной периодический сигнал 1 (соотв

Выбор режима работы
При работе в широких диапазонах значений частот (или перио­да сигнала) естественно возникает вопрос, какой режим (из двух рассмотренных) целесообразно выбрать для минимизации отно­сительной погрешн

Структура цифрового вольтметра
Упрощенная структура ЦВпоказана на рис. 6.11. На вход прибора подается измеряемое напряжение U (постоянное или переменное, в частности, периодическое). Входные ц

Структура цифрового мультиметра
Цифровые мультиметры (ЦМ) - Digital MultiMeter (DMM) - это многофункциональные измерительные приборы, специально предназначенные в основном для статических измерений несколь­ких электрических (напр

Выбор приборов по метрологическим характеристикам
Если есть возможность выбрать один прибор из нескольких од­нотипных, подходящих по диапазонам измерений и основным эксплуатационным характеристикам, то, прежде всего, следует руководствоваться метр

Выбор диапазона измерения
От правильного выбора диапазона измерения в значительной мере зависят достоверность результатов измерения (регистрации) и эффективность работы в эксперименте. Выбор нужного диапазо­на может выполня

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги