АЦП

Аналогово-цифровой преобразователь является достаточно распространенным компонентом современной цифровой электроники. Ведь на самом низком уровне все сигналы которые идут по проводникам являются аналоговыми. И именно АЦП расшифровывает их и преобразует в цифровой формат. Например если мы используем электронику с напряжением для логики 5В, то именно АЦП будет в зависимости от напряжения на проводнике определять пришел нам логический ноль или логическая единица. Чаще всего такие АЦП построены на полупроводниковых транзисторах и не предполагают дополнительную настройку.

Но что делать, если нам не просто нужно определять логический ноль или единицу, но и определить промежуточные значения напряжения и передать это значение в логическом виде? Здесь нужно использовать выделенные АЦП, предназначенные для работы именно с аналоговыми сигналами. Они могут с заданной точностью определять уровень напряжения и передавать для последующей обработки результат в цифровом виде.

Основным параметром АЦП является разрешающая способность, которая определяет точность определения величины. Например если мы говорим про разрешающую способность 0,1В, то это значит что при изменении напряжения на входе больше 0,1В АЦП сможет определить это и передаст соответсвующее значение в цифровом виде. Часто в качестве параметра разрешающей способности указывают битность - количество бит, которые необходимо для хранения значения измеряемой АЦП величины. Например 2-битный АЦП может определять 2^2=4 уровней напряжения. Если диапазон измерения 5В, то это соответсвует точноти 5/4=1,25 Вольт. Для 6-битного АЦП количество измеряемых уровней 2^6=64, что для 5В соответсвует точности 5/64=0,078 Вольт. Каждый следующий бит удваивает точность.

Стандартные АЦП которые встроены в контроллер Arduino имеют разрядность 10, т.е. определяют 2^10=1024 уровня, точность 5/1024=0,0049 Вольта. Этого достаточно для подключения различных несложных аналоговых датчиков. Недостатком этих встроенных АЦП является отсутсвие возможности точной настройки (например мы не можем настраивать их на измерение другого напряжения кроме изначально заданных 5 В) и ограничение по количеству одновременно подключенных устройств. Например для стандартного и наиболее распространенного контроллера Arduino имеется всего 6 аналоговых входов (A0-A5). Для более мощного Arduino Mega - 14 аналоговых входов. Одноплатные компьтеры типа Raspberry Pi при этом вообще не имеют аналоговых входов.

В случае если встроенных в контроллер АЦП нам недостаточно или их вообще нет, то можем подключить АЦП в виде отдельных устройств. Они могут обладать намного большей точнотсью (например 12 бит даст нам уже 4096 уровней, 16 бит - 65 тысяч) и часто позволяют регулировать как диапазон измерения так и необходимую точность. Кроме того такие АЦП могут обладать большим количеством входов, что позволяет подключать к одному контроллеру десятки и даже сотни датчиков.

Конечно если мы используем прецензионные АЦП, то как у любого измерительного оборудования точнотсь измерения может зависеть от дополнительных факторов. Это можен быт температура измерения, качество входного сигнала. Сам АЦП может иметь характеристики близкие к линейным на всем интересующем нам диапазоне или иметь различную точность в завимсимости от уровня входного параметра. В любом случае для каждого конкретного случая имеется возможность подобрать АЦП с нужными параметрами и не быть ограниченным возможносями встроенных аналоговых входов.