АЦП

Аналогово-цифровий перетворювач є досить поширеним компонентом сучасної цифрової електроніки. Адже на найнижчому рівні всі сигнали які йдуть провідниками є аналоговими. І саме АЦП розшифровує їх і перетворює на цифровий формат. Наприклад, якщо ми використовуємо електроніку з напругою для логіки 5В, то саме АЦП буде залежно від напруги на провіднику визначати прийшов нам логічний нуль або логічна одиниця. Найчастіше такі АЦП побудовані на напівпровідникових транзисторах і передбачають додаткову настройку.

Але що робити, якщо нам не просто потрібно визначати логічний нуль чи одиницю, а й визначити проміжні значення напруги та передати це значення у логічному вигляді? Тут потрібно використовувати виділені АЦП, призначені для роботи саме з аналоговими сигналами. Вони можуть із заданою точністю визначати рівень напруги та передавати для подальшої обробки результат у цифровому вигляді.

Основним параметром АЦП є роздільна здатність, яка визначає точність визначення величини. Наприклад, якщо ми говоримо про роздільну здатність 0,1В, то це означає, що при зміні напруги на вході більше 0,1В АЦП зможе визначити це і передасть відповідне значення в цифровому вигляді. Часто в якості параметра здатності вказують бітність - кількість біт, які необхідно для зберігання значення вимірюваної АЦП величини. Наприклад, 2-бітний АЦП може визначати 2^2=4 рівнів напруги. Якщо діапазон вимірювання 5В, це відповідає точності 5/4=1,25 Вольт. Для 6-бітного АЦП кількість вимірюваних рівнів 2 6 = 64, що для 5В відповідає точності 5/64 = 0,078 Вольт. Кожен наступний біт подвоює точність.

Стандартні АЦП вбудовані в контролер Arduino мають розрядність 10, тобто. визначають 2 ^ 10 = 1024 рівня, точність 5/1024 = 0,0049 Вольта. Цього достатньо для підключення різних нескладних аналогових датчиків. Недоліком цих вбудованих АЦП є відсутність можливості точного налаштування (наприклад ми не можемо налаштовувати їх на вимірювання іншої напруги крім спочатку заданих 5) і обмеження за кількістю одночасно підключених пристроїв. Наприклад для стандартного та найпоширенішого контролера Arduino є всього 6 аналогових входів (A0-A5). Для потужнішого Arduino Mega - 14 аналогових входів. Одноплатні комп'ютери типу Raspberry Pi при цьому взагалі не мають аналогових входів.

Якщо вбудованих в контролер АЦП нам недостатньо або їх взагалі немає, то можемо підключити АЦП у вигляді окремих пристроїв. Вони можуть мати набагато більшу точність (наприклад 12 біт дасть нам вже 4096 рівнів, 16 біт - 65 тисяч) і часто дозволяють регулювати як діапазон вимірювання так і необхідну точність. Крім того такі АЦП можуть мати велику кількість входів, що дозволяє підключати до одного контролера десятки і навіть сотні датчиків.

Звичайно якщо ми використовуємо прецензійні АЦП, то як у будь-якого вимірювального обладнання точність вимірювання може залежати від додаткових факторів. Це може бути температура вимірювання, якість вхідного сигналу. Сам АЦП може мати характеристики близькі до лінійних на всьому діапазоні, що нам цікавить, або мати різну точність в залежності від рівня вхідного параметра. У будь-якому випадку для кожного конкретного випадку є можливість підібрати АЦП з потрібними параметрами і не бути обмеженим можливостями вбудованих аналогових входів.