Mavzu: Analogli signallarni raqamli signallarga o’zgartirish va xususiyatlari Kirish Analogli signallar Raqamli signallar Analog signallarni raqamli signallarga o’zgartirgichlar Xulosa Foydalanilgan adabiyotlar

Raqamli o'zgartirgichlarga o'xshash
ADC yoki analog-raqamli konvertor alohida qurilma sifatida o'rnatilishi yoki o'rnatilgan bo'lishi mumkin.
Ilgari, mikrokontrolörler, masalan, MCS-51 oilasida ADC bo'lmagan, buning uchun tashqi mikrosxemalar ishlatilgan va tashqi IC qiymatlarini qayta ishlash uchun kichik dasturni yozish kerak edi.

Endi ular eng zamonaviy mikrokontrolörlarda mavjud, masalan, AVR AtMEGA328, eng mashhurlarning asosi bo'lib, u MK-ga o'rnatilgan. Arduino-da analog ma'lumotlarni o'qish juda oson - AnalogRead () buyrug'i bilan. Xuddi shu darajada mashhur bo'lgan Raspberry PI-ga o'rnatilgan mikroprotsessorda bu mavjud emas, shuning uchun hammasi ham oddiy emas.
Aslida, analog-raqamli konvertorlarning ko'p sonli variantlari mavjud, ularning har biri o'zining kamchiliklari va afzalliklariga ega. Ushbu maqola ichida qaysi birini tasvirlash unchalik ma'no qilmaydi, chunki bu katta miqdordagi material. Ulardan ba'zilarining faqat umumiy tuzilishini ko'rib chiqing.
Patentlangan ADCning eng qadimgi varianti Pol Reynining "Faksimile Telegraf tizimi" patentidir. 1.608.527-sonli patent, 1921 yil 20-iyulda berilgan, 1926 yil 30-noyabrda berilgan. Bu 5 bitli to'g'ridan-to'g'ri konversiya ADC. Patent nomidan ushbu moslamadan foydalanish telegraf orqali ma'lumotlarni uzatish bilan bog'liq degan fikrlar paydo bo'ldi.

Agar zamonaviy to'g'ridan-to'g'ri konversiya haqida gapiradigan bo'lsak, ADC quyidagi sxemaga ega:

Bundan ko'rinib turibdiki, kirish - bu chiqish paytida ba'zi bir ostonali signal chorrahasida signal beradigan zanjir. Bu biroz chuqurlik va kvantlash. Kimki hatto elektr zanjirida ozgina bo'lsa ham, bu aniq haqiqatni ko'rdi.
Kim kuchli emas, keyin kirish davri quyidagicha ishlaydi:
Analog signal bir vaqtning o'zida "+" kirishga o'tadi. "-" belgisi bilan chiqish ketma-ket rezistorlar (rezistiv bo'linish) yordamida parchalanadigan mos yozuvlar kuchlanishini oladi. Masalan, ushbu zanjir uchun ketma-ketlik bu nisbatga o'xshaydi:
Urefi \u003d (1/16, 3/16, 5/16, 7/16, 9/16, 11/16, 13/16) * Uref
Qavslarda vergul, har bir kirish voltajining ulanishiga Uref jami mos yozuvlar kuchlanishining qaysi qismi berilganligini ko'rsatadi.
Bular har bir element kirish voltajini imzolaganida ikkita kirishga ega «+» "-" belgisi bilan kirish kuchlanishidan oshib ketganda, mantiqiy birlik chiqish paytida paydo bo'ladi. Musbat (inverting) kirishidagi kuchlanish manfiy (inverting) kirishdagi kuchlanishdan kam bo'lsa, chiqish nolga teng.

Kirish voltaji kerakli miqdordagi raqamlarga bo'linishi uchun kuchlanish bo'linadi. Kirishdagi kuchlanish tegishli elementning chiqishiga yetganda, signal paydo bo'ladi va ishlov berish davri raqamli shaklda "to'g'ri" signalni chiqaradi.
Bunday taqqoslagich ma'lumotlarni qayta ishlash tezligida juda yaxshi, kirish sxemasining barcha elementlari parallel ravishda tetiklanadi, ushbu turdagi ADCning asosiy kechikishi komparatorning 1 kechikishidan hosil bo'ladi (ular bir vaqtning o'zida bir vaqtning o'zida tetiklanadi) va kechikish kodlovchi hisoblanadi.
Shu bilan birga, parallel kontaktlarning zanglashiga olib kelishi mumkin - bu yuqori aniqlikdagi ADClarni olish uchun ko'plab taqqoslagichlarga ehtiyoj. Masalan, 8 ta raqamni olish uchun sizga 2 ^ 8 taqqoslagich kerak bo'ladi va bu 256 dona. O'n bitli (Arduino 10-bitli ADC-da, aytmoqchi, ammo boshqa turda) sizga 1024 ta taqqoslagich kerak bo'ladi. Ushbu davolanish usulining maqsadga muvofiqligini va kerak bo'lganda qaerdaligini o'zingiz hal qiling.
Boshqa ADC turlari mavjud:
ketma-ket yaqinlashish;
delta sigma ADC.
Xulosa
Analog signalni raqamli holatga o'tkazish, analog sensordan parametrlarni o'qish uchun zarurdir. Raqamli datchiklarning alohida turi mavjud, ular ham integral mikrosxemalardir, masalan DS18b20 - uning chiqishida allaqachon raqamli signal mavjud va uni har qanday mikrokontrolörler yoki mikroprotsessorlar tomonidan ADC talab qilmasdan yoki o'z konvertoriga ega bo'lgan datchikdagi analog sensor orqali ishlov berish mumkin. Sensorning har bir turi o'zining ijobiy va salbiy tomonlariga ega, masalan shovqin immuniteti va o'lchash xatosi.
Konversiya tamoyillarini bilish mikrokontrolörler bilan ishlaydigan har bir kishi uchun zarurdir, chunki hamma ham emas zamonaviy tizim bunday konvertorlar o'rnatilgan, siz tashqi mikrosxemalarni ishlatishingiz kerak. Masalan, biz Raspberry PI GPIO ulagichi uchun ADS1256-da aniq ADC-ga ega bo'lgan bunday taxtani keltirishimiz mumkin.
Ushbu turdagi uskunani biron bir asbob-uskunalar toifasiga kiritish juda qiyin. Aytgancha, shuning uchun bu erda ko'rib chiqilgan konvertorlarni taniqli onlayn bozorlarda topish juda qiyin: tovarlarni qaysi toifasida qidirish aniq emas - ushlash moslamalari orasida, tyunerlar orasida yoki konvertorlar orasida? Shu bilan birga, ushbu qurilmalar konvertorlar toifasiga eng yaqindir, chunki ularning yagona vazifasi signalning bir turini boshqasiga o'tkazishdir. Qurilmalardan qanday foydalanish mumkinligi bu faqat shaxsiy masala bo'lib, foydalanuvchining vazifalari va ko'nikmalariga bog'liq.
Dizayn va texnik xususiyatlar
Ko'rib chiqilgan konvertorlar bir xil blister paketlarda etkazib beriladi va birinchi qarashda ular bir-birlaridan farq qilmaydi. Faqatgina modeldagi noaniq yozuv-belgi sizning oldingizda qaysi konvertor turganligini aniqlashga yordam beradi.
Yana bir narsa - qadoqning teskari tomoni. Bu erda o'qish uchun hech narsa yo'q, shunchaki shaffof qadoq ostida ko'rinadigan ulagichlarga qarang.

ET110 rusumli belgisi bo'lgan birinchi qurilma VGA interfeysi (15 pinli ulagich, aks holda D-sub deb ataladi) orqali kompyuterning RGB signal kirishini HDMI ulagichi orqali yo'naltirilgan standart raqamli signalga aylantirish uchun mo'ljallangan. D-sub video chiqishi shaxsiy kompyuterlarda, noutbuklarda va boshqa video yaratish qurilmalarida video kartalarda mavjud.
Ikkinchi konvertor ET111 qadimgi kompozit signalni raqamli portga aylantirish bilan band, u ham HDMI porti orqali chiqariladi. Har qanday videomagnitafon, o'yin pristavkasi yoki oldingi avlodlarning videokameralari bunday "lolalar" bilan ta'minlangan.
Va nihoyat, ET113 indeksi bo'lgan uchinchi konvertor (qiziq, nima uchun 112 emas?), Uning ulagichlaridan ko'rinib turibdiki, "lola" ulagichlari bilan oddiy koaksiyal kabellardan o'tadigan YPbPr signalini raqamli raqamlashtiradi. Ushbu turdagi videofilmlarni o'yin pristavkalari, ba'zi videomagnitafonlar va media pleyerlar, hatto zamonaviylarni ham olish mumkin.

ET110	ET111	ET113

Qurilmalar qutilari plastmassadan tayyorlangan va qulflar bilan mahkam bog'lab qo'yilgan ikkita yarmidan iborat. Ushbu qulflarning joylashuvini bilish uchun biz konvertorlardan birining ishini burishimiz kerak edi. Shunga qaramay, ular qurilmalarni demontaj qilishga muvaffaq bo'lishdi. Ularning dizayni juda o'xshash bo'lib chiqdi, bu siz videoni raqamlashtiradigan asosiy elektron komponentning bir xil ishlab chiqarish chipi ekanligini hisobga olsangiz ajablanarli emas.

ET110	ET111	ET113
konvertor dasturiy ta'minoti Winbond 25X40 chipida yashiringan (ketma-ket interfeysli flesh-xotira) videoni takomillashtirish texnologiyasini qo'llab-quvvatlaydigan HDMI / MHL konvertoriga analog video bo'lgan SiI8784 ixtisoslashtirilgan ishlab chiqarish chipi VRS ClearView videoni takomillashtirish
ESMT AD12250A - 24 bit 96 kHz analog stereo audio konvertor

Bizning qurilmalarimiz chiqish orqali lehimlangan odatiy adapter emas, ular mutlaqo mustaqil qurilmalar bo'lib, ularning elektronikasi ishlaydi faol elektronYa'ni ovqatlanishni talab qiladi. Buning uchun ko'rib chiqilgan konvertorlarning har birida yana bitta "dum" bor - standart USB, bu televizorning yoki boshqa qurilmaning USB portiga ulanishi kerak. Haddan tashqari holatda,

Interfeysi	ET110	ET111	ET113
Kirish
Oziqlanish	USB 2.0
Video kiritish	D-sub 15 pinli VGA kabeli	kompozit ("lola")	komponent ("lolalar")
Ovoz kiritish	3,5 mm analog ulash o'rni		analog stereo (L / R, lolalar)
Kirish o'lchamlari	640 × 480p@60 Hz, @ 67 Hz, @ 72 Hz, @ 75 Hz, @ 85 Hts 720 × 400p@70 85 Hz, @ Hz 800 × 600p@56 Hz, @ 60 Hz, @ 72 Hz, @ 75 Hz, @ 85 Hts 832 × 624p@75 Hz 1024 × 768p@60 Hz, @ 70 Hz, @ 75 Hz, @ 85 Hts 1152 × 864p@60 Hz @ 75 Hz 1280 × 720p@60 Hz 1280 × 768p@60 Hz, @ 75 Hz, @ 85 Hts 1280 × 800p@60 Hz @ 75 Hz 1280 × 960p@60 Hz 1280 × 1024p@60 Hz @ 75 Hz 1360 × 768p@60 Hz 1366 × 768p@60 Hz (16: 9) 1400 × 1050@60 Hz 1440 × 900p@60 Hz 1600 × 900p@60 Hz (RB) 1600 × 1200p@60 Hz 1680 × 1050p@60 Hz 1920 × 1080p@60 Hz		480i / bet 576i / bet 1080i / p
Chiqish
Maksimal o'lchamlari	HDMI A, 1080p60 yoki UXGA gacha (1200 × 1600)
Boshqa xususiyatlar
Ishlash harorati	0 dan +40 ° C gacha
Ko'rsatkichlarning mavjudligi	quvvat ko'rsatkichi
O'lchamlari	102 × 33 × 16 mm
Vazni (ulagichlar bilan)	91 g	65 gr	76 gr

hozirda juda ko'p bo'lgan besh voltli batareya, deb nomlanadigan quvvat banki, mos keladi.
Asosiy texnik xususiyatlari konvertorlar quyidagi jadvalda keltirilgan.
Ushbu va boshqa ma'lumotlarni ko'rish mumkin.
Ulanish va ishlatish
Qurilmalarning tashqi va ayniqsa texnik tavsifidan, konvertorlarni qanday o'zgartirish kerakligi aniq bo'ladi. Shunga qaramay, biz bu erda qurilmalarning odatiy dasturlarining diagrammalarini keltiramiz.

ET110	ET111	ET113

Ko'rib turganingizdek, har bir sxemada tugatish nuqtasi raqamli televizor yoki projektor. Ammo savol tug'iladi: har qanday zamonaviy proektor yoki televizor, kamdan-kam holatlar bundan mustasno, raqamli va turli xil analoglar, hatto "kompyuter" D-sub-ni ham qo'shib barcha video kirishlari bilan jihozlangan. Analog kirishlarsiz axborotni namoyish qilish qurilmalarining muallifi faqat ba'zi maxsus ixtisoslashtirilgan monitorlarni, masalan, kameralar yoki kameralarning "poyafzaliga" o'rnatilgan monitorlarni eslab qolishi mumkin. Oddiy foydalanuvchiga eski VCR yoki noutbukni zamonaviy televizorga televizorga kiritilgan kabellar, adapterlar orqali to'g'ridan-to'g'ri ulashiga nima xalaqit beradi? U nima uchun qo'shimcha ravishda quvvatni ta'minlaydigan alohida izolyatsiya qilingan qurilma orqali ulanishni tanlaydi?
Ortda oddiy foydalanuvchi bizda aytadigan gapimiz yo'q, lekin "g'ayrioddiy" foydalanuvchi bilan hamma narsa oddiy emas. Ushbu maqola chop etilgan Raqamli video bo'limining o'ziga xos xususiyati suratga olish moslamalarini esga olishni talab qiladi. Bu erda haqiqiy qiyinchiliklar boshlanadi: video ta'qib qilish moslamalari nafaqat apparat yoki dasturiy, statsionar yoki ko'chma bo'linadi. Har qanday suratga olish qurilmasining asosiy farqlovchi xususiyatlaridan biri bu qurilma qabul qilishi va o'zgartirishi mumkin bo'lgan signal turi. Barcha zarur ma'lumotlarga ega va barcha mumkin bo'lgan video standartlarini qo'llab-quvvatlaydigan universal qurilmani topish juda qiyin. Ayniqsa, hozir, qo'lga olish qurilmalari bitta kirish bilan jihozlanganida. Va bu, albatta, HDMI. Shunday qilib, har qanday videoni olib keladigan HDMI signalini va bir nechta ko'p standartli konvertorlarni olish uchun bitta moslamaga ega bo'lish raqamli standart, foydalanuvchi mutlaqo istalgan manbani - VHS magnitafonini yoki kamerasini, oldingi avlodlar uchun o'yin pristavkasini, Blu-ray pleerini yoki media pleerini, noutbukni, eski raqamni raqamlashi mumkin. shaxsiy kompyuter va hokazo, ultratovush diagnostika apparati uchun.
Ammo etarlicha nazariya, men bu erda o'rganish mumkin bo'lgan bir nechta jihatlarni ko'rib chiqmoqchiman. Va birinchisi, eng muhimi, signalni qayta ishlash va uzatishda kechikish bilan bog'liq. Axir, ko'rib chiqilgan konvertorlardan o'yin pristavkasi va biron-bir video signalni namoyish qilish moslamasi (TV, projektor) o'rtasidagi moslashtiruvchi sifatida foydalanish mumkin. O'yinda, masalan, otishma yoki poyga va boshqa simulyatorlarda qaysi omil muhim? Albatta, o'yinchining munosabati.
Biz o'ynay olmaymiz, qoniqarli iste'molchiga o'ynaymiz, signal uzatishda kechikishni hisoblaymiz. Ko'rib chiqilgan konvertorlar faol sxema bo'yicha ishlaydi, bu erda har qanday kirish signali to'liq qayta ishlanib, boshqa standartga o'tiladi. Va bu, hatto nazariy jihatdan ham vaqt talab etadi.
Boshlash uchun biz o'z-o'zidan sinov stendini yig'amiz. Biz noutbukni VGA (D-sub) video chiqishidan foydalanib televizorga ulaymiz va ET110 qurilmasidan signal o'zgartiruvchi sifatida foydalanamiz. Yuqorida birinchi misolda keltirilgan bunday sxema bo'yicha. Natijada, noutbuk ikkinchi displeyni oldi, u asosiy displeyda bir xil ma'lumotni namoyish etadi. Endi biz noutbukda soniyada 60 kadr chastotaga ega bo'lgan maxsus videoni tomosha qilishni boshlaymiz. Bu erda videoda sekundiga bitta inqilobni amalga oshiradigan, shuningdek, bir soniyada o'z yo'lini bosib o'tadigan to'rtburchaklar ham mavjud. Olingan sinov dastgohini videotasvirga olish davom etmoqda va video sekundiga 60 kadr chastotada bir xil suratga olinadi. Mana natija:
Ushbu videoda signal uzilishining 60 sektordan 7 sektori, ya'ni soniyasining 1/10 qismi aniq ko'rinib turibdi. Bu ko'pmi yoki ozmi, bilmaymiz - o'yin pristavkalari hech qachon olib ketilmagan. Biroq, katta konkret noutbukdan ushbu konvertor orqali katta ekranda ishga tushirilgan poygalarda bunday kechikish umuman sezilmadi. Ehtimol, onlayn otishma ustalari ba'zi zerikarli laglarni payqashlari mumkin, ammo, ochig'ini aytganda, men bunga ishonmayman.
Keyingi savol, bu oddiy (ammo shu bilan birga murakkab) asboblarni o'rganishda yakuniy bo'lib, signallarni transkodlash paytida tafsilotlarni saqlashdir. Kompozit videoni raqamlashtiradigan ET111 qurilmasi bu borada o'rganish foydasizdir. Hech qanday tafsilot haqida gap bo'lishi mumkin emas - bu qadimiy standart juda shafqatsiz bo'lib, video signal bilan keladi, unda ikkala piksel ham kvadratik emas va kvadratning tomonlar nisbati "noto'g'ri", televizorning tashqi tomonlari "naychali" televizorlarda va hatto interlazda ko'rinmaydi. unutilmas, bu vertikal tafsilotlarni ikkiga bo'ladigan. Ushbu imkoniyatdan foydalanib, biz ET111 konvertorini magnitafonning kompozitsion video chiqishiga ulab va bitta HDMI kirish bilan signalni yozib olish moslamasiga uzatish orqali bir nechta eski VHS lentalarini suratga oldik. Sifati (aniqrog'i, VHS ta'minlay oladigan) juda yaxshi bo'lib chiqdi, bu televizordagi magnitafondan to'g'ridan-to'g'ri ko'rish paytida yomon emas.

Ammo boshqa ikkita qurilma tafsilotlar nuqtai nazaridan o'rganish juda qiziq - bu konvertorlar haqiqatan ham signalni aldamaydilar, uni siqib chiqarmaydilar, masalan, ikki marta ishlov beradilar va keyinchalik Full HD-ga o'tishadi?
Ushbu taxminni maxsus sinov videofaylini o'ynatib, so'ngra video oqimini suratga olish orqali tekshirish oson. ET110 holatida noutbuk faylni o'ynatadi va signal uning VGA chiqishi orqali chiqariladi, konvertor orqali uzatiladi va ushlash qurilmasiga beriladi. Ikkinchi holda, manba komponentli video chiqishlari bilan jihozlangan media pleer bo'ladi. Sinov video faylida bir-biridan bir xil masofada joylashgan bir piksel qalinlikdagi ko'plab chiziqlar mavjud. Suratga olish natijalarini quyida ko'rish mumkin.
Ramkalarning har xil yorqinligi turli xil video chiqishlarning tarqalishi bilan izohlanadi (noutbukda "kompyuter" ning yorug'lik diapazoni mavjud) va har xil ravshanlikni tushuntirish ham oson: biz konvertorga kiritilgan video signal to'liq ishlov berilishini boshdan kechirayotganimizni eslaymiz - mana mana shu ishlov berish natijalari, hanuzgacha ramkalarda.
xulosalar
To'liq analog signal konvertorlariga ega bo'lgan ushbu arzon qurilmalarni qanday maqsadlarda ishlatish kerak turli formatlar bitta raqamli, hamma tomonidan qo'llab-quvvatlanadigan, istisnosiz, zamonaviy displey qurilmalari? Yuqorida aytib o'tilganidek, agar televizorda kerakli kirish bo'lmasa, ular talab qilinishi mumkin. Yoki hatto zarur bo'lmagan adapterlarning etishmasligi kabi oddiy vaziyatlarda ham (muallifning televizorlaridan biri cheklangan konfiguratsiyada qabul qilingan, buning natijasida maxsus markali adapterlar yo'qligi sababli uning barcha analog kirishlari mavjud emas).
Ammo shunga qaramay, turli xil standartlarga ega bo'lgan video signalni olish imkoniyati yanada ishonchli ko'rinadi. Va hatto turli xil suratga olish moslamalarining qimmatligi hisobga olinsa ham, afzalroq. Albatta, barchaga ma'qul keladigan ideal chiqish, bir vaqtning o'zida faqat uchta turdagi kirish ulagichlariga ega - VGA, kompozit va tarkibiy qismlarga ega bo'lgan signal konvertori bo'ladi. Ammo bunday qaror, shubhasiz, sotuvchilarning rejalariga umuman kiritilmagan.