1. Принцип аналого-цифрового и цифроаналогового преобразования.

Речь, телефонные сообщения, музыка, видео информация, показания аналоговых измерительных приборов представлены в цифровых устройствах в цифровом коде.

Преобразование сигналов из аналоговой формы в цифровую выполняется в устройстве, называемом аналого-цифровым преобразователем (АЦП).В АЦП можно выделить следующие процессы:

• дискретизацию;

• квантование;

• кодирование.

Рассмотрим сущность этих процессов.

Дискретизация непрерывных сигналов.

Процесс дискретизации заключается в том, что из непрерывного во времени сигнала U(t) –аналогового сигнала выбираются отдельные его значения, соответствующие моментам времени, которые следуют через определенный период Т_{дискретиз.} Дискретные значения в тактовые моменты времени следует отсчитывать с таким Т_{дискретиз.},чтобы по ним можно было бы восстановить сигнал в аналоговой форме с требуемой точностью.

T_{дискр ≤} ,

где F_max – максимальная частота преобразуемого аналогового сигнала.

Примеры T_дискрдляаналоговогосигналапри передаче телефонных и телевизионных сообщений.

Квантование и кодирование.

Сущность этих операций заключается в следующем. Создается сетка так называемых уровней квантования, сдвинутых друг относительно друга на величину , называемую шагом квантования. Каждому шагу квантования можно приписать порядковый номер (0, 1, 2, 3 и т.д.). Полученные в результате дискретизации значения исходного аналогового напряжения U(t)

Заменяются ближайшими к ним уровнями квантования.

Описанный процесс носит название операции квантования. Смысл этого процесса состоит в округлении значений аналогового напряжения, выбранных в тактовые моменты времени. Как и всякое округление, процесс квантования приводит к погрешности (ошибкам квантования), создавая так называемый шум квантования.

Следующая операция, выполняемая при аналого-цифровом преобразовании сигналов, - кодирование. Округленные мгновенные значения сигналов в тактовые моменты времени представляются числами-номерами соответствующих уровней квантования.

Рассмотрим эти процессы на диаграмме:

2-й учебный вопрос. Цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП) информации.

Назначение: Для преобразования цифрового двоичного кода в выходное напряжение ,U(t) пропорциональное весовым двоичной коэффициентам разрядов двоичной системы счисления (….8,4,2,1).

Рассмотрим схему ЦАП, которая представляет взвешенную резисторную матрицу.

В рассмотренной схеме сумма токов _, протекающих через резистор R₀ , пропорциональна весовым коэффициентам двоичных разрядов.

Например:

3-й учебный вопрос. Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) информации.

Рассмотрим вначале принцип действия АЦП на временных диаграммах, а затем одну из возможных схем АЦП.

Назначение АЦП: для преобразования мгновенных значений аналогового входного сигнала x(t) двоичный m-разрядный код.

Аналого-цифровой преобразователь преобразует аналоговые сигналы в соответствующие им цифровые сигналы. Аналоговый сигнал может представляться определенным количеством амплитудных значений. Амплитуда измеряется через определенный промежуток времени. Соответствующие цифровые значения по очереди сохраняются и все вместе образуют цифровой сигнал. Иными словами, цифровой сигнал изменяющейся во времени величины представляет собой последовательность чисел. Эти числа могут быть представлены в любой системе счисления или коде. Чаще всего АЦП выдает результат в двоичной системе счисления или в двоично-десятичном коде.