Spis treści:
Przetwornik AC służy do przekształcania różnych sygnałów analogowych na postać cyfrową, czyli liczbową, która odpowiada napięciu (rzadziej natężeniu) na wejściu w konkretnej skali.
Co to jest przetwornik AC?
Przetwornik A/C ma za zadanie zamienić sygnał analogowy, często napięciowy, na wartość cyfrową. Metody przetwarzania tego sygnału dzielą się na bezpośrednie i pośrednie. W przypadku metody pośredniej mamy do czynienia najpierw z przekształcaniem wielkości przetwarzanej na inne (np. czas lub częstotliwość), a następnie porównywaniem tych wielkości z referencyjnymi. W zależności od użytej wielkości pomocniczej wykorzystuje się metodę częstotliwościową lub czasową (z pojedynczym lub podwójnym całkowaniem). Z kolei w metodzie bezpośredniej porównywanie wielkości przetwarzanej z wielkością referencyjną jest przeprowadzane natychmiast. Tę metodę wykorzystują przetworniki kompensacyjne i bezpośrednie.
Dla prawidłowego przetwarzania sygnału analogowego na cyfrowy jest kluczowa minimalna częstotliwość próbkowania. W dużym uproszeniu można ją opisać jako wartość niezbędną do całkowitego odtworzenia sygnału analogowego, przy kształceniu go na wartość cyfrową. Ta zależność została sformułowana w prawie próbkowania.
Parametry przetworników AC
Nie ma jednego uniwersalnego przetwornika AC, który można wykorzystać we wszystkich przypadkach. Poszczególne urządzenia różnią się od siebie parametrami determinującymi ich zastosowanie. Każdy przetwornik ma określoną liczbę bitów. W przypadku prostych urządzeń sterujących lub pomiarowych przeważnie wykorzystuje się przetworniki 8 lub 10-bitowe. Z kolei w układach precyzyjnych, w których dokładność pomiarowa jest kluczowa, używa się przetworników 16, 18 lub 24-bitowych.
Kolejnym parametrem jest częstotliwość próbkowania. Określa jak często w określonej jednostce czasu (np. w ciągu sekundy), sygnał analogowy jest próbkowany, czyli mierzony, w celu przekształcenia go na sygnał cyfrowy. Częstotliwość próbkowania jest powiązana z jakością i dokładnością sygnału cyfrowego. Dobrym przykładem są przetworniki AC audio, w których częstotliwość jest wysoka (44 kSps i więcej). Z kolei specjalistyczne modele pomiarowe o takiej samej rozdzielczości pracują ze znacznie niższą prędkością próbkowania. Wynika to m.in. z konieczności uzyskania bardzo niskiego poziomu szumów i wysokiej dokładności.
Następny kluczowy parametr przetwornika AC to zakres napięć wejściowych, który może wynosić np. od 2,7 V do 5,5 V lub od 3,3 V do 5 V. Ponadto poszczególne przetworniki różnią się od siebie liczbą kanałów, poziomem szumów, interfejsem komunikacyjnym, ilością wbudowanej pamięci EEPROM i innymi parametrami.
Budowa przetwornika AC
Budowa przetworników AC może się różnić w zależności od konkretnego modelu i zastosowania. Część elementów jest standardowa dla większości urządzeń tego typu. Jednym z nich jest wejście analogowe, czyli punkt, przez który sygnał analogowy trafia do przetwornika. Następnym elementem jest Multiplekser Analogowy charakterystyczny dla przetworników wielokanałowych. Ten element pozwala na wybranie jednego z wielu wejść analogowych w celu przetworzenia wprowadzonego sygnału. Przetworniki są również zbudowane ze wzmacniacza, który dostosowuje poziom sygnału analogowego do konkretnego poziomu przetwarzania, zapewniając tym samym odpowiednią amplitudę sygnału.
Następny element to tzw. przetwornik (z ang. Sample and Hold) próbkująco-pamiętający. Jego funkcja polega na zatrzymywaniu (pamiętaniu) konkretnej wartości sygnału analogowego w określonym momencie czasu, czyli próbkowania. Ta funkcja jest niezbędna do dokładnego przetwarzania sygnału analogowego na cyfrowy.
Kolejny element to układ sterowania, który zarządza całym procesem konwersji. Ponadto układ synchronizuje działanie przetwornika próbkująco-pamiętającego. Dodatkowo kontroluje przepływ danych. Następny ważny element to bufor wyjściowy przechowujący przekonwertowane dane cyfrowe. Dodatkowo pozwala na przesyłanie danych do innych układów cyfrowych. Przetwornik AC ma także interfejs cyfrowy, elementy zasilające i przetwornik analogowo-cyfrowy, jako główny element.
Przetwornik AC wielokanałowy – najważniejsze informacje
Przetwornik AC wielokanałowy to urządzenie zdolne do jednoczesnego przetwarzania wielu sygnałów analogowych na sygnały cyfrowe. Każdy z kanałów przetwornika jest przystosowany do obsługiwania oddzielnego sygnału analogowego. Urządzenia tego typu znajdują zastosowanie w układach, w których zachodzi konieczność jednoczesnego lub przemiennego przetwarzania nawet kilkunastu sygnałów analogowych. Takie przetworniki są wykorzystywane m.in. w systemach pomiarowych. Doskonale sprawdzają się w laboratoriach i przemyśle do monitorowania wielu wartości fizycznych jednocześnie. Kolejnym zastosowaniem są urządzenia medyczne służące do monitorowania sygnałów fizjologicznych, np. EEG i EKG.
Przetworniki AC wielokanałowe są używane także w profesjonalnych systemach nagłośnieniowych do jednoczesnego przetwarzania wielu ścieżek audio. Pozostałe zastosowanie przetworników to telekomunikacja (przetwarzanie wielu kanałów sygnałowych w tym samym czasie) oraz systemy kontroli i automatyki.
Przetworniki AC kompatybilne z minikomputerami
Wybrane przetworniki AC są wyposażone w specjalne nakładki, które umożliwiają współpracę z niektórymi minikomputerami, np. z Raspberry Pi. Połączenie przetwornika i maliny można wykorzystać m.in. do projektu monitorowania warunków środowiskowych. W takich zastosowaniach przetwornik AC ma za zadanie odczytać dane m.in. z czujnika wilgotności, temperatury lub sensora mierzącego jakość powietrza.
Ponadto Raspberry Pi z przetwornikiem AC doskonale sprawdza się w systemach automatyzacji domowej, takich jak sterowanie oświetleniem, temperaturą, klimatyzacją, ogrzewaniem, a nawet nawadnianiem roślin w ogrodzie. Co więcej, przetwornik AC w połączeniu z maliną może być wykorzystany do budowy systemów monitoringu, których celem jest zwiększenie poziomu bezpieczeństwa w domu lub biurze. Dzięki możliwości integracji z czujnikami dymu, gazu, wycieku, wody itp. można na bazie Raspberry Pi stworzyć rozbudowany system monitoringu i alarmu, który natychmiast informuje o potencjalnych zagrożeniach.
