Частота дискретизации аналогово-цифрового преобразователя

Я новичок в теме микроконтроллеров и только что узнал, что АЦП преобразует аналоговое напряжение на выводе, например, Arduino, в двоичное число. Поскольку АЦП на Arduino является 10-битным АЦП, у нас будет 2 10 дискретных аналоговых уровней. Означает ли это, что количество выборок во время сбора данных равно 2 ·10 , а интервалы между этими выборками дают время выборки?

Редактировать: Итак, здесь, на картинке с двумя битами, у нас есть 4 уровня. Когда я смотрю на этот график, я вижу, что сигнал был выбран 4 раза, что равно 2 2 .

введите описание изображения здесь

Нет, это означает, что каждый образец преобразуется в целочисленное значение от 0 до 1023. ( 0 → 2 10 − 1 )
Разве это не делает количество образцов равным 1024?
Нет, это означает, что каждая выборка напряжения преобразуется в двоичное число от 00 0000 0000 до 11 1111 1111.
Для пользователя одно показание АЦП является одной выборкой.
Не могли бы вы взглянуть на редактирование, которое я внес в свой вопрос.
@Chu Итак, весь график здесь - один образец?
Сигнал дискретизируется по времени и квантуется по напряжению. Для 10-битного АЦП вы получаете 1024 уровня квантования на выборку.
@alex, так выборка во времени не имеет отношения к квантованию напряжения?
Да. Возможна выборка без квантования (т.е. выборка и сохранение) или квантизация без выборки (т.е. компаратор).
Кроме того, тот график, который вы разместили, я бы описал как показывающий непрерывное время (без выборок) с четырьмя уровнями квантования.
Спасибо. Я все еще немного запутался в приложениях. Я думал, мы делаем семплирование, чтобы компьютер мог обрабатывать аналоговый сигнал. Итак, когда мы делаем семплирование, а когда квантование?
@alex Я только что погуглил. По-видимому, мы выполняем квантование дискретизированного сигнала, чтобы округлить его, а дискретизация выполняется перед квантованием. Но из этого я бы сделал вывод, что количество выборок равно количеству квантованных чисел. Будет ли это ответом на мой вопрос выше ДА? (в случае, если мы делаем квантование после выборки?)
Конкретно какой вопрос?
Каждый раз, когда вы пробуете, вы получаете один уровень. Затем этот уровень квантуется на некоторое количество уровней квантования, и результатом является целое число, представляющее квантованный уровень этой выборки. Вы получаете одно число за образец, но это число имеет 1024 возможных значения, когда вы используете 10-битный квантизатор.
Вопрос, который я задал на этом форуме, с заголовком Частота дискретизации аналого-цифрового преобразователя
Смотрите правки. Добавил пару картинок, может быть будет понятнее.

Ответы (2)

Нет, во время сбора данных преобразователь подключает конденсатор выборки в так называемой схеме выборки и хранения к выводу и заряжает его. По истечении времени выборки конденсатор отключается и измеряется накопленный заряд. Я считаю, что микроконтроллеры Atmega используют последовательное приближение, для которого требуется один тактовый цикл АЦП на бит (то есть 10 тактовых циклов для 10 бит). См. https://en.wikipedia.org/wiki/Analog-to-digital_converter и https://en.wikipedia.org/wiki/Successive_Approximation_ADC для получения более подробной информации о том, как они работают.

Обратите внимание, что вход АЦП на самом деле является входом коммутируемого конденсатора; это может создать несколько проблем при проектировании, поскольку конденсатор должен иметь возможность полностью заряжаться, не влияя при этом на цепь, к которой он подключен. Некоторые решения включают в себя добавление буферного усилителя или фильтра нижних частот или даже очень тщательную настройку порядка сканирования, чтобы перед каждым измерением производилась выборка известного напряжения, чтобы свести к минимуму любые эффекты истории.

Редактировать: Вот достойный график, представляющий выборку и квантование. Синяя кривая — это входной аналоговый сигнал, черные точки — выборки, а красная кривая — квантованный выходной сигнал. Результатом является одно n-битное число на выборку.

квантование

Это фрагмент из таблицы данных atmega, показывающий время преобразования АЦП. Время выборки — это первые полтора такта, когда подключен конденсатор выборки и хранения. Термин «время сбора данных» является синонимом времени выборки для АЦП последовательного приближения. Как только конденсатор отключен, АЦП последовательного приближения преобразует это выборочное напряжение в двоичное число в течение следующих 10 тактовых циклов. По истечении этого времени преобразованное 10-битное число появится в регистрах ADCH/ADCL. Каждая выборка дает одно число, хотя это число имеет 10 бит и, следовательно, 1024 возможных значения. АЦП может замерять входное напряжение и преобразовывать его один раз каждые 14 тактовых циклов АЦП.

атмега АЦП

В зависимости от внутренней работы АЦП может потребоваться несколько выборок в процессе генерации одного показания, которое представляется пользователю (или вызывающей программе).

Обычно, когда программист говорит об усреднении нескольких отсчетов АЦП, он будет иметь в виду завершенное показание, которое обеспечивает АЦП, а не какую-либо выборку, которая является частью внутренней работы АЦП.

Частота дискретизации аналогово-цифрового преобразователя
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v