Расчет разрядности и обоснование выбора АЦП

Измерение физических параметров, таких как напряжение или ток предполагает точную оценку аналоговых величин. Контроллер же работает исключительно с дискретными величинами. Отсюда ясно, что необходимость измерения аналоговых сигналов предполагает подключение аналого-цифрового преобразователя (АЦП). АЦП может общаться с контроллером либо через последовательный или параллельный порты, либо непосредственно через шины, в случае если используется встроенный АЦП микроконтроллера. К первому варианту, в большинстве случаев прибегают из-за необходимости достижения некоторых параметров, которыми не обладает встроенный АЦП, например быстродействие или разрядность, или же из-за его отсутствия.

При выборе АЦП одним из основных критериев является разрядность. Этот параметр определяет степень разрешения при измерениях, то есть ту наименьшую разницу между двумя соседними значениями, может быть зафиксирована.

Расчет разрядности необходимо производить исходя из динамического диапазона сигнала на входе АЦП. В техническом задании указано, что диапазон измерения давления составляет 1-8 атм. Таким образом, если требуется измерять на нижнем пределе давления с относительной погрешностью 5%, то можем вычислить абсолютную погрешность - 0.025 атм. Тогда минимальный шаг измерения давления составляет 0.05 атм., и динамический диапазон давления составит:

;

Тогда как динамический диапазон АЦП с учетом шума квантования вычисляется по формуле [17 с. 2.39]:

(4.1)

где  - разрядность АЦП.

Из выражения (4.1) легко вычислить требуемое количество разрядов АЦП при заданном динамическом диапазоне. Получим, что при динамическом диапазоне измеряемого сигнала, разрядность АЦП должна быть не ниже 8 бит.

Поскольку требуется работать в полосе от 0 до 30 Гц, то согласно теореме Котельникова минимальная частота дискретизации АЦП составит 60 выборок в секунду, однако на практике чаще всего используют частоту квантования в 4-8 раз выше, чем частота среза полосы, т .е. - 120-240 выборок в секунду.