Porta Parallela - Software ["Dentro il Computer" di Giobe®2000]

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PROGETTO nÂ° 06 - 4/12 [90 di 189]

Analisi del Problema · Analisi del Codice · Procedure importanti · Schema interfaccia · Descrizione dello schema

Porta Parallela - INPUT di Dati a 8 bit - Uso di un convertitore ADC0804

Analisi del Problema [2 di 3] - Considerazioni teoriche

I convertitori analogico–digitali, comunemente indicati con la sigla ADC , Analog-to-Digital Converter, hanno la funzione di trasformare (convertire) un segnale analogico presente in ingresso in uno digitale (codice binario) d’uscita ad esso proporzionale.

	Le grandezze analogiche variano con continuità in un determinato intervallo di tempo e possono perciò assumere infiniti valori.
	Le grandezze digitali possono, invece, assumere solo un numero finito di valori, espresso dalla potenza di 2 del numero di bit da cui è costituita; se 3 sono i bit con cui la grandezza viene espressa saranno disponibili 2³ = 8 valori diversi...

	I possibili infiniti valori analogici si possono dunque pensare come raggruppati in fasce delimitate da livelli fissi, detti livelli di quantizzazione, ciascuno caratterizzato da un ben preciso valore digitale.
	Alla fascia di livello più alto sarà associato il più grande numero binario esprimibile da n bit (una sequenza di n bit a "1", corrispondente al valore decimale 2ⁿ-1), detto valore di fondo scala (FSR, Full Scale Range).
	L'intervallo costante che separa un valore digitale dal successivo è detto passo di quantizzazione (*quanto*): la sua dimensione è pari al valore di fondo scala diviso per il numero di fasce possibili, 2ⁿ.
	Da notare che l’operazione di quantizzazione, comportando la sostituzione di un numero infinito di valori con un numero discreto, implica un errore, detto errore di quantizzazione.

E' importante sottolineare che un convertitore associa i suoi valori binari solo ad un piccolo sottoinsieme degli infiniti valori analogici che la grandezza da convertire può assumere; ciò si traduce in una inevitabile approssimazione, tanto più grande quando minore è il passo di quantizzazione, cioè quanto minore è il numero di bit con cui si codifica ciascun campione, detto risoluzione.

La conversione del segnale analogico prevede dunque sostanzialmente 2 operazioni:

	la quantizzazione del segnale analogico.
	la codifica del segnale quantizzato, cioè associazione a ciascuno di un numero binario.

La conversione consiste nel prelevare, in un ben preciso istante, un campione del segnale analogico, misurarlo per determinare il valore digitale corrispondente e mantenerlo fisso sull’uscita finchè non viene prelevato e convertito il successivo campione.

Le operazioni coinvolte nella trasformazione di un livello di tensione in un numero binario devono essere ripetute con una frequenza (detta di campionamento) relativamente elevata:

	se è troppo bassa il numero dei campioni ottenuti può essere insufficiente quando si dovrà provvedere all'operazione inversa, cioè alla ricostruzione del segnale analogico a partire dalla sua forma digitalizzata.
	se è troppo elevata il numero dei campioni in eccesso non aggiungerà ulteriore qualità al segnale analogico ricostruito, per cui la loro presenza si risolve solo in inutile perdita di risorse.

Secondo il teorema del campionamento la frequenza di campionamento deve essere maggiore o uguale al doppio della frequenza massima del segnale da campionare, o meglio, della sua componente armonica più elevata.

In commercio sono disponibili convertitori A/D in una grande varietà di tipi che si differenziano per numerosi fattori.

Le grandezze elettriche d'esercizio possono essere coinvolte per classificare i convertitori:

	dinamica della tensione d’ingresso, cioè il campo di valori accettati in ingresso.
	la configurazione dei dati d’uscita (livelli di tensione, tipo e formato del codice).
	impedenza d’ingresso, offset e guadagno.
	coefficienti di temperatura (il calore può interferire causando perdita di precisione nel campionamento).

Oltre l’aspetto tecnologico, la classificazione più significativa è quella che legata ai principi di funzionamento, dai quali dipende il livello delle prestazioni:

	tempo di conversione.
	velocità
	risoluzione.
	precisione.
	linearità (ad uguali incrementi del segnale analogico devono corrispondere uguali incrementi del segnale digitale).

Dal punto di vista del principio di funzionamento i principali tipi di convertitori A/D sono:

	a comparatori in parallelo.
	ad approssimazioni successive.
	a conteggio.
	ad integrazione.
	sigma-delta.

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