KWALIFIKACJA INF1 - CZERWIEC 2017

PYTANIE NR 16.
Jaka jest wartość cyfrowego słowa wyjściowego b1b2b3, jeżeli na wejście przetwornika kompensacyjno-wagowego A/C podano napięcie Uwe = 3,8 V, a wartość napięcia odniesienia wynosi 8 V?
Ilustracja przedstawia schemat blokowy przetwornika kompensacyjno-wagowego A/C, który jest używany w kontekście kwalifikacji
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
Dla 3 bitów i Uodn=8 V krok kwantyzacji wynosi 8 V / 23 = 1 V.
Uwe=3,8 V leży w przedziale [3 V; 4 V), więc przetwornik zwraca poziom 3. Liczba 3 w kodzie 3-bitowym to 011.

Pełne wyjaśnienie:

W przetworniku A/C o rozdzielczości 3 bitów dostępnych jest 23=8 kodów: od 000 do 111, czyli poziomy 0–7. Dla zakresu odniesienia Uodn=8 V oznacza to, że idealny krok kwantyzacji (1 LSB) wynosi:

LSB = Uodn / 2n = 8 V / 8 = 1 V.

W praktyce (np. w przetworniku równoległym/flash z drabinką rezystorową i komparatorami) powstają progi co 1 V. Wejście Uwe=3,8 V jest większe od 3 V, ale mniejsze od 4 V, czyli należy do przedziału [3 V; 4 V). Taki przedział odpowiada poziomowi o numerze 3 (licząc od zera).

Poziom 3 zapisujemy w kodzie binarnym na 3 bitach jako 011. To jest poprawne słowo wyjściowe b1b2b3.

Dlaczego pozostałe odpowiedzi są błędne?

  • 001 odpowiada poziomowi 1 (przedział [1 V; 2 V)), więc jest za mały dla 3,8 V.
  • 100 to poziom 4 (przedział [4 V; 5 V)), czyli wymagałby Uwe co najmniej 4,0 V.
  • 101 to poziom 5 (przedział [5 V; 6 V)), jeszcze bardziej niezgodny z 3,8 V.

Typowe pułapki to mylenie wag bitów (MSB/LSB) oraz intuicyjne "zaokrąglenie w górę" do 4 V. W idealnym modelu progowym kod reprezentuje przedział, a nie dokładnie 3,8 V; różnica mieści się w błędzie kwantyzacji (maks. około ±0,5 LSB).

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
Przetwornik A/C (analogowo-cyfrowy) zamienia napięcie analogowe na kod binarny. Dzięki temu układy cyfrowe (mikrokontroler, procesor) mogą mierzyć, rejestrować i przetwarzać sygnały z czujników lub torów telekomunikacyjnych w postaci liczb.
Krok kwantyzacji (1 LSB) liczysz ze wzoru: LSB = Uodn / 2^n. Dla n=3 i Uodn=8 V dostajesz 8/8=1 V. Oznacza to progi co 1 V i 8 możliwych poziomów kodu.
Bo 3,8 V leży w przedziale [3 V; 4 V). Kod 011 oznacza poziom 3. Kod 100 oznacza poziom 4 i pasuje dopiero od 4,0 V wzwyż. Typowy błąd to zaokrąglanie 3,8 do 4 zamiast użycia przedziałów kwantyzacji.
Liczba 3 w systemie binarnym to 11. Aby zapisać ją na 3 bitach, dopisujesz zero z przodu: 011. W zadaniach z A/C zawsze pilnuj stałej długości słowa wyjściowego (tu: 3 bity).
Uodn to napięcie odniesienia wyznaczające pełny zakres pomiarowy przetwornika. Dla idealnego A/C kod maksymalny odpowiada wartości bliskiej Uodn (zależnie od definicji progów), a rozdzielczość zależy bezpośrednio od Uodn i liczby bitów.
Najczęstsze pomyłki to: mylenie MSB z LSB, liczenie poziomów jako 2^n-1 bez powiązania z progami, zaokrąglanie w górę zamiast przypisania do przedziału, oraz traktowanie kodu jak dokładnej wartości analogowej (ignorowanie kwantyzacji).
Nie. Przetwornik zwraca dyskretny kod odpowiadający jednemu z poziomów kwantyzacji. Uwe=3,8 V nie da "3,8" na wyjściu cyfrowym, tylko kod przedziału. Różnica między Uwe a poziomem idealnym to błąd kwantyzacji.
Flash ADC używa wielu komparatorów pracujących równolegle. Drabinka rezystorowa tworzy progi (np. co 1 V), a komparatory porównują Uwe z tymi progami. Następnie dekoder zamienia informację o najwyższym aktywnym progu na kod binarny.
Zależy od definicji w zadaniu. Tutaj pomaga wzór wagowy, w którym b1 ma wagę 1/2, b2 ma 1/4, a b3 ma 1/8. To oznacza, że b1 jest bitem najstarszym (MSB). Błędne odczytanie tej kolejności często zmienia wynik.
Ćwicz trzy kroki: (1) policz LSB = Uodn/2^n, (2) wyznacz przedział [k·LSB; (k+1)·LSB), (3) zamień k na kod binarny o stałej liczbie bitów. Zawsze sprawdzaj, czy nie zaokrąglasz wyniku "intuicyjnie".
info

Statystycznie 51% uczniów zna prawidłową odpowiedź. trudne

W praktyce zawodowej kluczowe jest to, że dla 3 bitów i Uodn=8 V krok kwantyzacji wynosi 8 V / 23 = 1 V.Uwe=3,8 V leży w przedziale [3 V; 4 V), więc przetwornik zwraca poziom 3.

Źródła:

  • Wikipedia: "Analog-to-digital converter" (sekcje: Quantization, Flash ADC) https://en.wikipedia.org/wiki/Analog-to-digital_converter - dostęp 2026-02-19
  • Wikipedia: "Flash ADC" (opis progów i działania komparatorów) https://en.wikipedia.org/wiki/Flash_ADC - dostęp 2026-02-19
  • All About Circuits: "Flash ADC" (opis drabinki rezystorowej i progów) https://www.allaboutcircuits.com/technical-articles/flash-adc/ - dostęp 2026-02-19

Materiały:

  • Podręcznik z podstaw elektroniki/układów cyfrowych: systemy liczbowe, wagi bitów, kod binarny
  • Materiały dydaktyczne o przetwornikach A/C: flash, SAR (kolejnych przybliżeń), kompensacyjne
  • Notatki do ćwiczeń z metrologii: rozdzielczość, LSB, błąd kwantyzacji i przedziały progowe

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego