KWALIFIKACJA ELM2 + ELM5 - CZERWIEC 2009

PYTANIE NR 21.
W układzie zastosowano przetwornik 8-bitowy. Jaka jest rozdzielczość napięciowa przetwarzania, jeżeli skala pomiarowa zawiera się w granicach od 0 V do 2,56 V?
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
Rozdzielczość idealnego przetwornika 8‑bitowego to pełny zakres podzielony przez liczbę poziomów: 2^8 = 256. Dla zakresu 0–2,56 V: 2,56 V / 256 = 0,01 V, czyli 10 mV na 1 LSB. Pozostałe wartości wynikają zwykle z błędnego dzielenia przez 8 lub z pomyłek jednostek.

Pełne wyjaśnienie:

Rozdzielczość napięciowa przetwornika ADC (często opisywana jako 1 LSB) oznacza najmniejszą zmianę napięcia wejściowego, która odpowiada zmianie kodu cyfrowego o jeden krok w idealnym przetworniku.

Dla przetwornika N‑bitowego liczba możliwych kodów (poziomów kwantyzacji) wynosi 2^N. Dlatego rozdzielczość oblicza się jako:

Rozdzielczość = zakres pomiarowy / (2^N)

W zadaniu: N = 8, więc 2^8 = 256 poziomów. Zakres wynosi 2,56 V (od 0 V do 2,56 V). Zatem:

2,56 V / 256 = 0,01 V = 10 mV.

Odpowiedź "10 mV" jest poprawna, bo odpowiada dokładnie jednemu krokowi kwantyzacji. W praktyce często mówi się też o błędzie kwantyzacji rzędu ±0,5 LSB (tu około ±5 mV), ale pytanie dotyczy samej rozdzielczości kroku.

Dlaczego pozostałe odpowiedzi są błędne?

  • "320 mV" typowo pochodzi z niepoprawnego dzielenia 2,56 V przez 8 (mylenie liczby bitów z liczbą poziomów).
  • "100 mV" i "32 mV" nie wynikają z poprawnego użycia 2^8; wskazują na pomyłkę w doborze dzielnika lub w przeliczaniu jednostek.

Wskazówka egzaminacyjna: najpierw policz 2^N (dla 8 bitów zawsze 256), a dopiero potem dziel pełną skalę i na końcu sprawdź jednostki (V → mV).

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
Rozdzielczość ADC (często 1 LSB) to najmniejszy krok napięcia wejściowego, który zmienia wynik cyfrowy o 1. W idealnym ADC jest to zakres pomiarowy podzielony przez liczbę poziomów 2^N. Im więcej bitów, tym mniejszy krok i dokładniejsze odwzorowanie sygnału.
Najpierw wyznacz liczbę poziomów: 2^8 = 256. Następnie podziel pełną skalę napięciową przez 256. Jeśli zakres to 0–2,56 V, to 2,56/256 = 0,01 V, czyli 10 mV. To jest wartość jednego kroku (LSB).
Bo N bitów nie daje N stanów, tylko 2^N różnych kodów. Każdy bit podwaja liczbę możliwych kombinacji. Błąd "dzielę przez 8, bo 8‑bit" myli liczbę bitów z liczbą poziomów kwantyzacji, co prowadzi do wyniku wielokrotnie zaniżonej dokładności.
Najczęściej: (1) dzielenie zakresu przez liczbę bitów zamiast przez 2^N, (2) pomyłka jednostek i brak zamiany V na mV, (3) użycie złego zakresu (np. mylenie 2,56 V z 5 V), (4) nieuwzględnienie, że pytanie dotyczy kroku LSB, a nie błędu ±0,5 LSB.
Nie wprost. 10 mV to krok kwantyzacji (1 LSB) w idealnym przetworniku. Sama dokładność pomiaru zależy też od błędu kwantyzacji (często ±0,5 LSB), błędów ADC (offset, gain), szumów oraz jakości napięcia odniesienia. Rozdzielczość mówi, jak "gęste" są poziomy kodów.
Taki zakres jest wygodny dydaktycznie, bo dla 8 bitów daje "ładny" wynik: 2,56 V / 256 = 0,01 V. W praktyce podobne wartości wynikają z napięcia odniesienia (Vref) ustawianego tak, aby uzyskać prostą interpretację LSB lub dopasować skalę do czujnika i maksymalnego spodziewanego napięcia.
Liczbę poziomów kwantyzacji oblicza się jako 2^N. Przykłady: 8 bitów → 256 poziomów, 10 bitów → 1024 poziomy, 12 bitów → 4096 poziomów. Ta liczba mówi, na ile dyskretnych kodów ADC dzieli swój pełny zakres pomiarowy.
Trzeba użyć zależności: 1 V = 1000 mV. Zatem 0,01 V × 1000 = 10 mV. W zadaniach egzaminacyjnych warto na końcu zawsze sprawdzić, w jakich jednostkach podano odpowiedzi (tu w mV), aby nie zaznaczyć poprawnej liczby w złej jednostce.
Rozdzielczość wyznacza najmniejszą zmianę napięcia z czujnika, którą ADC "zobaczy" jako zmianę kodu. Jeśli czujnik daje małe zmiany napięcia, zbyt duży krok LSB spowoduje "schodkowanie" odczytu i utratę szczegółów. Dlatego do precyzyjnych pomiarów stosuje się większą liczbę bitów lub mniejszy zakres/Vref.
Gdy pytanie brzmi o "rozdzielczość napięciową przetwarzania", zwykle chodzi o krok kwantyzacji (1 LSB) wynikający z podziału pełnej skali przez 2^N. Jeśli pojawia się słowo "dokładność", "błąd" lub "niepewność", wtedy trzeba rozważyć także ±0,5 LSB i parametry nieidealności.
info

Statystycznie 60% uczniów zna prawidłową odpowiedź. średnie

Specjaliści zwracają uwagę: "Rozdzielczość idealnego przetwornika 8‑bitowego to pełny zakres podzielony przez liczbę poziomów: 2^8 = 256."

Źródła:

  • Wikipedia: "Analog-to-digital converter" (sekcja dot. resolution/quantization) https://en.wikipedia.org/wiki/Analog-to-digital_converter - dostęp 2026-03-05
  • Wikipedia: "Quantization (signal processing)" (opis kroku kwantyzacji i poziomów) https://en.wikipedia.org/wiki/Quantization_(signal_processing) - dostęp 2026-03-05
  • All About Circuits: materiał edukacyjny o rozdzielczości ADC i LSB https://www.allaboutcircuits.com/technical-articles/ - dostęp 2026-03-05

Materiały:

  • Notatki/rozdział z podstaw elektroniki cyfrowej: przetwarzanie A/C, kwantyzacja i LSB
  • Dokumentacje (datasheet) popularnych mikrokontrolerów – opis modułu ADC i rozdzielczości
  • Artykuły edukacyjne o rozdzielczości ADC i błędzie kwantyzacji (LSB, pełna skala)

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego