Chúng ta đang sống và làm việc trong một nhân loại analog, được bao quanh bởi những thiết bị kỹ thuật số. Phần đông thứ họ nhìn thấy, cảm thấy hoặc đo lường đều có bản chất analog như ánh sáng, nhiệt độ, tốc độ, áp suất, ... Nhưng hầu hết các thiết bị năng lượng điện tử xung quanh chúng ta từ một chiếc đồng hồ kỹ thuật số dễ dàng đến một siêu máy tính xách tay đều là vật dụng kỹ thuật số. Vày vậy, cụ thể là bọn họ cần một thứ tất cả thể thay đổi các thông số analog này thành quý hiếm kỹ thuật số để cỗ vi điều khiển và tinh chỉnh hoặc cỗ vi xử trí hiểu được nó. Cái này được gọi là ADC hoặc Analog khổng lồ Digital Converter và trong đó nội dung bài viết bộ thay đổi ADC là gì này Điện Tử Tương Lai sẽ giúp đỡ bạn mày mò kỹ hơn về nó.
Bạn đang xem: Adc là gì
Bộ biến đổi ADC là gì
ADC là từ viết tắt của Analog to Digital Converter tuyệt bộ chuyển đổi analog sang chuyên môn số là 1 trong những mạch biến hóa giá trị năng lượng điện áp liên tiếp (analog) sang quý hiếm nhị phân (kỹ thuật số) mà thiết bị nghệ thuật số rất có thể hiểu được sau đó hoàn toàn có thể được áp dụng để đo lường và tính toán kỹ thuật số. Mạch ADC này rất có thể là vi mạch ADC hoặc được nhúng vào một bộ vi điều khiển.
Tại sao phải biến hóa analog sang kỹ thuật số
Thiết bị năng lượng điện tử ngày nay hoàn toàn là nghệ thuật số, không còn là thời kỳ của máy tính analog. Thật không may cho các hệ thống kỹ thuật số, cố giới bọn họ đang sống vẫn là analog cùng đầy màu sắc sắc, không chỉ có đen và trắng.
Ví dụ, một cảm biến nhiệt độ như LM35 tạo ra điện áp nhờ vào vào nhiệt độ độ, trong trường hợp của thiết bị ví dụ nó đang tăng 10mV khi nhiệt độ tạo thêm mỗi độ. Nếu chúng ta kết nối trực tiếp đồ vật này với đầu vào kỹ thuật số, nó vẫn ghi là cao hoặc tốt tùy ở trong vào những ngưỡng đầu vào, vấn đề này là trọn vẹn vô dụng.
Thay vào đó, họ sử dụng một cỗ ADC để biến hóa đầu vào năng lượng điện áp analog thành một chuỗi các bit hoàn toàn có thể được liên kết trực tiếp với bus dữ liệu của cỗ vi cách xử trí và được áp dụng để tính toán.
ADC vận động như cố kỉnh nào
Một cách rất lôi cuốn để coi xét hoạt động vui chơi của ADC là tưởng tượng nó như một bộ chia xác suất toán học. Xác suất về cơ bản là ánh xạ các giá trị tự dải này quý phái dải khác, vì vậy ADC ánh xạ một giá trị điện áp sang một số trong những nhị phân.
Những gì chúng ta cần là một trong thứ tất cả thể đổi khác điện áp thành một loạt những mức logic, ví dụ như trong một thanh ghi. Tất nhiên, các thanh ghi chỉ bao gồm thể chấp nhận các mức ngắn gọn xúc tích làm đầu vào, bởi vậy nếu bạn kết nối biểu thị trực tiếp với đầu vào logic, công dụng sẽ ko tốt. Do vậy cần phải có một bối cảnh ở giữa xúc tích và điện áp nguồn vào analog.
Dưới đấy là một số tính năng đặc biệt của ADC, trong những khi xem qua, chúng ta sẽ mày mò cách nó hoạt động.
Điện áp tham chiếu
Tất nhiên, không tồn tại ADC như thế nào là giỏi đối, bởi vậy năng lượng điện áp được ánh xạ tới quý giá nhị phân lớn số 1 được gọi là năng lượng điện áp tham chiếu. Ví dụ: vào bộ chuyển đổi 10 bit cùng với 5V có tác dụng điện áp tham chiếu, 1111111111 (tất cả các bit một, số nhị phân 10 bit tối đa có thể ) khớp ứng với 5V cùng 0000000000 (số thấp nhất tương xứng với 0V). Vì vậy, từng bước một nhị phân lên thay mặt cho khoảng chừng 4,9mV, vì hoàn toàn có thể có 1024 chữ số trong 10 bit. Số đo năng lượng điện áp trên từng bit này được điện thoại tư vấn là độ phân giải của ADC.
Điều gì sẽ xẩy ra nếu năng lượng điện áp biến đổi dưới 4,9mV từng bước? Nó sẽ đặt ADC vào vùng chết, cho nên vì thế kết quả biến hóa luôn bao gồm một lỗi nhỏ. Có ngăn ngừa lỗi này bằng cách sử dụng ADC có độ phân giải cao hơn ví dụ như bộ ADC lên tới 24 bit, mặc dù tần số chuyển đổi thấp.
tốc độ mẫu
Số lượng đổi khác từ analog sang kỹ thuật số nhưng mà bộ biến hóa có thể thực hiện mỗi giây được gọi là tốc độ mẫu. Ví dụ: một cỗ ADC đích thực tốt có thể có tốc độ mẫu là 300Ms / s. Đơn vị này được hiểu là megasamples trên giây, nghĩa là một trong những triệu chủng loại mỗi giây. Xem xét rằng chi phí tố SI vận dụng ở đây.
Tốc độ lấy mẫu phụ thuộc hoàn toàn vào một số loại bộ biến đổi và độ chính xác cần thiết. Nếu buộc phải đọc rất chính xác, ADC thường dành nhiều thời gian hơn để lưu ý tín hiệu đầu vào (thường là lấy mẫu mã và giữ lại hoặc đầu vào tích hợp) và còn nếu như không cần độ đúng chuẩn cao thì nó rất có thể đọc siêu nhanh.
Nguyên tắc phổ biến là vận tốc và độ đúng mực tỷ lệ nghịch cùng với nhau, điều quan trọng là phải chọn ADC tùy trực thuộc vào ứng dụng.
Các loại ADC
Flash ADC
Đây là một số loại ADC đơn giản dễ dàng nhất và nhanh nhất, nó gồm một loạt các bộ so sánh với những đầu vào không đảo ngược nối với đầu vào tín hiệu và những chân đảo ngược nối với cùng một thang chia điện áp.
Tuy nhiên, nếu năng lượng điện áp cao hơn một trong các mức của bậc thang, tất cả các bit đầu ra dưới nấc được để thành một, vì chưng điện áp trên ngưỡng đối với các bộ đối chiếu dưới cùng. Để xử lý vấn đề này, những đầu ra được cung cấp qua bộ mã hóa ưu tiên biến hóa đầu ra thành nhị phân.
Tốc độ chỉ bị số lượng giới hạn bởi độ trễ truyền của bộ so sánh và cỗ mã hóa ưu tiên. Tuy nhiên, độ và đúng là vừa phải.
ADC tích phù hợp đếm hoặc độ dốc
Tại đây, một mạch tạo đoạn dốc được bắt đầu tại thời điểm đổi khác và cỗ đếm nhị phân được khởi rượu cồn cùng lúc. Một bộ so sánh sẽ phát hiện tại khi đoạn dốc thừa quá năng lượng điện áp nguồn vào và dừng bộ đếm nhị phân. Bộ đếm nhị phân thu được tỷ lệ với nút độ năng lượng điện áp đầu vào.
Độ chính xác tuyệt đối của bộ thay đổi này vẫn là một câu hỏi, tuy vậy nó thực hiện đơn giản dễ dàng và cho độ sắc nét tốt, khoảng cách đều giữa các bước nhị phân. Nếu không có chip, mạch này rất có thể được sinh sản riêng lẻ.
ADC mong lượng kế tiếp
Bộ ADC này chắc hẳn rằng là chính xác nhất. Nó gồm 1 bộ so sánh, một bộ DAC flash dễ dàng và đơn giản và một thanh ghi bộ nhớ. Thiết bị ban sơ giả định tất cả các bit vào thanh ghi quanh đó bit có ý nghĩa tối đa (là một) là số 0. Tiếp nối thanh ghi này vẫn gửi nó cho DAC đưa nó thành điện áp analog, được so sánh với đầu vào trải qua bộ so sánh. Nếu năng lượng điện áp đầu vào cao hơn điện áp DAC, thì MSB vẫn chính là một. Quy trình này lặp lại cho tới khi toàn bộ các bit có được đặt thành ko hoặc một, nói biện pháp khác cho tới khi quý giá thanh ghi bằng điện áp đầu vào.
ADC này là một trong những ADC hay được sử dụng nhất khi cần độ chính xác và tốc độ không thật giới hạn, ví dụ như trong vi điều khiển. ADC loại SA rất có thể dễ dàng có được thời gian thay đổi vài micro giây.
Các ứng dụng
máy hiện sóng hiện đại số và đồng hồ vạn năng
Ưu điểm lớn nhất của máy hiện sóng analog là tất cả rất không nhiều mạch điện giữa đầu nối nguồn vào và màn hình, nói cách khác là chúng ta thấy đúng mực những gì đang ra mắt trong mạch theo thời gian thực. Tuy nhiên, nó quan yếu lưu trữ các dạng sóng để sử dụng trong tương lai hoặc tiến hành các phép đo bên trên bo.
Máy hiện tại sóng chuyên môn số khắc phục và hạn chế được toàn bộ những sự việc này và trung tâm của nó là 1 bộ ADC rất to gan lớn mật và nhanh với độ sắc nét từ 12 bit trở lên. ADC biến đổi các dạng sóng thành quý giá nhị phân rất có thể được tàng trữ trong cỗ nhớ, vận hành và hiện trên màn hình.
Vi điều khiển
Hầu hết tất cả các vi tinh chỉnh hiện đại đều sở hữu ADC tích phù hợp sẵn, thông dụng nhất là Arduino dựa vào ATMega328P với độ phân giải 10 bit với STM32 với độ phân giải 12 bit.
Arduino IDE cung cấp hàm ‘analogRead ()’ nhằm đọc năng lượng điện áp analog bên trên một trong số chân analog cùng trả về cực hiếm số nguyên 10 bit, có nghĩa là phạm vi trường đoản cú 0 đến 1023.
Nguồn nghệ thuật số
Hầu hết các nguồn điện ngày nay đều được tinh chỉnh và điều khiển bằng thứ tính, với để máy tính đo điện áp đầu ra thì cần có bộ ADC.
Cách sử dụng một IC ADC
Có không ít IC ADC bên trên thị trường hoàn toàn có thể được áp dụng để đo điện áp analog. ADC0804, ADC0808, MCP3008, ... Là một trong những module ADC được áp dụng nhiều nhất. Chúng thường được thực hiện cùng cùng với Raspberry pi và cpu hoặc mạch tiên tiến nhất khác ở kia ADC tích thích hợp sẵn không khả dụng. Ví dụ, họ hãy để ý vi mạch ADC ADS1115 của Texas Instruments có độ phân giải cao và phong cách xây dựng hiện đại.
Nó bao gồm trong gói QFN hoặc VSSOP, có thể chấp nhận được một hệ số vẻ ngoài rất nhỏ. Nó gần như là không chiếm dung tích trên PCB. Con chip nhỏ này làm được không hề ít thứ, chúng ta sẽ coi xét một số tính năng của nó mặt dưới.
tương hợp I2C
Bất kỳ ai đó đã từng thao tác với vi tinh chỉnh và điều khiển đều biết bus SPI và I2C hữu ích ra sao để tiếp xúc với những thiết bị ngoại vi. Bản lĩnh này khiến cho bạn rất dễ thực hiện IC này với bo Arduino vì các thư viện không ngừng mở rộng đã được viết mang đến thiết bị.
nút tiêu thụ năng lượng điện năng
Lợi núm của việc sử dụng ngẫu nhiên vi mạch tiến bộ nào là bọn chúng tiêu thụ loại điện hết sức thấp và chuyển động trên nhiều nhiều loại điện áp, trong trường phù hợp này là 2.0V cho 5.5V.
cỗ so sánh hoàn toàn có thể lập trình
ADS đi kèm theo với một bộ so sánh mà tham chiếu của nó có thể được lập trình sẵn qua bus I2C. Vớ nhiên đối với ứng dụng cấp tốc thì không có gì đánh bại được IC đối chiếu rời rạc.
Xem thêm: Giải Bài Tập Hóa Lớp 10 Bài 2 : Hạt Nhân Nguyên Tử, Hoá Học 10 Bài 2: Hạt Nhân Nguyên Tử
Đầu vào rất có thể cấu hình
Bốn đầu vào rất có thể là nhì cặp vi không nên (chỉ tính cho chênh lệch năng lượng điện áp trên những chân đó) hoặc bốn nguồn vào đầu mút đơn.