Bộ chuyển đổi ADC là gì

Chúng ta đang sống trong một thế giới tương tự được bao quanh bởi các thiết bị kỹ thuật số. Mọi thứ chúng ta nhìn thấy, cảm nhận hay đo được đều có bản chất tương tự, chẳng hạn như ánh sáng, nhiệt độ, tốc độ, áp suất … nhưng hầu hết các thiết bị điện tử xung quanh chúng ta, từ đồng hồ kỹ thuật số đơn giản đến siêu máy tính, đều là kỹ thuật số. Vì vậy, rõ ràng là chúng ta cần một cái gì đó có thể chuyển đổi các tham số tương tự này sang các giá trị số để bộ vi điều khiển hoặc bộ vi xử lý có thể hiểu được nó. Đây được gọi là bộ chuyển đổi adc hay analog sang digital, trong bài viết adc converter là gì, Điện Máy Tương Lai sẽ giúp các bạn tìm hiểu kỹ hơn về nó.

Trình chuyển đổi adc là gì

Bạn Đang Xem: Bộ chuyển đổi ADC là gì

adc là từ viết tắt của bộ chuyển đổi tương tự-kỹ thuật số hoặc bộ chuyển đổi tương tự-kỹ thuật số và là một mạch chuyển đổi giá trị điện áp liên tục (tương tự) thành giá trị nhị phân (kỹ thuật số), sau đó có thể được sử dụng để chuyển đổi các con số có thể tưởng tượng được bởi các thiết bị kỹ thuật số thành các phép tính kỹ thuật số. Mạch adc này có thể là vi mạch adc hoặc được nhúng trong vi điều khiển.

Tại sao lại chuyển từ tương tự sang kỹ thuật số

Thiết bị điện tử ngày nay hoàn toàn là kỹ thuật số, không còn là thời đại của máy tính tương tự. Thật không may cho các hệ thống kỹ thuật số, thế giới chúng ta đang sống vẫn là tương tự và đầy màu sắc, không chỉ có màu đen và trắng.

Ví dụ: một cảm biến nhiệt độ như lm35 tạo ra điện áp phụ thuộc vào nhiệt độ, trong trường hợp của một thiết bị cụ thể, sẽ tăng 10mv cho mỗi mức độ tăng nhiệt độ. Nếu chúng ta kết nối thiết bị này trực tiếp với một đầu vào kỹ thuật số, nó sẽ ghi cao hoặc thấp tùy thuộc vào ngưỡng đầu vào, điều này hoàn toàn vô dụng.

Thay vào đó, chúng tôi sử dụng adc để chuyển đổi đầu vào điện áp tương tự thành một chuỗi các bit có thể được kết nối trực tiếp với bus dữ liệu của bộ vi xử lý và được sử dụng trong tính toán.

Cách hoạt động của adc

Một cách rất tốt để xem xét hoạt động của một adc là coi nó như một đại lượng toán học. Chia tỷ lệ về cơ bản là ánh xạ các giá trị từ phạm vi này sang phạm vi khác, vì vậy adc ánh xạ giá trị điện áp sang một số nhị phân.

Những gì chúng ta cần là một thứ có thể chuyển đổi điện áp thành một loạt các mức logic, chẳng hạn như trong một thanh ghi. Tất nhiên, thanh ghi chỉ có thể chấp nhận mức logic làm đầu vào, vì vậy nếu bạn kết nối tín hiệu trực tiếp với đầu vào logic, kết quả sẽ không tốt. Vì vậy, cần có một giao diện giữa logic và điện áp đầu vào tương tự.

Dưới đây là một số tính năng quan trọng của adc mà qua đó chúng ta sẽ xem cách hoạt động của nó.

1. Điện áp tham chiếu

Tất nhiên, không có adc nào là tuyệt đối, vì vậy điện áp được ánh xạ tới giá trị nhị phân lớn nhất được gọi là điện áp tham chiếu. Ví dụ: trong bộ chuyển đổi 10 bit với 5v làm điện áp tham chiếu, 1111111111 (tất cả các bit 1, số nhị phân 10 bit cao nhất có thể) tương ứng với 5v và 0000000000 (số thấp nhất tương ứng với 0v). Vì vậy, mỗi bước nhị phân đại diện cho khoảng 4,9mv, vì có thể có 1024 bit trong số 10. Phép đo điện áp trên mỗi bit này được gọi là độ phân giải của ADC.

Xem Thêm : Hệ Thống Chữa Cháy Tự Động Sprinkler Là Gì?

Điều gì sẽ xảy ra nếu điện áp nhỏ hơn 4,9mv trên mỗi bước? Nó đặt ADC vào vùng chết, vì vậy luôn có một sai số nhỏ trong kết quả chuyển đổi. Có thể ngăn lỗi này bằng cách sử dụng adc có độ phân giải cao hơn (ví dụ: bộ adc tối đa 24 bit) ngay cả khi tần suất chuyển đổi thấp.

1. Tỷ lệ lấy mẫu

Số lượng chuyển đổi từ tương tự sang kỹ thuật số mà một bộ chuyển đổi có thể thực hiện mỗi giây được gọi là tỷ lệ mẫu. Ví dụ, một bộ ADC rất tốt có thể có tốc độ lấy mẫu là 300ms / s. Đơn vị này được đọc dưới dạng megasamples mỗi giây hoặc một triệu mẫu mỗi giây. Lưu ý rằng tiền tố si áp dụng ở đây.

Tốc độ lấy mẫu hoàn toàn phụ thuộc vào loại cảm biến và độ chính xác mong muốn. Nếu yêu cầu đọc rất chính xác, ADC thường sẽ dành nhiều thời gian hơn để xem tín hiệu đầu vào (thường là mẫu và giữ hoặc đầu vào tích hợp), và nếu không yêu cầu độ chính xác cao, ADC có thể đọc rất nhanh.

Một nguyên tắc chung là tốc độ và độ chính xác tỷ lệ nghịch và điều quan trọng là chọn adc dựa trên ứng dụng.

loại adc

1. quảng cáo flash

Đây là loại adc đơn giản và nhanh nhất và bao gồm một loạt các bộ so sánh với đầu vào không đảo ngược được kết nối với đầu vào tín hiệu và chân đảo ngược được kết nối với bộ chia điện áp.

Tuy nhiên, nếu điện áp trên một mức của bậc thang, tất cả các bit đầu ra dưới mức đó được đặt thành 1 vì điện áp trên ngưỡng của bộ so sánh dưới cùng. Để giải quyết vấn đề này, đầu ra được cung cấp bởi một bộ mã hóa chuyển đổi đầu ra thành nhị phân.

Tốc độ chỉ bị giới hạn bởi độ trễ truyền của bộ so sánh và bộ mã hóa ưu tiên. Tuy nhiên, độ chính xác ở mức vừa phải.

1. Số lượng hoặc quảng cáo chuyển màu được tích hợp sẵn

Ở đây, trình tạo đoạn đường nối bắt đầu ở quá trình chuyển đổi và bộ đếm nhị phân bắt đầu cùng một lúc. Bộ so sánh sẽ phát hiện khi đoạn đường nối vượt quá điện áp đầu vào và dừng bộ đếm nhị phân. Bộ đếm nhị phân kết quả tỷ lệ với mức điện áp đầu vào.

Độ chính xác tuyệt đối của công cụ chuyển đổi này là một vấn đề đáng nghi ngờ, nhưng nó rất đơn giản để triển khai và cung cấp độ phân giải tốt, đồng đều giữa các bước nhị phân. Nếu không có chip, mạch này có thể được tạo ra một mình.

1. ước tính tiếp theo của adc

Bộ adc này có lẽ là chính xác nhất. Nó bao gồm một bộ so sánh, một đèn flash đơn giản và một thanh ghi lưu trữ. Thiết bị ban đầu giả định rằng tất cả các bit trong thanh ghi ngoại trừ bit quan trọng nhất (tức là 1) đều bằng 0, sau đó thanh ghi sẽ gửi nó đến dac, chuyển nó thành điện áp tương tự và so sánh nó với đầu vào thông qua bộ so sánh. Nếu điện áp đầu vào cao hơn điện áp dac, msb vẫn là 1. Quá trình này lặp lại cho đến khi tất cả các bit được đặt bằng 0 hoặc một, nói cách khác, cho đến khi giá trị thanh ghi bằng với điện áp đầu vào.

adc Đây là một trong những ADC được sử dụng phổ biến nhất và độ chính xác và tốc độ của nó không quá giới hạn, chẳng hạn như trong vi điều khiển. Loại adc sa có thể dễ dàng đạt được thời gian chuyển đổi vài micro giây.

Ứng dụng

1. Máy hiện sóng kỹ thuật số và vạn năng

Xem Thêm : Trà Đen OP Pha Trà Sữa (Trà Orange Pekoe)

Lợi thế lớn của máy hiện sóng tương tự là có rất ít mạch điện giữa đầu nối đầu vào và màn hình, nói cách khác, bạn có thể thấy chính xác những gì đang xảy ra trong mạch điện theo thời gian thực. Tuy nhiên, nó không thể lưu trữ các dạng sóng để sử dụng sau này hoặc để thực hiện các phép đo trên tàu.

Máy hiện sóng kỹ thuật số khắc phục được tất cả những vấn đề này, cốt lõi của nó là một đơn vị adc rất mạnh và nhanh với độ phân giải 12 bit trở lên. ADC chuyển đổi dạng sóng thành các giá trị nhị phân, có thể được lưu trữ trong bộ nhớ, vận hành và hiển thị trên màn hình.

1. Bộ vi điều khiển

Hầu như tất cả các bộ vi điều khiển hiện đại đều có ADC tích hợp, phổ biến nhất là atmega328p dựa trên arduino với độ phân giải 10 bit và stm32 với độ phân giải 12 bit.

arduino Id cung cấp hàm “analogread ()” để đọc điện áp tương tự trên chân analog và trả về giá trị số nguyên 10 bit trong phạm vi từ 0 đến 1023.

1. Tài nguyên Kỹ thuật số

Hầu hết các nguồn cung cấp điện ngày nay đều được điều khiển bằng máy tính và máy tính yêu cầu đơn vị một chiều để đo điện áp đầu ra.

Cách sử dụng adc ic

Có rất nhiều ic adc trên thị trường có thể được sử dụng để đo điện áp tương tự. adc0804, adc0808, mcp3008, … là một số module adc được sử dụng phổ biến nhất. Chúng thường được sử dụng kết hợp với Raspberry Pi và các bộ xử lý khác hoặc các mạch kỹ thuật số không có ADC tích hợp sẵn. Ví dụ: hãy lấy ic adc ads1115 từ các công cụ texas cho độ phân giải cao và kiến ​​trúc hiện đại.

Nó có dạng gói qfn hoặc vssop, cho phép một hệ số dạng rất nhỏ. Nó gần như không có dung lượng trên pcb. Con chip nhỏ bé này làm được rất nhiều thứ, hãy cùng xem qua một số khả năng của nó.

1. i2c Tương thích

Bất kỳ ai đã làm việc với bộ vi điều khiển đều biết bus spi và i2c hữu ích như thế nào trong việc giao tiếp với các thiết bị ngoại vi. Tính năng này giúp bạn rất dễ sử dụng ic này với bảng arduino vì một thư viện mở rộng đã được viết cho thiết bị.

1. Mức tiêu thụ điện năng

Lợi thế của việc sử dụng bất kỳ ic hiện đại nào là chúng tạo ra dòng điện rất thấp và có thể hoạt động trên dải điện áp rộng, trong trường hợp này là 2.0v đến 5.5v.

1. Bộ so sánh có thể lập trình

quảng cáo có bộ so sánh có thể lập trình tham chiếu qua bus i2c. Tất nhiên, đối với các ứng dụng nhanh, không có gì đánh bại được ic so sánh rời rạc.

1. Đầu vào có thể định cấu hình

Bốn đầu vào có thể là hai cặp vi sai (chỉ xem xét hiệu điện thế giữa các chân này) hoặc bốn đầu vào một đầu.

giới hạn adc

1. ADC chậm, thường theo thứ tự micro giây hoặc nano giây.
1. Thiếu giá trị điện áp không đổi.
1. Tăng độ phức tạp của mạch