Bộ chuyển đổi ADC là gì

Chúng ta đang sống trong một quốc tế analog, được bao quanh bởi những thiết bị kỹ thuật số. Mọi thứ tất cả chúng ta nhìn thấy, cảm nhận hoặc đo lường và thống kê đều có thực chất analog như ánh sáng, nhiệt độ, vận tốc, áp suất, … Nhưng hầu hết những thiết bị điện tử xung quanh tất cả chúng ta từ một chiếc đồng hồ đeo tay kỹ thuật số đơn thuần đến một siêu máy tính đều là thiết bị kỹ thuật số. Vì vậy, rõ ràng là tất cả chúng ta cần một thứ hoàn toàn có thể quy đổi những thông số kỹ thuật analog này thành giá trị kỹ thuật số để bộ vi điều khiển và tinh chỉnh hoặc bộ vi giải quyết và xử lý hiểu được nó. Cái đó được gọi là ADC hoặc Analog to Digital Converter và trong đó bài viết bộ chuyển đổi ADC là gì này Điện Tử Tương Lai sẽ giúp bạn khám phá kỹ hơn về nó .

Bộ chuyển đổi ADC là gì

ADC là từ viết tắt của Analog to Digital Converter hay bộ chuyển đổi analog sang kỹ thuật số là một mạch chuyển đổi giá trị điện áp liên tục (analog) sang giá trị nhị phân (kỹ thuật số) mà thiết bị kỹ thuật số có thể hiểu được sau đó có thể được sử dụng để tính toán kỹ thuật số. Mạch ADC này có thể là vi mạch ADC hoặc được nhúng vào một bộ vi điều khiển.

Tại sao phải chuyển đổi analog sang kỹ thuật số
Thiết bị điện tử thời nay trọn vẹn là kỹ thuật số, không còn là thời kỳ của máy tính analog. Thật không may cho những mạng lưới hệ thống kỹ thuật số, quốc tế tất cả chúng ta đang sống vẫn là analog và đầy sắc tố, không riêng gì đen và trắng .

Ví dụ, một cảm ứng nhiệt độ như LM35 tạo ra điện áp nhờ vào vào nhiệt độ, trong trường hợp của thiết bị đơn cử nó sẽ tăng 10 mV khi nhiệt độ tăng lên mỗi độ. Nếu tất cả chúng ta liên kết trực tiếp thiết bị này với nguồn vào kỹ thuật số, nó sẽ ghi là cao hoặc thấp tùy thuộc vào những ngưỡng nguồn vào, điều này là trọn vẹn vô dụng .

Thay vào đó, tất cả chúng ta sử dụng một bộ ADC để quy đổi nguồn vào điện áp analog thành một chuỗi những bit hoàn toàn có thể được liên kết trực tiếp với bus tài liệu của bộ vi giải quyết và xử lý và được sử dụng để giám sát .

ADC hoạt động như thế nào
Một cách rất hay để xem xét hoạt động giải trí của ADC là tưởng tượng nó như một bộ chia tỷ suất toán học. Tỷ lệ về cơ bản là ánh xạ những giá trị từ dải này sang dải khác, thế cho nên ADC ánh xạ một giá trị điện áp sang 1 số ít nhị phân .

Những gì tất cả chúng ta cần là một thứ hoàn toàn có thể quy đổi điện áp thành một loạt những mức logic, ví dụ như trong một thanh ghi. Tất nhiên, những thanh ghi chỉ hoàn toàn có thể đồng ý những mức logic làm đầu vào, thế cho nên nếu bạn liên kết tín hiệu trực tiếp với đầu vào logic, tác dụng sẽ không tốt. Vì vậy cần có một giao diện ở giữa logic và điện áp đầu vào analog .

Dưới đây là 1 số ít tính năng quan trọng của ADC, trong khi xem qua, tất cả chúng ta sẽ tìm hiểu và khám phá cách nó hoạt động giải trí .

1. Điện áp tham chiếu

Tất nhiên, không có ADC nào là tuyệt đối, vì thế 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 ( tổng thể những bit một, số nhị phân 10 bit cao nhất hoàn toàn có thể ) tương ứng với 5V và 0000000000 ( số thấp nhất tương ứng với 0V ). Vì vậy, mỗi bước nhị phân lên đại diện thay mặt cho khoảng chừng 4,9 mV, vì hoàn toàn có thể có 1024 chữ số trong 10 bit. Số đo điện áp trên mỗi bit này được gọi là độ phân giải của ADC .

Điều gì sẽ xảy ra nếu điện áp biến hóa dưới 4,9 mV mỗi bước ? Nó sẽ đặt ADC vào vùng chết, do đó tác dụng quy đổi luôn có 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 đến 24 bit, mặc dầu tần số quy đổi thấp .

2. Tốc độ mẫu

Số lượng quy đổi từ analog sang kỹ thuật số mà bộ chuyển đổi hoàn toàn có thể thực thi mỗi giây được gọi là vận tốc mẫu. Ví dụ : một bộ ADC thực sự tốt hoàn toàn có thể có vận tốc mẫu là 300M s / s. Đơn vị này được đọc là megasamples trên giây, nghĩa là một triệu mẫu mỗi giây. Lưu ý rằng tiền tố SI vận dụng ở đây .

Tốc độ lấy mẫu nhờ vào trọn vẹn vào loại bộ chuyển đổi và độ đúng mực thiết yếu. Nếu cần đọc rất đúng mực, ADC thường dành nhiều thời hạn hơn để xem xét tín hiệu nguồn vào ( thường là lấy mẫu và giữ hoặc đầu vào tích hợp ) và nếu không cần độ đúng mực cao thì nó hoàn toàn có thể đọc rất nhanh .

Nguyên tắc chung là vận tốc và độ đúng mực tỷ suất nghịch với nhau, điều quan trọng là phải chọn ADC tùy thuộc vào ứng dụng .

Các loại ADC

1. Flash ADC

Đây là loại ADC đơn thuần nhất và nhanh nhất, nó gồm có một loạt những bộ so sánh với những nguồn vào không đảo ngược nối với nguồn vào tín hiệu và những chân đảo ngược nối với một thang chia điện áp .

Tuy nhiên, nếu điện áp cao hơn một trong những mức của bậc thang, toàn bộ những bit đầu ra dưới mức được đặt thành một, vì điện áp trên ngưỡng so với những bộ so sánh dưới cùng. Để xử lý yếu tố này, những đầu ra được cấp qua bộ mã hóa ưu tiên quy đổi đầu ra thành nhị phân .

Tốc độ chỉ bị số lượng giới hạn bởi độ trễ truyền của bộ so sánh và bộ mã hóa ưu tiên. Tuy nhiên, độ đúng chuẩn là vừa phải .

2. ADC tích hợp đếm hoặc độ dốc

Tại đây, một mạch tạo đoạn dốc được khởi đầu tại thời gian quy đổi và bộ đếm nhị phân được khởi động cùng lúc. Một bộ so sánh sẽ phát hiện khi đoạn dốc vượt quá điện áp nguồn vào và dừng bộ đếm nhị phân. Bộ đếm nhị phân thu được tỷ suất với mức độ điện áp nguồn vào .
Độ đúng chuẩn tuyệt đối của bộ chuyển đổi này vẫn là một thắc mắc, tuy nhiên nó triển khai đơn thuần và cho độ phân giải tốt, khoảng cách đều giữa những bước nhị phân. Nếu không có chip, mạch này hoàn toàn có thể được tạo riêng không liên quan gì đến nhau .
 

3. ADC ước đạt tiếp nối

Bộ ADC này có lẽ rằng là đúng chuẩn nhất. Nó gồm có một bộ so sánh, một bộ DAC flash đơn thuần và một thanh ghi bộ nhớ. Thiết bị bắt đầu giả định toàn bộ những bit trong thanh ghi ngoại trừ bit có ý nghĩa cao nhất ( là một ) là số 0. Sau đó thanh ghi này sẽ gửi nó đến DAC chuyển nó thành điện áp analog, được so sánh với nguồn vào trải qua bộ so sánh. Nếu điện áp nguồn vào cao hơn điện áp DAC, thì MSB vẫn là một. Quá trình này lặp lại cho đến khi tổng thể những bit có được đặt thành không hoặc một, nói cách khác cho đến khi giá trị thanh ghi bằng điện áp nguồn vào .

ADC này là một trong những ADC thường được sử dụng nhất khi cần độ đúng chuẩn và vận tốc không quá số lượng giới hạn, ví dụ như trong vi tinh chỉnh và điều khiển. ADC loại SA hoàn toàn có thể thuận tiện đạt được thời hạn quy đổi vài micro giây .

Các ứng dụng

1. Máy hiện sóng kỹ thuật số và đồng hồ đeo tay vạn năng

Ưu điểm lớn nhất của máy hiện sóng analog là có rất ít mạch điện giữa đầu nối nguồn vào và màn hình hiển thị, nói cách khác là bạn thấy đúng mực những gì đang diễn ra trong mạch theo thời hạn thực. Tuy nhiên, nó không hề tàng trữ những dạng sóng để sử dụng sau này hoặc triển khai những phép đo trên bo .

Máy hiện sóng kỹ thuật số khắc phục được toàn bộ những yếu tố này và trọng tâm của nó là một bộ ADC rất mạnh và nhanh với độ phân giải từ 12 bit trở lên. ADC quy đổi những dạng sóng thành giá trị nhị phân hoàn toàn có thể được tàng trữ trong bộ nhớ, quản lý và vận hành và hiển thị trên màn hình hiển thị .

2. Vi điều khiển và tinh chỉnh

Hầu hết toàn bộ những vi điều khiển và tinh chỉnh tân tiến đều có ADC tích hợp sẵn, phổ cập nhất là Arduino dựa trên ATMega328P với độ phân giải 10 bit và STM32 với độ phân giải 12 bit .

Arduino IDE phân phối hàm ‘ analogRead ( ) ’ để đọc điện áp analog trên một trong những chân analog và trả về giá trị số nguyên 10 bit, tức là khoanh vùng phạm vi từ 0 đến 1023 .

3. Nguồn kỹ thuật số

Hầu hết những nguồn điện ngày này đều được tinh chỉnh và điều khiển bằng máy tính, và để máy tính đo điện áp đầu ra thì cần có bộ ADC .

Cách sử dụng một IC ADC

Có rất nhiều IC ADC trên thị trường hoàn toàn có thể được sử dụng để đo điện áp analog. ADC0804, ADC0808, MCP3008, … là 1 số ít module ADC được sử dụng nhiều nhất. Chúng thường được sử dụng cùng với Raspberry pi và bộ giải quyết và xử lý hoặc mạch kỹ thuật số khác ở đó ADC tích hợp sẵn không khả dụng. Ví dụ, tất cả chúng ta hãy xem xét vi mạch ADC ADS1115 của Texas Instruments có độ phân giải cao và kiến trúc văn minh .

Nó có trong gói QFN hoặc VSSOP, được cho phép một thông số hình thức rất nhỏ. Nó gần như không chiếm dung tích trên PCB. Con chip nhỏ này làm được rất nhiều thứ, tất cả chúng ta sẽ xem xét một số ít tính năng của nó bên dưới .

1. Tương thích I2C

Bất kỳ ai đã từng thao tác với vi tinh chỉnh và điều khiển đều biết bus SPI và I2C có ích như thế nào để tiếp xúc với những thiết bị ngoại vi. Tính năng này giúp bạn rất dễ sử dụng IC này với bo Arduino vì những thư viện lan rộng ra đã được viết cho thiết bị .

2. Mức tiêu thụ điện năng

Lợi thế của việc sử dụng bất kể vi mạch văn minh nào là chúng tiêu thụ dòng điện rất thấp và hoạt động giải trí trên nhiều loại điện áp, trong trường hợp này là 2.0 V đến 5.5 V.

3. Bộ so sánh hoàn toàn có thể lập trình

ADS đi kèm với một bộ so sánh mà tham chiếu của nó hoàn toàn có thể được lập trình qua bus I2C. Tất nhiên so với ứng dụng nhanh thì không có gì vượt mặt được IC so sánh rời rạc .

4. Đầu vào hoàn toàn có thể thông số kỹ thuật

Bốn nguồn vào hoàn toàn có thể là hai cặp vi sai ( chỉ tính đến chênh lệch điện áp trên những chân đó ) hoặc bốn đầu vào đầu mút đơn .

Hạn chế của ADC

1. ADC chậm, thường theo thứ tự vài micro hoặc nano giây .

 

2. Thiếu những giá trị điện áp liên tục .

3. Độ phức tạp của mạch tăng

Source: https://vietsofa.vn
Category : Góc học tập