Τι είναι ο αναλογικός σε ψηφιακός μετατροπέας και η λειτουργία του

Τι είναι ο αναλογικός σε ψηφιακός μετατροπέας και η λειτουργία του

Σχεδόν κάθε περιβαλλοντική μετρήσιμη παράμετρος είναι σε αναλογική μορφή όπως θερμοκρασία, ήχος, πίεση, φως κ.λπ. Εξετάστε τη θερμοκρασία σύστημα παρακολούθησης όπου η λήψη, ανάλυση και επεξεργασία δεδομένων θερμοκρασίας από αισθητήρες δεν είναι δυνατή με ψηφιακούς υπολογιστές και επεξεργαστές. Επομένως, αυτό το σύστημα χρειάζεται μια ενδιάμεση συσκευή για τη μετατροπή των αναλογικών δεδομένων θερμοκρασίας σε ψηφιακά δεδομένα προκειμένου να επικοινωνήσει με ψηφιακούς επεξεργαστές όπως μικροελεγκτές και μικροεπεξεργαστές. Το Analog to Digital Converter (ADC) είναι ένα ηλεκτρονικό ολοκληρωμένο κύκλωμα που χρησιμοποιείται για τη μετατροπή των αναλογικών σημάτων, όπως τάσεις σε ψηφιακή ή δυαδική μορφή που αποτελείται από 1s και 0s. Οι περισσότεροι από τους ADC λαμβάνουν μια τάση εισόδου από 0 έως 10V, -5V έως + 5V, κ.λπ., και αντίστοιχα παράγει ψηφιακή έξοδο ως κάποιο είδος δυαδικού αριθμού.

Τι είναι ο Αναλογικός σε Ψηφιακός Μετατροπέας;

Ένας μετατροπέας που χρησιμοποιείται για την αλλαγή του αναλογικού σήματος σε ψηφιακό είναι γνωστός ως αναλογικός σε ψηφιακός μετατροπέας ή μετατροπέας ADC. Αυτός ο μετατροπέας είναι ένα είδος ολοκληρωμένου κυκλώματος ή IC που μετατρέπει το σήμα απευθείας από συνεχή μορφή σε διακριτή μορφή. Αυτός ο μετατροπέας μπορεί να εκφραστεί σε A / D, ADC, A έως D. Η αντίστροφη λειτουργία του DAC δεν είναι παρά ADC. Το σύμβολο αναλογικού σε ψηφιακό μετατροπέα φαίνεται παρακάτω.




Η διαδικασία μετατροπής ενός αναλογικού σήματος σε ψηφιακό μπορεί να γίνει με διάφορους τρόπους. Υπάρχουν διάφοροι τύποι τσιπ ADC που διατίθενται στην αγορά από διαφορετικούς κατασκευαστές όπως η σειρά ADC08xx. Έτσι, ένα απλό ADC μπορεί να σχεδιαστεί με τη βοήθεια διακριτών στοιχείων.



Τα κύρια χαρακτηριστικά του ADC είναι ο ρυθμός δειγματοληψίας και η ανάλυση bit.

  • Ο ρυθμός δειγματοληψίας ενός ADC δεν είναι παρά το πόσο γρήγορα ένας ADC μπορεί να μετατρέψει το σήμα από αναλογικό σε ψηφιακό.
  • Η ανάλυση bit δεν είναι τίποτα άλλο από την ακρίβεια που μπορεί ένας μετατροπέας αναλογικού σε ψηφιακό να μετατρέψει το σήμα από αναλογικό σε ψηφιακό.
Αναλογικός σε ψηφιακός μετατροπέας

Αναλογικός σε ψηφιακός μετατροπέας



Ένα από τα σημαντικότερα οφέλη του μετατροπέα ADC είναι ο υψηλός ρυθμός απόκτησης δεδομένων ακόμη και σε πολύπλευρες εισόδους. Με την εφεύρεση μιας ευρείας ποικιλίας ADC ολοκληρωμένα κυκλώματα (IC's), η απόκτηση δεδομένων από διάφορους αισθητήρες γίνεται πιο ακριβής και ταχύτερη. Τα δυναμικά χαρακτηριστικά των υψηλής απόδοσης ADC είναι η βελτιωμένη επαναληψιμότητα μέτρησης, η χαμηλή κατανάλωση ισχύος, η ακριβής απόδοση, η υψηλή γραμμικότητα, η εξαιρετική αναλογία σήματος προς θόρυβο (SNR) και ούτω καθεξής.

Μια ποικιλία εφαρμογών των ADC είναι συστήματα μέτρησης και ελέγχου, βιομηχανικά όργανα, συστήματα επικοινωνίας και όλα τα άλλα συστήματα που βασίζονται σε αισθητήρια. Ταξινόμηση των ADC βάσει παραγόντων όπως η απόδοση, οι ρυθμοί bit, η ισχύς, το κόστος κ.λπ.


Διάγραμμα μπλοκ ADC

Το διάγραμμα μπλοκ του ADC φαίνεται παρακάτω το οποίο περιλαμβάνει δείγμα, κράτημα, ποσοτικοποίηση και κωδικοποιητή. Η διαδικασία ADC μπορεί να γίνει όπως η ακόλουθη.



Πρώτον, το αναλογικό σήμα εφαρμόζεται στο πρώτο μπλοκ, δηλαδή ένα δείγμα όπου μπορεί να γίνει δειγματοληψία με ακριβή συχνότητα δειγματοληψίας. Η τιμή πλάτους του δείγματος όπως μια αναλογική τιμή μπορεί να διατηρηθεί καθώς και να διατηρείται εντός του δεύτερου μπλοκ όπως το Hold. Το δείγμα αναμονής μπορεί να κβαντιστεί σε διακριτή τιμή μέσω του τρίτου μπλοκ όπως κβαντοποίηση. Τέλος, το τελευταίο μπλοκ όπως κωδικοποιητής αλλάζει το διακριτό πλάτος σε δυαδικό αριθμό.

Στο ADC, η μετατροπή του σήματος από αναλογικό σε ψηφιακό μπορεί να εξηγηθεί μέσω του παραπάνω μπλοκ διαγράμματος.

Δείγμα

Στο μπλοκ δειγμάτων, το αναλογικό σήμα μπορεί να γίνει δειγματοληψία σε ένα ακριβές χρονικό διάστημα. Τα δείγματα χρησιμοποιούνται σε συνεχές πλάτος και διατηρούν πραγματική τιμή, ωστόσο είναι διακριτά σε σχέση με το χρόνο. Κατά τη μετατροπή του σήματος, η συχνότητα δειγματοληψίας παίζει ουσιαστικό ρόλο. Έτσι μπορεί να διατηρηθεί με ακριβή ρυθμό. Με βάση την απαίτηση του συστήματος, ο ρυθμός δειγματοληψίας μπορεί να καθοριστεί.

Κρατήστε

Στο ADC, το HOLD είναι το δεύτερο μπλοκ και δεν έχει καμία λειτουργία, επειδή κρατά απλώς το πλάτος του δείγματος έως ότου ληφθεί το επόμενο δείγμα. Επομένως, η τιμή αναμονής δεν αλλάζει μέχρι το επόμενο δείγμα.

Ποσότητα

Στο ADC, αυτό είναι το τρίτο μπλοκ που χρησιμοποιείται κυρίως για κβαντοποίηση. Η κύρια λειτουργία αυτού είναι να μετατρέψει το πλάτος από συνεχές (αναλογικό) σε διακριτό. Η τιμή του συνεχούς πλάτους εντός του μπλοκ συγκράτησης μετακινείται σε ολόκληρο το μπλοκ ποσοτικοποίησης για να μετατραπεί σε διακριτό πλάτος. Τώρα, το σήμα θα είναι σε ψηφιακή μορφή επειδή περιλαμβάνει διακριτό εύρος καθώς και χρόνο.

Κωδικοποιητής

Το τελικό μπλοκ στο ADC είναι ένας κωδικοποιητής που μετατρέπει το σήμα από ψηφιακή μορφή σε δυαδικό. Γνωρίζουμε ότι μια ψηφιακή συσκευή λειτουργεί χρησιμοποιώντας δυαδικά σήματα. Επομένως απαιτείται η αλλαγή του σήματος από ψηφιακό σε δυαδικό με τη βοήθεια ενός κωδικοποιητή. Αυτή είναι λοιπόν ολόκληρη η μέθοδος για να αλλάξετε ένα αναλογικό σήμα σε ψηφιακό χρησιμοποιώντας ένα ADC. Ο χρόνος που απαιτείται για ολόκληρη τη μετατροπή μπορεί να γίνει μέσα σε ένα μικρό δευτερόλεπτο.

Διαδικασία αναλογικής προς ψηφιακή μετατροπή

Υπάρχουν πολλές μέθοδοι για τη μετατροπή αναλογικών σημάτων σε ψηφιακά σήματα. Αυτοί οι μετατροπείς βρίσκουν περισσότερες εφαρμογές ως μια ενδιάμεση συσκευή για τη μετατροπή των σημάτων από αναλογική σε ψηφιακή μορφή, εμφάνιση εξόδου σε LCD μέσω μικροελεγκτή. Ο στόχος ενός μετατροπέα A / D είναι να προσδιορίσει τη λέξη σήματος εξόδου που αντιστοιχεί σε ένα αναλογικό σήμα. Τώρα πρόκειται να δούμε ένα ADC 0804. Είναι ένας μετατροπέας 8-bit με τροφοδοσία 5V. Μπορεί να πάρει μόνο ένα αναλογικό σήμα ως είσοδο.

Αναλογικός μετατροπέας ψηφιακού σήματος

Αναλογικός μετατροπέας ψηφιακού σήματος

Η ψηφιακή έξοδος κυμαίνεται από 0-255. Το ADC χρειάζεται ένα ρολόι για να λειτουργήσει. Ο χρόνος που απαιτείται για τη μετατροπή της αναλογικής σε ψηφιακή τιμή εξαρτάται από την πηγή του ρολογιού. Ένα εξωτερικό ρολόι μπορεί να δοθεί στο CLK IN pin no.4. Ένα κατάλληλο κύκλωμα RC συνδέεται μεταξύ του ρολογιού IN και του pin R για να χρησιμοποιήσετε το εσωτερικό ρολόι. Το Pin2 είναι ο πείρος εισόδου - Ο υψηλός σε χαμηλός παλμός φέρνει τα δεδομένα από τον εσωτερικό καταχωρητή στους πείρους εξόδου μετά τη μετατροπή. Το Pin3 είναι μια εγγραφή - Χαμηλή προς υψηλή παλμό δίνεται στο εξωτερικό ρολόι. Οι Pin 11 έως 18 είναι καρφίτσες δεδομένων από MSB έως LSB.

Ο Αναλογικός σε Ψηφιακός μετατροπέας δειγματίζει το αναλογικό σήμα σε κάθε πτώση ή άνοδο του άκρου του ρολογιού δείγματος. Σε κάθε κύκλο, το ADC λαμβάνει το αναλογικό σήμα, το μετρά και το μετατρέπει σε ψηφιακή τιμή. Το ADC μετατρέπει τα δεδομένα εξόδου σε μια σειρά ψηφιακών τιμών προσεγγίζοντας το σήμα με σταθερή ακρίβεια.

Σε ADC, δύο παράγοντες καθορίζουν την ακρίβεια της ψηφιακής τιμής που καταγράφει το αρχικό αναλογικό σήμα. Αυτά είναι το επίπεδο κβαντοποίησης ή ο ρυθμός bit και ο ρυθμός δειγματοληψίας. Το παρακάτω σχήμα απεικονίζει τον τρόπο με τον οποίο πραγματοποιείται η αναλογική σε ψηφιακή μετατροπή. Ο ρυθμός bit αποφασίζει την ανάλυση της ψηφιοποιημένης εξόδου και μπορείτε να παρατηρήσετε στο παρακάτω σχήμα όπου το 3-bit ADC χρησιμοποιείται για τη μετατροπή του αναλογικού σήματος.

Διαδικασία αναλογικής προς ψηφιακή μετατροπή

Διαδικασία αναλογικής προς ψηφιακή μετατροπή

Ας υποθέσουμε ότι το σήμα ενός βολτ πρέπει να μετατραπεί από ψηφιακό χρησιμοποιώντας ADC 3-bit όπως φαίνεται παρακάτω. Επομένως, συνολικά 2 ^ 3 = 8 τμήματα είναι διαθέσιμα για παραγωγή 1V εξόδου. Αυτό το αποτέλεσμα 1/8 = 0,125V καλείται ως ελάχιστο επίπεδο αλλαγής ή ποσοτικοποίησης που αντιπροσωπεύεται για κάθε διαίρεση ως 000 για 0V, 001 για 0,125, και επίσης έως 111 για 1V. Εάν αυξήσουμε τους ρυθμούς bit όπως 6, 8, 12, 14, 16, κ.λπ., θα έχουμε καλύτερη ακρίβεια του σήματος. Έτσι, ο ρυθμός bit ή ο ποσοτικοποίηση δίνει τη μικρότερη αλλαγή εξόδου στην αναλογική τιμή σήματος που προκύπτει από μια αλλαγή στην ψηφιακή αναπαράσταση.

Ας υποθέσουμε ότι αν το σήμα είναι περίπου 0-5V και έχουμε χρησιμοποιήσει ADC 8-bit τότε η δυαδική έξοδος του 5V είναι 256. Και για το 3V είναι 133 όπως φαίνεται παρακάτω.

Τύπος ADC

Υπάρχει απόλυτη πιθανότητα εσφαλμένης παρουσίασης του σήματος εισόδου στην πλευρά εξόδου, εάν έχει δειγματοληψία σε διαφορετική συχνότητα από την επιθυμητή. Επομένως, μια άλλη σημαντική εκτίμηση του ADC είναι ο ρυθμός δειγματοληψίας. Το θεώρημα Nyquist δηλώνει ότι η αποκτηθείσα ανακατασκευή σήματος εισάγει παραμόρφωση, εκτός εάν δειγματοληπτεί στο (ελάχιστο) διπλάσιο του ρυθμού της μεγαλύτερης περιεκτικότητας συχνότητας του σήματος όπως μπορείτε να παρατηρήσετε στο διάγραμμα. Αλλά αυτός ο ρυθμός είναι 5-10 φορές τη μέγιστη συχνότητα του σήματος στην πράξη.

Ρυθμός δειγματοληψίας αναλογικού σε ψηφιακό μετατροπέα

Ρυθμός δειγματοληψίας αναλογικού σε ψηφιακό μετατροπέα

Παράγοντες

Η απόδοση ADC μπορεί να αξιολογηθεί μέσω της απόδοσής της βάσει διαφορετικών παραγόντων. Από αυτό, οι ακόλουθοι δύο κύριοι παράγοντες εξηγούνται παρακάτω.

SNR (Αναλογία σήματος προς θόρυβο)

Το SNR αντικατοπτρίζει τον μέσο αριθμό bit χωρίς θόρυβο σε οποιοδήποτε συγκεκριμένο δείγμα.

εύρος ζώνης

Το εύρος ζώνης ενός ADC μπορεί να προσδιοριστεί με την εκτίμηση του ρυθμού δειγματοληψίας. Η αναλογική πηγή μπορεί να γίνει δειγματοληψία ανά δευτερόλεπτο για την παραγωγή διακριτών τιμών.

Τύποι μετατροπέων αναλογικών σε ψηφιακών

Το ADC διατίθεται σε διαφορετικούς τύπους και σε ορισμένους από τους τύπους αναλογικών προς ψηφιακών μετατροπείς περιλαμβάνω:

  • Μετατροπέας διπλής κλίσης A / D
  • Μετατροπέας A / D Flash
  • Διαδοχικός Προσέγγιση Μετατροπέας A / D
  • Ημι-φλας ADC
  • Sigma-Delta ADC
  • PIPELINE ADC

Μετατροπέας διπλής κλίσης A / D

Σε αυτόν τον τύπο μετατροπέα ADC, η τάση σύγκρισης δημιουργείται χρησιμοποιώντας ένα κύκλωμα ολοκληρωτή που σχηματίζεται από μια αντίσταση, έναν πυκνωτή και τελεστικος ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ συνδυασμός. Με την καθορισμένη τιμή του Vref, αυτός ο ολοκληρωτής δημιουργεί μια κυματομορφή πριονωτή στην έξοδο από το μηδέν στην τιμή Vref. Όταν η κυματομορφή ολοκληρωτή ξεκινά αντίστοιχα, ο μετρητής αρχίζει να μετράει από 0 έως 2 ^ n-1 όπου n είναι ο αριθμός bits του ADC.

Αναλογικός σε ψηφιακό μετατροπέα διπλής κλίσης

Αναλογικός σε ψηφιακό μετατροπέα διπλής κλίσης

Όταν η τάση εισόδου Vin είναι ίση με την τάση της κυματομορφής, τότε το κύκλωμα ελέγχου καταγράφει την τιμή μετρητή που είναι η ψηφιακή τιμή της αντίστοιχης αναλογικής τιμής εισόδου. Αυτό το Dual slope ADC είναι μια συσκευή μεσαίου κόστους και αργής ταχύτητας.

Μετατροπέας A / D Flash

Αυτός ο μετατροπέας ADC ονομάζεται επίσης παράλληλος ADC, ο οποίος είναι ο πιο ευρέως χρησιμοποιούμενος αποδοτικός ADC όσον αφορά την ταχύτητά του. Αυτό το κύκλωμα αναλογικού προς ψηφιακό μετατροπέα αποτελείται από μια σειρά συγκριτών όπου ο καθένας συγκρίνει το σήμα εισόδου με μια μοναδική τάση αναφοράς. Σε κάθε συγκριτή, η έξοδος θα είναι υψηλή κατάσταση όταν η αναλογική τάση εισόδου υπερβαίνει την τάση αναφοράς. Αυτή η έξοδος δίνεται περαιτέρω στο κωδικοποιητής προτεραιότητας για τη δημιουργία δυαδικού κώδικα που βασίζεται σε δραστηριότητα εισαγωγής υψηλότερης τάξης αγνοώντας άλλες ενεργές εισόδους. Αυτός ο τύπος φλας είναι μια συσκευή υψηλού κόστους και υψηλής ταχύτητας.

Μετατροπέας A / D Flash

Μετατροπέας A / D Flash

Διαδοχικός μετατροπέας A / D προσέγγισης

Το SAR ADC είναι ένα πιο σύγχρονο ADC IC και πολύ πιο γρήγορο από το dual slope και flash ADCs, καθώς χρησιμοποιεί μια ψηφιακή λογική που συγκλίνει την αναλογική τάση εισόδου στην πλησιέστερη τιμή. Αυτό το κύκλωμα αποτελείται από έναν συγκριτή, μάνδαλα εξόδου, διαδοχικό καταχωρητή προσέγγισης (SAR) και μετατροπέα D / A.

Διαδοχικός μετατροπέας A / D προσέγγισης

Διαδοχικός μετατροπέας A / D προσέγγισης

Στην αρχή, το SAR επαναφέρεται και καθώς εισάγεται η μετάβαση LOW σε HIGH, το MSB του SAR έχει ρυθμιστεί. Στη συνέχεια, αυτή η έξοδος δίνεται στον μετατροπέα D / A που παράγει ένα αναλογικό ισοδύναμο του MSB, περαιτέρω συγκρίνεται με την αναλογική είσοδο Vin. Εάν η έξοδος του συγκριτή είναι χαμηλή, τότε το MSB θα διαγραφεί από το SAR, διαφορετικά, το MSB θα ρυθμιστεί στην επόμενη θέση. Αυτή η διαδικασία συνεχίζεται μέχρι να δοκιμαστούν όλα τα bits και μετά το Q0, το SAR κάνει τις παράλληλες γραμμές εξόδου να περιέχουν έγκυρα δεδομένα.

Ημι-φλας ADC

Αυτοί οι τύποι αναλογικών σε ψηφιακών μετατροπών λειτουργούν κυρίως περίπου στο μέγεθος περιορισμού τους μέσω δύο ξεχωριστών μετατροπέων φλας, όπου η ανάλυση κάθε μετατροπέα είναι τα μισά από τα bit για τη συσκευή semi-flush. Η χωρητικότητα ενός μετατροπέα φλας είναι, χειρίζεται τα MSBs (τα πιο σημαντικά bit) ενώ το άλλο χειρίζεται το LSB (λιγότερο σημαντικά bit).

Sigma-Delta ADC

Το Sigma Delta ADC (ΣΔ) είναι αρκετά πρόσφατο σχέδιο. Αυτά είναι εξαιρετικά αργά σε σύγκριση με άλλα είδη σχεδίων, ωστόσο προσφέρουν τη μέγιστη ανάλυση για όλα τα είδη ADC. Έτσι, είναι εξαιρετικά συμβατές με εφαρμογές ήχου υψηλής πιστότητας, ωστόσο, κανονικά δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν όπου απαιτείται υψηλό BW (εύρος ζώνης).

PIPELINE ADC

Τα PIPELINE ADCs είναι επίσης γνωστά ως κβαντοποιητές sub range που σχετίζονται εννοιολογικά με διαδοχικές προσεγγίσεις, παρόλο που είναι πιο εξελιγμένοι. Ενώ οι διαδοχικές προσεγγίσεις αυξάνονται σε κάθε βήμα μεταβαίνοντας στο επόμενο MSB, αυτό το ADC χρησιμοποιεί την ακόλουθη διαδικασία.

  • Χρησιμοποιείται για μια χονδροειδή μετατροπή. Μετά από αυτό, αξιολογεί αυτήν την αλλαγή προς το σήμα εισόδου.
  • Αυτός ο μετατροπέας ενεργεί ως καλύτερη μετατροπή επιτρέποντας μια προσωρινή μετατροπή με μια σειρά bit.
  • Συνήθως, τα σωληνωτά σχέδια προσφέρουν ένα κεντρικό έδαφος μεταξύ των SAR καθώς και αναλογικών φλας σε ψηφιακούς μετατροπείς εξισορροπώντας το μέγεθος, την ταχύτητα και την υψηλή ανάλυση.

Παραδείγματα αναλογικών σε ψηφιακό μετατροπέα

Τα παραδείγματα του αναλογικού σε ψηφιακό μετατροπέα συζητούνται παρακάτω.

ADC0808

Το ADC0808 είναι ένας μετατροπέας που έχει 8 αναλογικές εισόδους και 8 ψηφιακές εξόδους. Το ADC0808 μας επιτρέπει να παρακολουθούμε έως και 8 διαφορετικούς μετατροπείς χρησιμοποιώντας μόνο ένα τσιπ. Αυτό εξαλείφει την ανάγκη για εξωτερικές ρυθμίσεις μηδέν και πλήρους κλίμακας.

ADC0808 IC

ADC0808 IC

Το ADC0808 είναι μια μονολιθική συσκευή CMOS, προσφέρει υψηλή ταχύτητα, υψηλή ακρίβεια, ελάχιστη εξάρτηση από τη θερμοκρασία, εξαιρετική μακροπρόθεσμη ακρίβεια και επαναληψιμότητα και καταναλώνει ελάχιστη ισχύ. Αυτές οι δυνατότητες καθιστούν αυτή τη συσκευή ιδανική για εφαρμογές από διαδικασίες επεξεργασίας και ελέγχου μηχανών έως εφαρμογές καταναλωτών και αυτοκινήτων. Το διάγραμμα ακίδων του ADC0808 φαίνεται στο παρακάτω σχήμα:

Χαρακτηριστικά

Τα κύρια χαρακτηριστικά του ADC0808 περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.

  • Εύκολη διασύνδεση σε όλους τους μικροεπεξεργαστές
  • Δεν απαιτείται ρύθμιση μηδέν ή πλήρους κλίμακας
  • Πολυπλέκτης 8 καναλιών με λογική διεύθυνσης
  • Εύρος εισόδου 0V έως 5V με απλή τροφοδοσία 5V
  • Οι έξοδοι πληρούν τις προδιαγραφές επιπέδου τάσης TTL
  • Πακέτο τσιπ φορέα με 28 ακίδες

Προδιαγραφές

Οι προδιαγραφές του ADC0808 περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.

  • Ανάλυση: 8 Bits
  • Συνολικό μη προσαρμοσμένο σφάλμα: ± ½ LSB και ± 1 LSB
  • Ενιαία παροχή: 5 VDC
  • Χαμηλή ισχύς: 15 mW
  • Χρόνος μετατροπής: 100 μs

Γενικά, η είσοδος ADC0808 που πρόκειται να αλλάξει σε ψηφιακή μορφή μπορεί να επιλεγεί χρησιμοποιώντας τρεις γραμμές διευθύνσεων Α, Β, Γ που είναι ακίδες 23, 24 και 25. Το μέγεθος του βήματος επιλέγεται ανάλογα με την καθορισμένη τιμή αναφοράς. Το μέγεθος του βήματος είναι η αλλαγή στην αναλογική είσοδο που προκαλεί αλλαγή μονάδας στην έξοδο του ADC. Το ADC0808 χρειάζεται ένα εξωτερικό ρολόι για να λειτουργεί, σε αντίθεση με το ADC0804 που έχει ένα εσωτερικό ρολόι.

Η συνεχής ψηφιακή έξοδος 8-bit που αντιστοιχεί στη στιγμιαία τιμή της αναλογικής εισόδου. Το πιο ακραίο επίπεδο της τάσης εισόδου πρέπει να μειωθεί αναλογικά σε + 5V.

Το ADC 0808 IC απαιτεί σήμα ρολογιού τυπικά 550 kHz, το ADC0808 χρησιμοποιείται για τη μετατροπή των δεδομένων σε ψηφιακή μορφή που απαιτείται για τον μικροελεγκτή.

Εφαρμογή του ADC0808

Το ADC0808 έχει πολλές εφαρμογές εδώ, έχουμε δώσει κάποια εφαρμογή στο ADC:

Από το παρακάτω κύκλωμα, οι ακροδέκτες ρολογιού, έναρξης και EOC συνδέονται με έναν μικροελεγκτή. Γενικά, έχουμε 8 εισόδους εδώ, χρησιμοποιούμε μόνο 4 εισόδους για τη λειτουργία.

Κύκλωμα ADC0808

Κύκλωμα ADC0808

  • Χρησιμοποιείται ο αισθητήρας θερμοκρασίας LM35 ο οποίος είναι συνδεδεμένος με τις 4 πρώτες εισόδους του IC αναλογικού σε ψηφιακό μετατροπέα. Ο αισθητήρας έχει 3 ακίδες, δηλαδή VCC, GND και καρφίτσες εξόδου όταν ο αισθητήρας θερμαίνει την τάση στην έξοδο.
  • Οι γραμμές διευθύνσεων A, B, C συνδέονται με τον μικροελεγκτή για τις εντολές. Σε αυτό, η διακοπή ακολουθεί τη λειτουργία χαμηλής έως υψηλής.
  • Όταν ο πείρος εκκίνησης διατηρείται υψηλός δεν ξεκινά μια μετατροπή, αλλά όταν ο πείρος εκκίνησης είναι χαμηλός, η μετατροπή θα ξεκινήσει εντός 8 χρονικών περιόδων.
  • Στο σημείο που ολοκληρώνεται η μετατροπή, ο πείρος EOC είναι χαμηλός για να δείξει το τέλος της μετατροπής και τα δεδομένα που είναι έτοιμα για παραλαβή.
  • Η έξοδος επιτρέπει (OE) αυξάνεται στη συνέχεια υψηλή. Αυτό επιτρέπει την έξοδο TRI-STATE, επιτρέποντας την ανάγνωση των δεδομένων.

ADC0804

Γνωρίζουμε ήδη ότι οι μετατροπείς αναλογικού σε ψηφιακό (ADC) είναι οι πιο ευρέως χρησιμοποιούμενες συσκευές για την ασφάλεια των πληροφοριών για τη μετάφραση των αναλογικών σημάτων σε ψηφιακούς αριθμούς, ώστε ο μικροελεγκτής να μπορεί να τα διαβάσει εύκολα. Υπάρχουν πολλοί μετατροπείς ADC όπως ADC0801, ADC0802, ADC0803, ADC0804 και ADC080. Σε αυτό το άρθρο, θα συζητήσουμε τον μετατροπέα ADC0804.

ADC0804

ADC0804

Το ADC0804 είναι ένας πολύ συχνά χρησιμοποιούμενος αναλογικός προς ψηφιακός μετατροπέας 8-bit. Λειτουργεί με 0V έως 5V αναλογική τάση εισόδου. Έχει μία αναλογική είσοδο και 8-ψηφιακές εξόδους. Ο χρόνος μετατροπής είναι ένας άλλος σημαντικός παράγοντας για την αξιολόγηση ενός ADC, στο ADC0804 ο χρόνος μετατροπής ποικίλλει ανάλογα με τα σήματα χρονισμού που εφαρμόζονται στις ακίδες CLK R και CLK IN, αλλά δεν μπορεί να είναι ταχύτερη από 110 μs.

Καρφίτσα Περιγραφή ADC804

Καρφίτσα 1 : Πρόκειται για ένα pin select chip και ενεργοποιεί το ADC, ενεργό χαμηλό

Καρφίτσα 2: Είναι ένας ακροδέκτης εισόδου υψηλός σε χαμηλός παλμός που φέρνει τα δεδομένα από εσωτερικούς καταχωρητές στους ακροδέκτες εξόδου μετά τη μετατροπή

Καρφίτσα 3: Είναι ένας ακροδέκτης εισόδου χαμηλός έως υψηλός παλμός που δίνεται για να ξεκινήσει η μετατροπή

Καρφίτσα 4: Είναι ένας ακροδέκτης εισόδου ρολογιού, που δίνει το εξωτερικό ρολόι

Καρφίτσα 5: Είναι ένας πείρος εξόδου, πηγαίνει χαμηλά όταν ολοκληρωθεί η μετατροπή

Καρφίτσα 6: Αναλογική μη αναστρέψιμη είσοδος

Καρφίτσα 7: Αναλογική αναστροφή εισόδου, είναι συνήθως γειωμένη

Καρφίτσα 8: Γείωση (0V)

Καρφίτσα 9: Είναι ένας πείρος εισόδου, ορίζει την τάση αναφοράς για αναλογική είσοδο

Καρφίτσα 10: Γείωση (0V)

Pin 11 - Pin 18: Είναι ένας ψηφιακός ακροδέκτης εξόδου 8-bit

Καρφίτσα 19: Χρησιμοποιείται με το ρολόι IN Clock όταν χρησιμοποιείται εσωτερική πηγή ρολογιού

Καρφίτσα 20: Τάση τροφοδοσίας 5V

Χαρακτηριστικά του ADC0804

Τα κύρια χαρακτηριστικά του ADC0804 περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.

  • Εύρος τάσης αναλογικής εισόδου 0V έως 5V με απλή τροφοδοσία 5V
  • Συμβατό με μικροελεγκτές, ο χρόνος πρόσβασης είναι 135 ns
  • Εύκολη διασύνδεση σε όλους τους μικροεπεξεργαστές
  • Οι λογικές είσοδοι και έξοδοι πληρούν τόσο τις προδιαγραφές επιπέδου τάσης MOS όσο και TTL
  • Λειτουργεί με αναφορά τάσης 2,5V (LM336)
  • Γεννήτρια ρολογιού on-chip
  • Δεν απαιτείται ρύθμιση μηδέν
  • 0,3 [Prime] τυπικό πακέτο DIP 20 ακίδων
  • Λειτουργεί αναλογία μετρικά ή με 5 VDC, 2,5 VDC ή αναλογική ρύθμιση τάσης αναφοράς
  • Διαφορικές αναλογικές εισόδους τάσης

Είναι ένας μετατροπέας 8-bit με τροφοδοσία 5V. Μπορεί να πάρει μόνο ένα αναλογικό σήμα ως είσοδο. Η ψηφιακή έξοδος κυμαίνεται από 0-255. Το ADC χρειάζεται ένα ρολόι για να λειτουργήσει. Ο χρόνος που απαιτείται για τη μετατροπή της αναλογικής σε ψηφιακή τιμή εξαρτάται από την πηγή του ρολογιού. Ένα εξωτερικό ρολόι μπορεί να δοθεί στο CLK IN. Το Pin2 είναι ο πείρος εισόδου - Ο υψηλός σε χαμηλός παλμός φέρνει τα δεδομένα από τον εσωτερικό καταχωρητή στους πείρους εξόδου μετά τη μετατροπή. Το Pin3 είναι μια εγγραφή - Χαμηλή προς υψηλή παλμό δίνεται στο εξωτερικό ρολόι.

Εφαρμογή

Από το απλό κύκλωμα, ο πείρος 1 του ADC συνδέεται με το GND όπου ο πείρος 4 συνδέεται με το GND μέσω ενός πείρου πυκνωτή 2, 3 και 5 του ADC συνδέονται με 13, 14 και 15 ακίδες του μικροελεγκτή. Οι ακίδες 8 και 10 είναι βραχυκυκλωμένοι και συνδεδεμένοι στο GND, 19 ακίδες του ADC είναι στον 4ο ακροδέκτη μέσω της αντίστασης 10k. Οι ακίδες 11 έως 18 του ADC συνδέονται με 1 έως 8 ακίδες του μικροελεγκτή που ανήκει στη θύρα 1.

Κύκλωμα ADC0804

Κύκλωμα ADC0804

Όταν το λογικό υψηλό εφαρμόζεται σε CS και RD, η είσοδος έχει χρονομετρηθεί μέσω του καταχωρητή μετατόπισης 8-bit, ολοκληρώνοντας την αναζήτηση του συγκεκριμένου ρυθμού απορρόφησης (SAR), στον επόμενο παλμό ρολογιού η ψηφιακή λέξη μεταφέρεται στην έξοδο τρι-κατάστασης. Η έξοδος της διακοπής αναστρέφεται για να παρέχει έξοδο INTR που είναι υψηλή κατά τη μετατροπή και χαμηλή όταν ολοκληρωθεί η μετατροπή. Όταν ένα χαμηλό είναι τόσο σε CS όσο και σε RD, μια έξοδος εφαρμόζεται στις εξόδους DB0 έως DB7 και η διακοπή επαναφέρεται. Όταν είτε οι εισόδους CS είτε RD επιστρέφουν σε υψηλή κατάσταση, οι έξοδοι DB0 έως DB7 απενεργοποιούνται (επιστρέφονται στην κατάσταση υψηλής αντίστασης). Έτσι, ανάλογα με τη λογική, η τάση ποικίλλει από 0 έως 5V η οποία μετατρέπεται σε ψηφιακή τιμή ανάλυσης 8-bit, τροφοδοτείται ως είσοδος στη θύρα μικροελεγκτή 1.

ADC0804 Μεταχειρισμένα Έργα
ADC0808 Μεταχειρισμένα Έργα

Δοκιμή ADC

Ο έλεγχος του αναλογικού σε ψηφιακό μετατροπέα χρειάζεται κυρίως μια αναλογική πηγή εισόδου καθώς και υλικό για τη μετάδοση των σημάτων ελέγχου καθώς και για τη λήψη ψηφιακών δεδομένων o / p. Ορισμένα είδη ADC χρειάζονται μια ακριβή πηγή σήματος αναφοράς. Το ADC μπορεί να ελεγχθεί χρησιμοποιώντας τις ακόλουθες βασικές παραμέτρους

  • Σφάλμα μετατόπισης DC
  • Διασπορά ισχύος
  • Σφάλμα κέρδους DC
  • Ψευδής δωρεάν δυναμική εμβέλεια
  • SNR (Αναλογία σήματος προς θόρυβο)
  • INL ή Integral Nonlinearity
  • DNL ή διαφορική μη γραμμικότητα
  • THD ή Ολική αρμονική παραμόρφωση

Ο έλεγχος ADC ή μετατροπέων αναλογικού σε ψηφιακό γίνεται κυρίως για διάφορους λόγους. Εκτός από το λόγο, η εταιρεία οργάνωσης και μέτρησης IEEE, η επιτροπή δημιουργίας και ανάλυσης κυματομορφών ανέπτυξε το πρότυπο IEEE για ADC για ορολογία καθώς και μεθόδους δοκιμής. Υπάρχουν διάφορες γενικές ρυθμίσεις δοκιμών που περιλαμβάνουν Sine Wave, Arbitrary Waveform, Step Waveform & Feedback Loop. Για τον προσδιορισμό της σταθερής απόδοσης των αναλογικών προς τους ψηφιακούς μετατροπείς, τότε χρησιμοποιούνται διάφορες μέθοδοι όπως το σερβο, με βάση ράμπα, η τεχνική ιστογράμματος AC, η τεχνική ιστογράμματος τριγώνων και η φυσική τεχνική. Η μόνη τεχνική που χρησιμοποιείται για δυναμικές δοκιμές είναι η δοκιμή ημιτονοειδούς κύματος.

Εφαρμογές αναλογικού σε ψηφιακό μετατροπέα

Οι εφαρμογές του ADC περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.

  • Προς το παρόν, η χρήση ψηφιακών συσκευών αυξάνεται. Αυτές οι συσκευές λειτουργούν με βάση το ψηφιακό σήμα. Ένας αναλογικός σε ψηφιακός μετατροπέας παίζει βασικό ρόλο σε τέτοιου είδους συσκευές για τη μετατροπή του σήματος από αναλογικό σε ψηφιακό. Οι εφαρμογές αναλογικών προς ψηφιακών μετατροπέων είναι απεριόριστες οι οποίες αναφέρονται παρακάτω.
  • Το AC (κλιματιστικό) περιλαμβάνει αισθητήρες θερμοκρασίας για τη διατήρηση της θερμοκρασίας μέσα στο δωμάτιο. Έτσι, αυτή η μετατροπή της θερμοκρασίας μπορεί να γίνει από αναλογική σε ψηφιακή με τη βοήθεια του ADC.
  • Χρησιμοποιείται επίσης σε ψηφιακό παλμογράφο για τη μετατροπή του σήματος από αναλογικό σε ψηφιακό σε οθόνη.
  • Το ADC χρησιμοποιείται για τη μετατροπή του αναλογικού φωνητικού σήματος σε ψηφιακό σε κινητά τηλέφωνα, επειδή τα κινητά τηλέφωνα χρησιμοποιούν ψηφιακά φωνητικά σήματα, αλλά στην πραγματικότητα, το φωνητικό σήμα έχει τη μορφή αναλογικού. Έτσι, το ADC χρησιμοποιείται για τη μετατροπή του σήματος πριν από την αποστολή του σήματος προς τον πομπό του κινητού τηλεφώνου.
  • Το ADC χρησιμοποιείται σε ιατρικές συσκευές όπως MRI και X-Ray για τη μετατροπή των εικόνων από αναλογικές σε ψηφιακές πριν από την αλλαγή.
  • Η κάμερα στο κινητό χρησιμοποιείται κυρίως για τη λήψη εικόνων καθώς και βίντεο. Αυτά αποθηκεύονται στην ψηφιακή συσκευή, επομένως μετατρέπονται σε ψηφιακή μορφή χρησιμοποιώντας ADC.
  • Η μουσική της κασέτας μπορεί επίσης να αλλάξει σε ψηφιακή μορφή όπως CDS & thumb drive χρησιμοποιώντας ADC.
  • Προς το παρόν, το ADC χρησιμοποιείται σε κάθε συσκευή, επειδή σχεδόν όλες οι συσκευές που διατίθενται στην αγορά είναι σε ψηφιακή έκδοση. Επομένως, αυτές οι συσκευές χρησιμοποιούν ADC.

Έτσι, πρόκειται για μια επισκόπηση του αναλογικού σε ψηφιακό μετατροπέα ή μετατροπέας ADC και τους τύπους του. Για ευκολότερη κατανόηση, μόνο μερικοί μετατροπείς ADC συζητούνται σε αυτό το άρθρο. Ελπίζουμε αυτό το επιπλωμένο περιεχόμενο να είναι πιο ενημερωτικό για τους αναγνώστες. Τυχόν περαιτέρω ερωτήσεις, αμφιβολίες και τεχνική βοήθεια σε αυτό το θέμα μπορείτε να σχολιάσετε παρακάτω.

Φωτογραφικές μονάδες: