ADC( 数模转换器 )

       正在学习arm过程中,因为以前没有接触过硬件,所以现在仍然是硬着头皮在学习的感觉,但我相信自己能够坚持下去。不知道什么是ADC,从网上摘录并记在此处。

      模数转换器即A/D转换器,或简称ADC,通常是指一个将模拟信号 转变为数字信号 的电子 元件。

      通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。由于数字信号本身不具有实际意义,仅仅表示一个相对大小。故任何一个模数转换器都需 要一个参考模拟量作为转换的标准,比较常见的参考标准为最大的可转换信号大小。而输出的数字量则表示输入信号相对于参考信号的大小。

   模数转换器最重要的参数是转换的精度,通常用输出的数字信号的位数的多少表示。转换器能够准确输出的数字信号的位数越多,表示转换器能够分辨输入信号 的能力越强,转换器的性能也就越好。

   A/D转换一般要经过采样、保持、量化及编码4个过程。在实际电路中,有些过程是合并进行的,如采样和保持,量化和编码在转换过程中是同时实现的。
   一般来说,AD比DA贵,尤其是高速的AD,因为在某些特殊场合,如导弹的摄像头部分要求有高速的转换能力。一般那样AD要上千美元。还有通过AD的 并联可以提高AD的转换效率,多个AD同时处理数据,能满足处理器的数字信号需求了。

   模数转换过程包括量化和编码。 量化是将模拟信号量程分成许多离散量级,并确定输入信号所属的量级。编码是对每一量级分配唯一的数字码,并确定与输入信号相对应的代码。最普通的码制是二 进制,它有2n个量级(n为位数),可依次逐个编号。模数转换的方法很多,从转换原理来分可分为直接法和间接法两大类。 直接法是直接将电压转换成数字量。它用数模网络输出的一套基准电压,从高位起逐位与被测电压反复比较,直到二者达到或接近平衡(见图)。控制逻辑能实现对 分搜索的控制,其比较方法如同天平称重。先使二进位制数的最高位Dn-1 =1,经数模转换后得到一个整个量程一半的模拟电压VS , 与输入电压Vin相比较,若V in>VS ,则保留这一位;若V in<V in,则Dn-1 =0。 然后使下一位Dn -2=1,与上一次的结果一起经数模转换后与V in相比较,重复这一过程,直到使D 0=1, 再与V in相比较,由V in>VS 还是V in<V 来决定是否保留这一位。经过n 次比较后,n 位寄存器的状态即为转换后的数据。这种直接逐位比较型(又称反馈比较型)转换器是 一种高速的数模转换电路,转换精度很高,但对干扰的抑制能力较差,常用提高数据放大器性能的方法来弥补。它在计算机接口电路中用得最普遍。

      间接法不将电压直接转换成数字,而是首先转换成某一中间量,再由中间量转换成数字。常用的有电压-时间间隔(V/T)型和电压-频率(V/F)型两种,其 中电压-时间间隔型中的双斜率法(又称双积分法)用得较为普遍。

    模数转换器的选用具体取决于输入电平、输出形式、控制性质以及需要的速度、分辨率和精度。   用半导体分立元件制成的模数转换器常常采用单元结构,随着大规模集成电路技术的发展,模数转换 器体积逐渐缩小为一块模板、一块集成电路。

### ADC数模转换器的基本原理 ADC(Analog to Digital Converter)即模拟到数字转换器,其核心功能是将连续变化的模拟信号转化为离散的数字信号。这一过程通常包括采样、保持、量化和编码四个步骤: 1. **采样与保持**:在特定的时间间隔内对输入的模拟信号进行采样,并保持该值不变,以便后续处理[^2]。 - 采样频率需要满足奈奎斯特采样定理,即至少为输入信号最高频率成分的两倍,以避免混叠现象。 2. **量化**:将采样后的模拟值映射到一组有限数量的数值上,这一步骤会导致一定的误差,称为量化误差。 - 量化精度由ADC的位数决定,例如8位ADC可以表示256个不同的电平等级。 3. **编码**:将量化后的结果转换成二进制代码或其他形式的数字输出。 ### 实现方式 #### STM32中的ADC实现 STM32微控制器内置了高性能的ADC模块,支持多通道采集和DMA传输等功能: - **多通道支持**:STM32的ADC支持最多16个规则通道,允许用户选择不同GPIO作为模拟输入源[^3]。 - **硬件开关控制**:每个通道通过内部硬件开关切换,确保每次仅有一个通道的数据被转换。 - **DMA配合使用**:为了防止数据丢失,通常会结合DMA技术自动搬运ADC结果寄存器中的数据,减少CPU负担。 #### 外部ADC芯片示例——ADC0832 对于外部ADC芯片如ADC0832,它提供了简单的SPI接口与单片机通信: - **引脚定义**:CS(片选)、CLK(时钟)、DO(数据输出)、DI(数据输入),其中DO与DI可共用一条数据线简化设计[^4]。 - **工作电压范围**:能够识别从0V到VCC之间的电压,当输入超过VCC时,输出达到最大值255(8位分辨率)。 #### 控制逻辑与时序 - 在实际应用中,需要严格按照时序要求操作ADC设备,包括启动转换、等待转换完成以及读取结果等环节。 - 对于STM32来说,可以通过配置ADC控制寄存器来设置采样时间、触发源等参数,同时利用中断或DMA机制提高效率。 ```c // 示例代码:初始化STM32 ADC void MX_ADC_Init(void) { // 配置ADC参数... hadc.Instance = ADC1; hadc.Init.ScanConvMode = DISABLE; // 单通道模式 hadc.Init.ContinuousConvMode = DISABLE; // 单次转换模式 hadc.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE; hadc.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START; // 软件触发 hadc.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT; // 右对齐 hadc.Init.NbrOfConversion = 1; // 一次转换 if (HAL_ADC_Init(&hadc) != HAL_OK) { Error_Handler(); } } ``` 以上内容涵盖了ADC的基本原理及其在具体硬件平台上的实现方法,展示了如何有效地将模拟信号转化为可用于计算和分析的数字信息。
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