Linux下的使用字符设备驱动框架编写ADC驱动 ——MQ-4传感器

ADC的原理

 ADC 的作用：模拟信号转换为数字信号

模拟信号一般是指连续变化的电压信号，其数值在一定范围内变化。

而数字信号是由一系列离散的数字表示， 只能取有限的值，通常以二进制形式表示。

ADC通常由一个采样保持电路、一个比较器和一个计数器组成。

采样保持电路将输入的模拟电压保持在一个稳定的值，

比较器将这个稳定的值与一个参考电压进行比较，

计数器记录比较器的输出信号的次数。

ADC的分辨率是指ADC可以分辨的最小电压变化，通常用位数来表示。（8  10  12  16）

ADC的工作原理是将模拟信号分割成一系列离散的取样，并将每个取样值转换为相应的数字表示。这个过程 涉及到两个主要步骤：采样和量化。

细分为  采样–>保持–>量化–>编码

采样：ADC将连续变化的模拟信号在一定时间间隔内进行取样。取样频率决定了每秒采集的样本数，通常 以赫兹（Hz）表示。采样过程通过保持并测量模拟信号在每个采样时间点的电压值来实现。

量化：采样得到的连续模拟信号经过量化转换为数字形式。量化是将每个采样值映射到一个离散的数字值的过程。这通常通过比较采样值与参考电压之间的差异（逐次逼近法），并将其转换为数字表示。

逐次逼近法：ADC量化的过程是相对于一个基准值的，这个基准值称之为基准电压。一般采用逐次逼近法的ADC会先拿采用电压Vadc跟基准电压Vref（3.3v）的1/2进行比较，如果Vadc>Vref，则结果为1，否则结果为0。之后继续拿Vadc 和Vref的1/4或Vref的3/4继续比较。这个过程有点像二分法，每次比较都会使量化的结果逼近真实值。

很明显，比较的次数决定了测量的精度，这个精度被称之为ADC的分辨率。比如一个比较了8次的ADC外设，它就称为8位ADC，其结果是0~255（2的8次方）之间的一个数值，设该数值为n，那么实际电压就是Vref * (n/255)。如果把比较次数增加到10次，结果就是0~1023（2的10次方）之间的一个数。
 

例如，一个10位ADC可以分辨的最小电压变化为1/1024，这意味着ADC可以分辨的最小电变化为输入电压的1/1024。

 V = (AD / 2^n) * Vref 

 

其中,V表示实际电压值,AD表示AD转换的数字值,