【自制环境光监测仪】Part 2：理解与实现ADC

本系列文章主要介绍如何使用EFM8控制器制作一款智能环境光监测仪，共包含5个部分：

● Part 1：在LCD上显示测量值

● Part 2：理解和实现ADC

● Part 3：测量和解析环境光照度

● Part 4：过零检测

● Part 5：使用双向可控硅调节灯亮度

所需的硬件/软件

● SLSTK2000A EFM8评估板

● Simplicity Studio集成开发环境

● SCILAB

● 面包板

● 100k电阻

简介

我们制作的智能环境光监测仪需要对来自光学探测器的信号进行数字化和分析，因此现在是时候探索EFM8控制器集成的模数转换（ADC）功能了。ADC可以视为一个神奇的盒子，每当我们翻转ADC控制寄存器中的右边的位时，它就会将模拟电压信号无缝转换为二进制数，但这种表面上的方法存在风险。工程如同生活一样，对手头的问题有一个彻底和深思熟虑的理解，可以防止在未来发生的微妙的、回避的问题。因此，本篇文章将作为使用EFM8板载ADC的指南，并了解其架构和信号接口。

将电压转换为寄存器中的一系列位的方法不止一种。常见的ADC方法包括流水线型（Pipeline）、sigma-delta和逐次逼近寄存器（SAR）拓扑。 EFM8的ADC属于SAR形式。Sigma-delta ADC非常适合高分辨率应用，流水线型ADC提供更高的采样率。 SAR ADC适用于中到高分辨率和中到高采样率，并且它们通常集成到微控制器中，因为该架构结构紧凑且与低功耗设计兼容。简化的SAR功能图如下：

ADC寄存器启动时最高有效位为逻辑高电平，其余为逻辑低电平，因此ADC最初产生的电压为参考电压的一半。 MSb保持高电平或设置为低电平，具体取决于比较器的输出，此过程重复所有位，直到ADC寄存器值对应模拟输入电压。现在考虑的最重要的事情是：（1）ADC是同步的 - 每个输入时钟周期更新一个寄存器位；（2）在SAR处理过程中，模拟输入电压存储在采样保持电路中。

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