文章目錄
- 1、A/D轉換的概念
- 2、數字量和模擬量
- 3、A/D轉換的基本原理
- （1）采樣和采樣定理
- （2）采樣/保持電路
- （3）量化和編碼
- 4、常用的A/D轉換器
- 5、常見的A/D芯片
1、A/D轉換的概念
- 模擬信號到數字信號的轉換稱為模-數轉換，或A/D（Analog to Digital）轉換，
- 把實作A/D轉換的電路稱為A/D轉換器（Analog Digital Converter，ADC），
- ADC的作用是：將模擬量轉換為數字量，
- ADC主要應用在（低速）數字萬用表、電子稱等；（中速）工業控制、實驗設備等；（高速）數字通信、導彈測距等；（超高速）數字音頻、視頻信號變化、氣象資料分析處理，
- ADC輸入的是模擬量，輸出的是數字量，
- ADC輸出的數字量可視為輸入電壓（電流）與基準電壓（電流）相比所占的比例，
- ADC輸出和輸入關系可表示如下：
2、數字量和模擬量
這個可以查看我學習數字電路的一篇筆記：
印象筆記——數字量和模擬量
3、A/D轉換的基本原理
在模擬轉換器ADC中，由于模擬信號是時間上和數值上均為連續的物理量，而數字信號是時間上和數值上均為離散的物理量，因此要進行模數轉換時，先要按一定的時間間隔對模擬電壓（或電流）進行采樣，室其變為時間上離散的信號，然后將采樣的電壓（或電流）值保持，并同時對采樣進行量化和編碼，如此經量化、編碼后的信號就成為了時間上和幅值上都離散的數值信號了，
A/D轉換程序應包括：采樣、保持、量化、編碼四個步驟，
（1）采樣和采樣定理
ADC周期性地將輸入模擬值轉換成其大小對應的數字量，這個程序被稱為采樣，
（2）采樣/保持電路
模擬量到數字量轉換需要一定時間，在此期間要求采樣所得的樣值保持不變，這個程序需有相應的電路實作，
（3）量化和編碼
模擬信號經“采樣-保持電路”輸出得到的采樣值乃屬模擬范湊，需量化處理才能轉換為時間上和數值上都離散的數字信號，
量化：將采樣值表示為最小數量單位的倍數倍，
編碼：將量化結果用數字代碼表示出來，常見有自然二進制編碼、二進制補碼編碼，
因采樣值為輸入信號某些時刻的瞬時值，，它們是不可能都正好是量化單位的整數倍，即在量化時不可避免會引入量化誤差，用
ξ
\xi
ξ表示，量化誤差是原理性誤差，它是無法消除的，
量化誤差：有限位ADC產生的輸出資料的等效模擬值與實際輸入模擬量之間的差值，
量化誤差的大小與量化方式、量化單位、ADC編碼位數、基準電壓大小有關，
常用量化方式：只舍不入量化和有舍有入量化兩種方式，
4、常用的A/D轉換器
常用的A/D轉換芯片按轉換資料的輸出方式，可分為：
- 串行和并行兩種，其中并行A/D芯片又可以根據8位、10位、12位、24位等，
- 按轉換原理分為逐次逼近型（SAR）和雙積分型，
- 按照同一塊芯片商支持的同時輸入的模擬信號數目和分為同時支持多個模擬信號輸入的多通道型和只支持單個模擬信號的單通道型，
（1）并行A/D芯片需要占用較多數目的資料引腳，但輸出速度快，在資料寬度比較大低時有較高的性價比，
串行A/D芯片占用資料引腳少，與51單片機介面接單，但由于資料要逐位輸出，所以資料輸出速度通常步入并行A/D芯片快，串行和并行A/D芯片各有優勢主要看具體應用系統的需求，
（2）逐次逼近型的A/D芯片有很快的轉換速度，一般是ns或us級，而雙積分型A/D芯片轉換速度要慢一些，一般為us或ms級，但機油轉換精度高，廉價、抗干擾能力強等優點，因而逐次逼近型速度較快、精度較高、價格適中，被廣泛采用，
（3）多通道輸入的A/D芯片可以同支持多個模擬信號的轉換，但是由于需要進行通道切換，其轉換速度通常慢于單通道輸入的A/D芯片，
AD芯片有以下幾個重要指標：
- 解析度：一般用轉換后的位數表示，對于二進制輸出型A/D芯片來說，解析度為8位時只能將模擬信號轉換成00H~FFH數字量的芯片，也表明它可以對量程的1/256的增量做出反應，
- 量化誤差：將模擬量轉換成數字量（即量化）程序引起斷點誤差，它的理論單位是數字量的一半，即1、/2LSB，解析度和量化誤差是統一的，提高解析度可以減少量化誤差，
- 轉換時間：啟動轉換到完成一次A/D轉換需要的時間，
- 轉換量程：A/D芯片能夠轉換的電壓范圍，如0~ 5V，-10 ~ +10V等，
- 通道數：同時轉換的模擬信號數目，
還有一些MCU內部集成有A/D轉換，如STC12系列單片機、STM32、arduino、cc2530等，具體使用可查看相關芯片手冊，
具體使用MCU內部集成的A/D轉換還是外接A/D轉換芯片具體看電路設計的需求決定，如果MCU內部集成的A/D轉換可以滿足需求就用內部集成的A/D轉換，如電壓采集等，如果MCU內部集成的A/D轉換不能滿足，如心電信號采集，則外接A/D轉換芯片，
5、常見的A/D芯片
- 多通道型別：ADC0809、TLC2543
- 單通道型別：ADC0801、ADS1100
- 高精度型別：AD997
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