什么是数字转换器和其工作的模拟

几乎所有环境测量参数都是模拟形式，如温度、声音、压力、光等。考虑一个温度监视系统其中，数字计算机和处理器无法从传感器获取、分析和处理温度数据。因此，该系统需要一个中间设备将模拟温度数据转换成数字数据，以便与微控制器、微处理器等数字处理器进行通信。模数转换器(ADC)是一种电子集成电路，用于将电压等模拟信号转换成由1和0组成的数字或二进制形式。大多数adc采用0到10V、-5V到+5V等电压输入，并相应地产生某种二进制数的数字输出。

什么是模数转换器?

用于将模拟信号改变为数字的转换器被称为模数转换器或ADC转换器。该转换器是一种集成电路或IC，可直接从连续形式转换为离散形式。该转换器可以用A / D，ADC，A至D表示。DAC的逆函数只不过是ADC。模数转换器符号如下所示。

将模拟信号转换为数字信号的过程有几种方法。市场上有来自不同制造商的不同类型的ADC芯片，如ADC08xx系列。因此，可以在离散元件的帮助下设计一个简单的ADC。

ADC的主要特点是采样率和位分辨率。

• ADC的采样率几乎是ADC可以将信号从模拟转换为数字的速度。
• 位分辨率只是模拟到数字转换器将信号从模拟转换到数字的精度。

ADC转换器的主要优点之一是即使在多路输入时也具有较高的数据采集速率。随着各种ADC的发明集成电路（IC的），来自各种传感器的数据采集变得更加准确，更快。高性能ADC的动态特性提高了测量重复性，低功耗，精确的吞吐量，高线性度，优异的信噪比（SNR）等。

ADC的各种应用是测量和控制系统，工业仪表，通信系统和所有其他基于感官的系统。bob的是什么网站基于性能，比特率，功率，成本等的因素，ADC分类

ADC块图

ADC的框图如下所示，包括采样，保持，量化和编码器。ADC的过程可以如下所示。

首先，模拟信号被应用到第一个块，即一个样本，只要它可以在一个准确的采样频率被采样。采样的振幅值(如模拟值)可以保持，也可以在第二个块(如Hold)内保持。保持样本可以像quantize一样通过第三块量化成离散值。最后，编码器将离散振幅转换为二进制数。

在ADC中，可以通过上述框图解释来自模拟到数字的信号的转换。

样本

在样本块中，可以以精确的时间间隔采样模拟信号。样品用于连续幅度并保持真实值，但是它们相对于时间是离散的。在转换信号的同时，采样频率起到重要作用。所以它可以以精确的速率维持。根据系统要求，可以修复采样率。

持有

在ADC中，HOLD是第二个块，它没有任何功能，因为它只是保持采样振幅直到下一次采样。持有值直到下一个样本才会改变。

量化

在ADC中，这是主要用于量化的第三块。这的主要功能是将幅度从连续（模拟）转换为离散的。保持块内连续幅度的值在整个量化块中移动，以变成幅度的离散。现在，信号将处于数字形式，因为它包括离散幅度以及时间。

编码器

ADC的最后一个模块是一个编码器，它将信号从数字形式转换为二进制。我们知道数字设备是用二进制信号工作的。因此，需要在编码器的帮助下将数字信号转换为二进制信号。这就是用ADC将模拟信号转换为数字信号的全部方法。整个转换所花的时间可以在一微秒内完成。

模拟到数字转换过程

有许多方法可以将模拟信号转换为数字信号。这些转换器发现更多的应用作为中间设备，以将信号从模数转换为数字形式，通过微控制器显示LCD上的输出。A / D转换器的目的是确定对应于模拟信号的输出信号字。现在我们将看到0804的ADC。它是一个带5V电源的8位转换器。它可以只需要一个模拟信号作为输入。

数字输出从0-255不等。ADC需要时钟来运行。将模拟值转换为数字值所花费的时间取决于时钟源。一个外部时钟可以给CLK IN引脚4。一个合适的RC电路连接在时钟IN和时钟R引脚之间，以使用内部时钟。Pin2是输入引脚-高到低脉冲带来的数据从内部寄存器到输出引脚转换后。Pin3是一个写-低到高脉冲给外部时钟。Pin11 ~ 18是从MSB到LSB的数据引脚。

模拟到数字转换器对采样时钟的每个下降或上升边缘上的模拟信号进行采样。在每个周期中，ADC获取模拟信号，测量它，并将其转换为数字值。ADC将输出数据转换成一系列的数字值，以固定的精度逼近信号。

在ADC中，两个因素确定捕获原始模拟信号的数字值的准确性。这些是量化水平或比特率和采样率。下图描绘了对数字转换的模拟方式。比特率决定数字化输出的分辨率，您可以在下面观察到3位ADC用于转换模拟信号。

假设一伏的信号必须转换为数字使用3位ADC如下所示。因此，总共有2^3=8个部门可以生产1V的输出。这个结果1/8=0.125 v被称为最小变化或量子化水平表示为000为0V, 001为0.125，同样地，高达111为1V。如果我们增加像6、8、12、14、16这样的比特率，我们将得到一个更好的信号精度。因此，比特率或量化给出了由数字表示的变化导致的模拟信号值的最小输出变化。

假设信号大约是0-5V，我们使用了8位ADC，那么5V的二进制输出是256。对于3V，它是133，如下所示。

如果输入信号的采样频率不同于期望的频率，那么输出端的输入信号就有绝对的误读机会。因此，ADC的另一个重要考虑因素是采样率。奈奎斯特定理指出，获取的信号重构会导致失真，除非以(最小)两倍于信号最大频率含量的速率采样，正如你可以在图中观察到的那样。但这个速率是实际信号最大频率的5-10倍。

因素

ADC的性能可以根据不同的因素来评估。由此，以下两个主要因素被解释。

信噪比(信噪比)

SNR反映任何特定样本中没有噪声的平均位数。

带宽

ADC的带宽可以通过估计采样率来确定。模拟源可以每秒采样以产生离散值。

模拟到数字转换器的类型

ADC可用于不同类型和一些类型的模拟到数字转换器包括:

• 双斜率A / D转换器
• 闪光A / D转换器
• 连续的近似A / D转换器
• Semi-flash ADC
• 法ADC
• 管线式ADC

双斜率A / D转换器

在这种类型的ADC转换器中，通过使用由电阻器，电容器和电容器和的积分器电路产生比较电压运算放大器组合。通过设置Vref的值，这个积分器在其输出上从0到Vref的值产生一个锯齿形波形。当积分器波形启动时，相应的计数器开始从0到2^n-1计数，其中n是ADC的比特数。

当输入电压Vin等于波形电压时，控制电路捕获对应模拟输入值的数字值计数器值。这种双斜率ADC是一个相对中等成本和低速的设备。

闪光A / D转换器

这种ADC转换器IC也称为并行ADC，它是目前应用最广泛的速度高效ADC。这个闪光模拟数字转换电路由一系列比较器组成，其中每个比较器用一个独特的参考电压来比较输入信号。在每个比较器中，当模拟输入电压超过参考电压时，输出将处于高状态。将此输出进一步给出优先编码器用于生成基于高阶输入活动的二进制代码，忽略其他活动输入。这种闪存类型是一种高成本和高速的设备。

连续近似A / D转换器

SAR ADC最现代化的ADC IC，比双斜率和闪存ADC快得多，因为它使用将模拟输入电压收敛到最接近的值的数字逻辑。该电路由比较器，输出锁存器，连续近似寄存器（SAR）和D / A转换器组成。

首先，对SAR进行重置，引入低到高的过渡，设置SAR的MSB。然后将该输出输出给D/A转换器，该转换器产生MSB的模拟等效物，并与模拟输入Vin进行比较。如果比较器输出为LOW，则MSB将被SAR清除，否则MSB将被设置为下一个位置。这个过程一直持续到所有的位被尝试，Q0之后，SAR使并行输出行包含有效的数据。

Semi-flash ADC

这些类型的模拟与数字转换主要通过两个单独的闪光转换器大致限制，其中每个转换器分辨率为半冲洗设备的一半。单次闪存转换器的容量是，它处理MSB（最高有效位），而另一个处理LSB（最低有效位）。

法ADC

Sigma Delta ADC (ΣΔ)是相当新的设计。与其他类型的设计相比，这些速度非常慢，但它们为所有类型的ADC提供了最大分辨率。因此，它们与基于高保真度的音频应用程序非常兼容，然而，它们通常不能在需要高BW(带宽)的地方使用。

管线式ADC

流水线adc也被称为子测距量化器，它在概念上与逐次逼近相关，尽管更复杂。当逐次逼近通过每一步增长到下一个MSB时，这个ADC使用以下过程。

• 它用于粗转换。之后，它对输入信号的变化进行计算。
• 这个转换器通过允许一个比特范围的临时转换起到更好的转换作用。
• 通常，流水线设计通过平衡其尺寸，速度和高分辨率，为SARS和闪光模数转换器提供一个中心地。

模拟到数字转换器的例子

下面讨论类似于数字转换器的示例。

ADC0808.

ADC0808是一种具有8个模拟输入和8个数字输出的转换器。ADC0808允许我们仅使用一个芯片就可以监控多达8个不同的传感器。这消除了外部零点和全量程调整的需要。

ADC0808是一个单片CMOS器件，提供高速，高精度，最低的温度依赖性，卓越的长期精度和重复性，并消耗最小的功耗。这些特点使该设备非常适合从过程和机器控制到消费者和汽车应用的应用。ADC0808引脚图如下图所示:

特征

ADC0808的主要特点包括:

• 所有微处理器的易于接口
• 不需要零或满量程调整
• 带有地址逻辑的8通道多路复用器
• 0V至5​​V输入范围，具有单5V电源
• 输出符合TTL电压电平规格
• 带28针的载体芯片封装

规格

ADC0808的规格包括:

• 解析:8位
• 总未调整误差:±½LSB和±1 LSB
• 单电源：5 VDC
• 低功率:15mw
• 转换时间:100 μs

一般来说，要转换为数字形式的ADC0808输入可以通过使用三个地址线A、B、C来选择，这三个地址线分别是引脚23、24和25。步长的选择依赖于设置的参考值。步长是模拟输入的变化引起ADC输出的单位变化。ADC0808需要一个外部时钟来运行，不像ADC0804有一个内部时钟。

与模拟输入的瞬时值相对应的连续8位数字输出。输入电压的最极端电平必须按比例降低到+5V。

ADC 0808 IC需要一个通常为550 kHz的时钟信号，ADC0808用于将数据转换为微控制器所需的数字形式。

ADC0808的应用

ADC0808已有许多应用程序;在这里，我们在ADC上给出了一些应用程序：

从下面的电路时钟，启动和EOC引脚连接到一个微控制器。一般来说，我们有8个输入;这里我们只使用4个输入进行操作。

• LM35温度传感器使用，其连接到模拟变换器IC的前4个输入。当传感器加热输出时，传感器有3个引脚，VCC，GND和输出引脚。
• 地址线A，B，C连接到用于命令的微控制器。在此，中断遵循低到高操作。
• 当开始引脚保持高没有转换开始，但当开始引脚低转换将在8个时钟周期内开始。
• 在点，当转换完成时，EOC引脚低，以表明转换完成和数据准备被提取。
• 然后，输出使（OE）升高。这使得三态输出能够允许读取数据。

ADC0804.

我们已经知道模数转换器是应用最广泛的信息安全设备，它将模拟信号转换为数字，使微控制器易于读取。有许多ADC转换器，如ADC0801, ADC0802, ADC0803, ADC0804，和ADC080。在本文中，我们将讨论ADC0804转换器。

ADC0804是一种非常常用的8位模数转换器。它工作于0V到5V的模拟输入电压。它有单个模拟输入和8位数字输出。转换时间是判断ADC的另一个主要因素，在ADC0804中，转换时间取决于应用于CLK R和CLK in引脚的时钟信号，但它不能超过110 μs。

ADC804的引脚描述

销1:它是一个芯片选择引脚和激活ADC，有源低

PIN 2：它是一个输入销;高到低脉冲将数据从内部寄存器带到转换后输出引脚

PIN 3：它是一个输入销;给出低脉冲开始转换

销4:它是一个时钟输入引脚，给出外部时钟

销5:它是一个输出引脚，在转换完成时降低

销6:模拟非反相输入

销7:模拟反相输入，通常是地面

销8:地面(0 v)

销9:它是输入引脚，设置模拟输入的参考电压

销10:地面(0 v)

引脚11 -引脚18:它是一个8位数字输出管脚

PIN 19：当使用内部时钟源时，是否与时钟pin一起使用

销20:电源电压;5V.

ADC0804的特点

ADC0804的主要功能包括以下内容。

• 0V到5V模拟输入电压范围，单5V电源
• 与微控制器兼容，访问时间为135 ns
• 所有微处理器的易于接口
• 逻辑输入和输出都符合MOS和TTL电压水平规范
• 适用于2.5V（LM336）电压参考
• 片上时钟发生器
• 不需要零调整
• 0.3[主要]标准宽度20针DIP封装
• 使用5 VDC、2.5 VDC或模拟量程调整电压基准操作比率
• 差分模拟电压输入

它是一个带5V电源的8位转换器。它可以只需要一个模拟信号作为输入。数字输出从0-255不等。ADC需要时钟来运行。将模拟值转换为数字值所花费的时间取决于时钟源。外部时钟可以给出CLK。Pin2是输入引脚-高到低脉冲带来的数据从内部寄存器到输出引脚转换后。PIN3是写入 - 低脉冲的外部时钟。

应用程序

从简单电路来看，ADC的引脚1连接到GND，其中引脚4通过电容连接到GND;ADC的2、3、5引脚连接到微控制器的13、14、15引脚。引脚8和10短路并连接到GND, ADC的19引脚通过电阻10k到第4引脚。ADC的引脚11 ~ 18连接到微控制器的1 ~ 8引脚，属于端口1。

当将逻辑高应用于CS和RD时，通过8位移位寄存器对输入进行时钟，完成比吸收率(SAR)的搜索，对下一个时钟脉冲;数字字被转移到三态输出。中断的输出被反转，以提供一个INTR输出，在转换期间是高的，在转换完成时是低的。当CS和RD都是低电平时，通过DB7输出对DB0施加一个输出，并复位中断。当CS或RD输入返回高状态时，DB0到DB7输出被禁用(返回到高阻抗状态)。因此，根据逻辑，从0到5V的电压被转换为8位分辨率的数字值，作为微控制器端口1的输入。

ADC0804组件使用的项目

• 地下电缆故障距离定位器

ADC0808组件使用项目

• 用于远程工业工厂的监控和数据采集

ADC测试

模拟到数字转换器的测试主要需要模拟输入源以及硬件传输控制信号以及捕获数字数据O / P。某些类型的ADC需要精确的参考信号源。可以使用以下关键参数测试ADC

• 直流偏置误差
• 功耗
• 直流增益错误
• 伪自由动态范围
• SNR（信噪比）
• INL或积分非线性
• DNL或差分非线性
• THD或总谐波失真

ADC或模数转换器的测试主要是有几种原因进行的。除了IEEE仪器和测量学会之外，波形发电和分析委员会是开发了术语的IEEE标准，以及测试方法。有不同的一般测试设置，包括正弦波，任意波形，步骤波形和反馈循环。要确定模拟转换器的稳定性能，那么使用不同的方法，如伺服基础，斜坡的基础，交流直方图技术，三角形直方图技术和物理技术。用于动态测试的一种技术是正弦波测试。

模拟数字转换器的应用

ADC的应用包括以下内容。

• 目前，数字设备的使用正在增加。这些设备基于数字信号工作。模拟到数字转换器在这种类型的设备中起关键作用，以将信号从模拟转换为数字。模拟与数字转换器的应用是无限的，下面讨论。
• 空调(AC)包括温度传感器，用于保持室内温度。因此，在ADC的帮助下，可以实现温度从模拟到数字的转换。
• 它还用于数字示波器，将信号从模拟转换为数字以显示。
• 在手机中，由于手机使用的是数字语音信号，但实际上语音信号是模拟信号，因此使用ADC将模拟语音信号转换为数字信号。因此，在将信号发送到手机的发射机之前，使用ADC对信号进行转换。
• ADC用于MRI和X射线等医疗设备，以在更改之前将图像从模拟转换为数字。
• 手机上的摄像头主要用于拍摄图像和视频。这些被存储在数字设备中，所以这些被转换成数字形式使用ADC。
• 盒式音乐也可以改变为数字，如CD和Thumb驱动器使用ADC。
• 目前市面上几乎所有的设备都是数字版本的，因此ADC被广泛应用于各种设备中。这些设备使用ADC。

因此，这是关于模拟-数字转换器概述或ADC转换器及其类型。为了更容易理解，本文只讨论了一些ADC转换器。我们希望这款包装的内容对读者更加丰富。对此主题的任何进一步查询，疑虑和技术帮助您可以在下面发表评论。

照片信用：

• 模拟到数字转换microcontrollerboard
• 双斜率A/D转换器Imgur.
• 闪光A / D转换器Bunniestios.
• 连续近似A / D转换器bob足球体育appElectronics.dit.dit.