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?

用于将模拟信号转换为数字信号的转换器称为模数转换器或ADC转换器。该变换器是一种将连续信号直接转换为离散信号的集成电路或集成电路。这个转换器可以用A/D, ADC, A到D来表示。DAC的逆函数就是ADC。模拟数字转换符号如下所示。

可以通过多种方式将模拟信号转换为数字的过程。来自不同制造商的市场上有不同类型的ADC芯片，如ADC08xx系列。因此，可以在离散组件的帮助下设计简单的ADC。

ADC的主要特征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)，从各种传感器的数据采集变得更准确和更快。高性能adc的动态特性具有测量重复性高、功耗低、吞吐量精确、线性度高、信噪比好等特点。

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框图

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，信号从模拟到数字的转换可以通过上面的框图来解释。

样本

在采样块中，模拟信号可以在一个精确的时间间隔内被采样。这些样本在连续振幅中使用并保持实值，但它们相对于时间是离散的。在信号转换过程中，采样频率起着至关重要的作用。所以它可以保持在一个精确的速率。根据系统要求，可以确定采样率。

持有

在ADC中，保持是第二个块，它没有任何功能，因为它只是保持样本幅度，直到拍摄下一个样本。因此，持有的值不会在下一个样本之前改变。

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

将模拟信号转换为数字信号的方法有很多种。这些转换器作为中间器件，可以将信号从模拟信号转换为数字信号，并通过微控制器在LCD上显示输出。A/D转换器的目的是确定与模拟信号相对应的输出信号字。现在我们将看到ADC为0804。它是一个带有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变化。ADC需要一个时钟来运行。转换模数与数字值所需的时间取决于时钟源。外部时钟可以在PIN No.4中提供CLK。合适的RC电路连接在时钟和时钟R引脚之间以使用内部时钟。PIN2是输入引脚 - 高脉冲，转换后将数据从内部寄存器带到输出引脚。PIN3是写入 - 低脉冲的外部时钟。PIN11至18是来自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，两个因素决定了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。下图描述了如何进行模拟到数字的转换。比特率决定了数字化输出的分辨率，你可以在下图中观察到3位ADC用于转换模拟信号。

假设必须通过使用3位ADC从数字转换一伏信号，如下所示。因此，共2 ^ 3 = 8个部门可用于产生1V输出。该结果1/8 = 0.125V称为最小变化或对于0V，001的每个分割为0.125的量化水平，同样高达111，用于1V。如果我们增加比特率，如6,8,12,14,16等。我们将获得更好的信号精度。因此，比特率或量化为来自数字表示的变化而导致的模拟信号值中的最小输出变化。

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。

SNR（信噪比）

信噪比反映了在任何特定样本中无噪声情况下的平均比特数。

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
• Flash 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VREF的设定值，该积分器在其输出端到值VREF生成锯齿波形。当积分器波形开始时，相应计数器开始计数从0到2 ^ n-1，其中n是ADC的比特数。

当输入电压Vin等于波形的电压时，控制电路捕获对应的模拟输入值的数字值的计数器值。该双斜率ADC是相对中等成本和慢速设备。

Flash A / D转换器

该ADC转换器IC也被称为并行ADC，这是其速度的最广泛使用的高效ADC。该闪光模拟到数字转换器电路包括一系列比较器，其中每个比较器都将输入信号与独特的参考电压进行比较。在每个比较器上，当模拟输入电压超过参考电压时，输出将是高状态。该输出进一步提供给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。

在开始时，SAR被重置，并且由于介绍了低转换，SAR的MSB被设置为。然后，该输出给出了产生MSB的模拟等效的D / A转换器，进一步与模拟输入VIN进行比较。如果比较器输出低，则SAR将清除MSB，否则，MSB将设置为下一个位置。此过程继续，直到Q0之后尝试所有位，SAR使并行输出线包含有效数据。

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）是最近的设计。与其他类型的设计相比，这些非常慢，但它们为各种ADC提供了最大分辨率。因此，它们非常兼容基于高保真的音频应用，但是，无论需要高BW（带宽），它们通常都不可用。

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。

• 它用于粗略转换。之后，它会评估对输入信号的改变。
• 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。

模拟到数字转换器示例

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是一款单片CMOS器件，提供高速，高精度，最小的温度依赖性，优异的长期精度和可重复性，消耗最小的功率。这些功能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的销图如下图所示：

特性

ADC0808的主要特点包括:

• 易于所有微处理器的接口
• 无需零或全尺度调整
• 带有地址逻辑的8通道多路复用器
• 0V到5V输入范围，单5V电源
• 输出符合TTL电压等级规格
• 带28针的载体芯片封装

规格

ADC0808的规格包括以下内容。

• 分辨率：8位
• 完全未经调整的误差：±½LSB和±1 LSB
• 单电源:5 VDC
• 低功率:15mw
• 转换时间：100μs

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。

ADC0808 IC需要一个典型的550khz的时钟信号，ADC0808用于将数据转换成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，开始和EOC引脚连接到微控制器。一般来说，我们有8个输入;在这里，我们仅使用4个输入进行操作。

• 使用LM35温度传感器，连接模拟数字转换器IC的前4个输入端，传感器有3个引脚，即VCC, GND，当传感器加热输出电压时，输出引脚。
• 地址行A、B、C与微控制器相连，用于执行命令。在这种情况下，中断跟随低到高的操作。
• 当启动引脚保持高时，无转换开始，但是当开始引脚较低时，转换将在8个时钟周期内开始。
• 在完成转换完成时，EOC引脚将低至指示转换和准备好的数据的结束。
• 输出使能(OE)然后提高。这将启用TRI-STATE输出，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。它适用于0V至5V模拟输入电压。它具有单个模拟输入和8个数字输出。转换时间是判断ADC时的另一个主要因素，在ADC0804中，转换时间根据施加到引脚中的CLK R和CLK的时钟信号而变化，但不能比110μs更快。

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

销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

销3:它是一个输入销;给出低脉冲开始转换

PIN 4：它是一个时钟输入引脚，给出外部时钟

PIN 5：它是一个输出引脚，当转换完成时变低

PIN 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（0V）

销9:它是输入引脚，设置模拟输入的参考电压

PIN 10：地面（0V）

引脚11 -引脚18:它是一个8位数字输出引脚

销19:使用内部时钟源时与引脚时钟一起使用

销20:电源电压;5伏

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
• 易于所有微处理器的接口
• 逻辑输入和输出都符合MOS和TTL电压水平规范
• 工作电压参考2.5V (LM336)
• 芯片上的时钟发生器
• 无需调零
• 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

它是一个带有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变化。ADC需要一个时钟来运行。转换模数与数字值所需的时间取决于时钟源。外部时钟可以给出CLK。PIN2是输入引脚 - 高脉冲，转换后将数据从内部寄存器带到输出引脚。PIN3是写入 - 低脉冲的外部时钟。

应用

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组件使用的项目

• 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

• 直流偏移错误
• 功耗
• 直流增益错误
• 杂散的自由动态范围
• 信噪比
• INL或INSTORAL INLINARITY
• DNL或微分非线性
• THD或总谐波失真

adc或模数转换器的测试主要是出于几个原因进行的。除了这个原因，IEEE仪表与测量协会，波形产生与分析委员会制定了IEEE ADC术语和测试方法标准。有不同的通用测试设置，包括正弦波，任意波形，步进波形和反馈环路。为了确定模拟-数字转换器的稳定性能，采用了基于伺服、基于斜坡、交流直方图技术、三角形直方图技术和物理技术等不同的方法。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。
• ADC用于将模拟语音信号转换为移动电话中的数字，因为手机使用数字语音信号但实际上，语音信号是模拟的形式。因此，ADC用于在向手机的发射机发送信号之前转换信号。
• 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。
• 卡式音乐也可以转换成数字，如cd和拇指驱动器使用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，这是关于模拟变换器概述或ADC转换器及其类型。为了便于理解，本文只讨论少数ADC转换器。我们希望提供的内容能给读者提供更多的信息。关于这个主题的任何进一步的疑问、疑问和技术帮助，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.
• Flash A/D转换器bunniestudios
• 连续近似A / D转换器bob足球体育appelectronics.dit