我们生活在一个被数字设备包围的模拟世界中。我们所看到、感觉到或测量的一切本质上都是模拟的，比如光、温度、速度、压力等。但我们周围的大多数电子设备，从简单的数字手表到超级计算机，都是数字设备。所以，很明显，我们需要一些东西，可以将这些模拟参数转换成数字值，以便微控制器或微处理器理解它。这个东西叫做模数转换器或模数转换器R，在这里ADC的文章我们将进一步了解他们。

什么是模数转换器?

模拟数字转换器是一种电路，它将连续的电压值(模拟值)转换为可以被数字设备理解的二进制值(数字值)，然后用于数字计算。这些ADC电路可以单独找到ADC芯片由他们自己或嵌入到一个微控制器. 它们简称为ADC。

为什么使用模数转换器？

现代电子产品是纯数字的——过去模拟计算机的好日子已经一去不复返了。不幸的是，对于数字系统来说，我们生活的世界仍然是模拟的，充满了色彩，而不仅仅是黑白。

比如温度传感器LM35输出一个取决于温度的电压，对于特定设备，温度每升高10毫伏。如果我们直接将其连接到数字输入，它将根据输入阈值注册为高或低，这是完全无用的。

相反，我们使用ADC将模拟电压输入转换为一系列可以直接连接到微处理器的数据总线并用于计算的位。

ADC是如何工作的?

观察ADC工作的一个好方法是把它想象成一个数学标量器。缩放基本上是将值从一个量程映射到另一个量程，因此ADC将电压值映射到二进制数。

我们需要的是能够将电压转换为一系列逻辑电平的东西，例如在寄存器中。当然，寄存器只能接受逻辑电平本身作为输入，所以如果您将信号直接连接到逻辑输入，结果不会很好。在逻辑和模拟输入电压之间的某个东西需要充当一个接口。

以下是一些重要的adc的特点，我们将了解它们是如何工作的。

1.参考电压

当然，没有ADC是绝对的，所以映射到最大二进制值的电压称为参考电压。例如，在以5V为参考电压的10位转换器中，1111111111(所有位为1，可能的10位二进制数的最高位)对应于5V, 0000000000(最低位对应于0V)。所以每上升一个二进制数代表大约4.9mV，因为10位中有1024个可能的数字。这种“每位伏特”的度量称为ADC的分辨率。

如果电压变化低于每步4.9毫伏怎么办？这将ADC置于死区，因此转换结果总是有一个小误差。这可以通过使用更高分辨率的ADC来防止。ADC最多可提供24位，但转换频率较低，约为几赫兹。

2.样品的速度

转换器每秒可以进行的模数转换次数称为采样速度。例如，一个非常好的ADC可以有300Ms/s的采样率。这将被解读为每秒百万个样本，意味着每秒一百万个样本。请注意，SI前缀适用于此处。

采样速度完全取决于转换器的类型和所需的精度。如果需要非常精确的读数，ADC通常会花更多的时间查看输入信号(通常是采样保持型或积分型输入)，如果不考虑精度，它们可以快速和肮脏的读数。

一般的经验法则是，速度和精度或多或少成反比，根据应用选择ADC很重要。

类型的adc

1.Flash ADC

这是最简单的类型的ADC顾名思义，这是最快的。它由一系列比较器组成，非反相输入连接到信号输入，反相引脚连接到分压器阶梯。

但是，如果电压高于梯形图的某个电平，则该电平以下的所有输出位都设置为1，因为电压高于底部比较器的阈值。为了避免这个问题，输出通过一个将输出转换为二进制的优先级编码器提供。

速度只受比较器和优先编码器的传播延迟的限制。然而，准确性是适中的。

2.计数/坡集成adc

这里，在转换时启动斜坡生成电路，同时启动二进制计数器。比较器检测斜坡何时高于输入电压并停止二进制计数器。获得的二进制计数与输入电压电平成正比。

这个转换器的绝对精度是有问题的，但它提供了良好的分辨率，甚至二进制步骤之间的间距，同时很容易实现。如果没有可用的芯片，这个电路甚至可以单独制作。

3.逐次逼近adc

这些adc可能是最精确的。它们包括一个比较器，一个简单的flash DAC和一个内存寄存器。设备最初假定寄存器中除了最高有效位(即1)以外的所有位都为零。然后寄存器将其发送给DAC, DAC将其转换为模拟电压，通过比较器将其与输入进行比较。如果输入电压高于DAC电压，则MSB保持1。这个过程重复进行，直到所有的位都被设置为0或1，换句话说，直到寄存器值正好等于输入电压。

这种ADC是最常用的一种，需要精度和速度不是太多的限制，例如在微控制器。188金宝搏官方网站SA型adc可以轻松实现几微秒的转换时间。

应用程序

1.数字示波器和万用表

模拟示波器最大的优点是，在输入连接器和屏幕之间几乎没有“电路”，换句话说，你可以实时准确地看到电路中发生了什么。但是，它们不能存储波形供以后使用，也不能执行车载测量。

数字示波器克服了所有这些问题，其核心是一个非常强大和快速的ADC，分辨率为12位或以上。ADC将波形转换为二进制值，可以存储在内存中，操作并显示在屏幕上。

2.188金宝搏官方网站微控制器

几乎所有的现代微控制器都有内置的AD188金宝搏官方网站C，最常见的是基于ATMega328PSTM32的分辨率为12位。

Arduino IDE提供了一个有用的“analogRead（）”函数，该函数读取一个模拟引脚上的模拟电压，并返回一个10位整数值，即0到1023的范围。

3.数字电源

目前，大多数电源是由计算机控制的，为了使计算机测量电压输出，需要一个ADC。

如何使用ADC IC?

市场上有许多ADC集成电路可以用来测量模拟电压。的ADC0804,ADC0808,MCP3008etc是少数最常用的ADC模块。它们通常与Raspberry pi和其他内置ADC不可用的处理器或数字电路一起使用。例如，让我们考虑来自德克萨斯仪器的ADS1115 ADC IC，它具有高分辨率和现代结构。

它采用QFN或VSSOP封装，允许非常小的外形尺寸–它几乎不占用PCB上的空间。这个小芯片可以完成所有功能–我们将在下面介绍它的一些功能。

1.I2C兼容性

任何使用过微控制器的人都知道SPI和I2C总线在与外设188金宝搏官方网站通信方面是多么有用。由于为该设备编写了大量的库，因此这个特性使得使用Arduino板非常容易。

2.电力消耗

使用任何现代IC的优点是，它们消耗非常低的电流，工作在广泛的电压范围内，在本例中为2.0V到5.5V。注意150uA电流下的小字，这是用于连续转换模式。

3.可编程的比较器

ADS带有一个比较器，其参考可以通过I2C总线编程。当然，对于快速应用来说，没有什么能比得上离散比较器集成电路。

4.可配置输入

四个输入可以是两个差分对(只考虑那些引脚的电压差)或四个单端输入。

这个IC的另一个优点是它在爱好者中非常流行，这使得文档和示例代码很容易找到。

adc的缺点

1.ADC的速度很慢，通常为几微秒或纳秒。

2.缺少连续的电压值。

3.电路复杂性增加