Vad är analog till digital omvandlare och dess funktion

Prova Vårt Instrument För Att Eliminera Problem





Nästan alla miljömätbara parametrar är i analog form som temperatur, ljud, tryck, ljus etc. Tänk på en temperatur övervakningssystem varvid det inte är möjligt att erhålla, analysera och bearbeta temperaturdata från sensorer med digitala datorer och processorer. Därför behöver detta system en mellananordning för att konvertera analoga temperaturdata till digitala data för att kommunicera med digitala processorer som mikrokontroller och mikroprocessorer. Analog till digital omvandlare (ADC) är en elektronisk integrerad krets som används för att konvertera analoga signaler som spänningar till digital eller binär form bestående av 1s och 0s. De flesta av ADC: erna tar en spänningsingång som 0 till 10V, -5V till + 5V, etc. och producerar på motsvarande sätt digital utgång som någon form av ett binärt tal.

Vad är analog till digital omvandlare?

En omvandlare som används för att ändra den analoga signalen till digital är känd som en analog till digital omvandlare eller ADC-omvandlare. Denna omvandlare är en typ av integrerad krets eller IC som omvandlar signalen direkt från kontinuerlig form till diskret form. Denna omvandlare kan uttryckas i A / D, ADC, A till D. Den inversa funktionen hos DAC är inget annat än ADC. Analog till digital konverteringssymbol visas nedan.




Processen att konvertera en analog signal till digital kan göras på flera sätt. Det finns olika typer av ADC-chips tillgängliga på marknaden från olika tillverkare som ADC08xx-serien. Så, en enkel ADC kan designas med hjälp av diskreta komponenter.

De viktigaste funktionerna i ADC är samplingsfrekvens och bitupplösning.



  • Samplingsfrekvensen för en ADC är ingenting annat än hur snabbt en ADC kan konvertera signalen från analog till digital.
  • Bitupplösning är inget annat än hur mycket noggrannhet en analog till digital omvandlare kan konvertera signalen från analog till digital.
Analog till digital omvandlare

Analog till digital omvandlare

En av de största fördelarna med ADC-omvandlare är den höga datainsamlingshastigheten även vid multiplexade ingångar. Med uppfinningen av en mängd olika ADC integrerade kretsar (IC) blir datainsamling från olika sensorer mer exakt och snabbare. Dynamiska egenskaper hos de högpresterande ADC: erna är förbättrad repeterbarhet för mätning, låg strömförbrukning, exakt genomströmning, hög linjäritet, utmärkt signal / brusförhållande (SNR) och så vidare.

En mängd olika tillämpningar av ADC: erna är mät- och styrsystem, industriella instrument, kommunikationssystem och alla andra sensoriska baserade system. Klassificering av ADC baserat på faktorer som prestanda, bithastigheter, effekt, kostnad etc.


ADC-blockdiagram

Blockdiagrammet för ADC visas nedan som inkluderar sampel, håll, kvantisera och kodare. Processen med ADC kan göras enligt följande.

Först appliceras den analoga signalen på det första blocket, nämligen ett sampel varhelst det kan samplas med en exakt samplingsfrekvens. Amplitudvärdet för provet som ett analogt värde kan bibehållas såväl som hållas inom det andra blocket som Hold. Hållprovet kan kvantiseras till diskret värde genom det tredje blocket som att kvantisera. Slutligen ändrar det sista blocket som kodaren den diskreta amplituden till ett binärt tal.

I ADC kan omvandlingen av signalen från analog till digital förklaras genom ovanstående blockschema.

Prov

I samplingsblocket kan den analoga signalen samplas vid ett exakt tidsintervall. Proverna används i kontinuerlig amplitud och har verkligt värde men de är diskreta med avseende på tid. Vid konvertering av signalen spelar samplingsfrekvensen en viktig roll. Så det kan bibehållas i en exakt takt. Baserat på systemkravet kan samplingshastigheten fastställas.

Håll

I ADC är HOLD det andra blocket och det har ingen funktion eftersom det helt enkelt håller samplingsamplituden tills nästa prov tas. Så hållvärdet ändras inte förrän nästa prov.

Kvantisera

I ADC är detta det tredje blocket som huvudsakligen används för kvantisering. Huvudfunktionen för detta är att omvandla amplituden från kontinuerlig (analog) till diskret. Värdet av kontinuerlig amplitud inom hållblocket rör sig genom kvantiseringsblocket för att bli diskret i amplitud. Nu kommer signalen att vara i digital form eftersom den inkluderar diskret amplitud samt tid.

Kodare

Det sista blocket i ADC är en kodare som omvandlar signalen från digital form till binär. Vi vet att en digital enhet fungerar med binära signaler. Så det är nödvändigt att ändra signalen från digital till binär med hjälp av en kodare. Så detta är hela metoden för att ändra en analog signal till digital med hjälp av en ADC. Tiden det tar för hela konverteringen kan göras inom en mikrosekund.

Analog till digital omvandlingsprocess

Det finns många metoder för att konvertera analoga signaler till digitala signaler. Dessa omvandlare hittar fler applikationer som en mellananordning för att konvertera signalerna från analog till digital form, visa utgång på LCD via en mikrokontroller. Målet med en A / D-omvandlare är att bestämma utsignalordet som motsvarar en analog signal. Nu ska vi se en ADC på 0804. Det är en 8-bitars omvandlare med en 5V strömförsörjning. Det kan bara ta en analog signal som ingång.

Analog till digital omvandlare för signal

Analog till digital omvandlare för signal

Den digitala utgången varierar från 0-255. ADC behöver en klocka för att fungera. Tiden det tar att konvertera det analoga till det digitala värdet beror på klockkällan. En extern klocka kan ges till CLK IN-stift nr 4. En lämplig RC-krets är ansluten mellan klockan IN och klockan R-stift för att använda den interna klockan. Pin2 är ingångsstiftet - Hög till låg puls tar data från det interna registret till utgångarna efter konvertering. Pin3 är en skriv - låg till hög puls ges till den externa klockan. Pin11 till 18 är datapinnar från MSB till LSB.

Analog till digital omvandlare samplar den analoga signalen på varje fallande eller stigande kant på provklockan. I varje cykel får ADC den analoga signalen, mäter den och omvandlar den till ett digitalt värde. ADC omvandlar utdata till en serie digitala värden med ungefärlig signal med fast precision.

I ADC: er bestämmer två faktorer noggrannheten för det digitala värdet som fångar den ursprungliga analoga signalen. Dessa är kvantiseringsnivå eller bithastighet och samplingsfrekvens. Figuren nedan visar hur analog till digital omvandling sker. Bithastighet bestämmer upplösningen för digitaliserad utgång och du kan se i figuren nedan var 3-bitars ADC används för att konvertera den analoga signalen.

Analog till digital omvandlingsprocess

Analog till digital omvandlingsprocess

Antag att en volt-signal måste konverteras från digital med 3-bitars ADC enligt nedan. Därför är totalt 2 ^ 3 = 8 divisioner tillgängliga för att producera 1V-utgång. Detta resulterar 1/8 = 0,125V kallas som minsta förändring eller kvantiseringsnivå representerad för varje division som 000 för 0V, 001 för 0,125, och likaså upp till 111 för 1V. Om vi ​​ökar bithastigheterna som 6, 8, 12, 14, 16 etc. kommer vi att få en bättre precision på signalen. Således ger bithastighet eller kvantisering den minsta utgångsförändringen i det analoga signalvärdet som härrör från en förändring i den digitala representationen.

Antag att om signalen är ungefär 0-5V och vi har använt 8-bitars ADC är den binära utgången på 5V 256. Och för 3V är den 133 som visas nedan.

ADC-formel

Det finns en absolut chans att förvränga insignalen på utgångssidan om den samplas med en annan frekvens än den önskade. Därför är en annan viktig hänsyn till ADC samplingsfrekvensen. Nyquist-satsen säger att den förvärvade signalrekonstruktionen introducerar distorsion såvida den inte samplas med (minst) dubbelt så hög hastighet som signalens största frekvensinnehåll som du kan se i diagrammet. Men denna takt är 5-10 gånger den maximala frekvensen för signalen i praktiken.

Samplingsfrekvens för analog till digital omvandlare

Samplingsfrekvens för analog till digital omvandlare

Faktorer

ADC-prestanda kan utvärderas genom dess prestanda baserat på olika faktorer. Därav förklaras följande två huvudfaktorer nedan.

SNR (Signal-till-brus-förhållande)

SNR återspeglar det genomsnittliga antalet bitar utan brus i något speciellt sampel.

Bandbredd

Bandbredden för en ADC kan bestämmas genom att uppskatta samplingsfrekvensen. Den analoga källan kan samplas per sekund för att producera diskreta värden.

Typer av analoga till digitala omvandlare

ADC finns i olika typer och vissa typer av analoga till digitala omvandlare omfatta:

  • Dual Slope A / D-omvandlare
  • Flash A / D-omvandlare
  • På varandra följande Approximation A / D-omvandlare
  • Halvblixts ADC
  • Sigma-Delta ADC
  • Rörledd ADC

Dual Slope A / D-omvandlare

I denna typ av ADC-omvandlare genereras jämförelsespänning genom att använda en integratorkrets som bildas av ett motstånd, kondensator och operationsförstärkare kombination. Genom det inställda värdet för Vref genererar denna integrator en sågtandvågform vid sin utgång från noll till värdet Vref. När integratorvågformen startas på motsvarande sätt börjar räknaren räkna från 0 till 2 ^ n-1 där n är antalet bitar av ADC.

Dual Slope Analog till Digital Converter

Dual Slope Analog till Digital Converter

När ingångsspänningen Vin är lika med vågformens spänning, fångar styrkretsen räknarvärdet som är det digitala värdet för motsvarande analoga ingångsvärde. Denna ADC med dubbla lutningar är en enhet med relativt låg kostnad och låg hastighet.

Flash A / D-omvandlare

Denna ADC-omvandlare IC kallas också parallell ADC, som är den mest använda effektiva ADC när det gäller hastighet. Denna flash-analog till digitalomvandlare krets består av en serie komparatorer där var och en jämför ingångssignalen med en unik referensspänning. Vid varje komparator kommer utgången att vara ett högt tillstånd när den analoga ingångsspänningen överstiger referensspänningen. Denna produktion ges vidare till prioritetskodare för att generera binär kod baserad på högre orderingångsaktivitet genom att ignorera andra aktiva ingångar. Denna blixttyp är en högkostnads- och höghastighetsenhet.

Flash A / D-omvandlare

Flash A / D-omvandlare

Successiv approximation A / D-omvandlare

SAR ADC är en modern modern ADC IC och mycket snabbare än dubbla lutnings- och flash-ADC: er eftersom den använder en digital logik som konvergerar den analoga ingångsspänningen till det närmaste värdet. Denna krets består av en komparator, utgångsspärrar, successivt approximationsregister (SAR) och D / A-omvandlare.

Successiv approximation A / D-omvandlare

Successiv approximation A / D-omvandlare

I början återställs SAR och när övergången LÅG till HÖG införs, ställs MSB för SAR in. Därefter ges denna utgång till D / A-omvandlaren som producerar en analog ekvivalent av MSB, vidare jämförs den med den analoga ingången Vin. Om komparatorutgången är LÅG raderas MSB av SAR, annars kommer MSB att ställas in till nästa position. Denna process fortsätter tills alla bitar prövas och efter Q0 gör SAR att de parallella utgångslinjerna innehåller giltiga data.

Halvblixts ADC

Dessa typer av analoga till digitala omvandlare fungerar huvudsakligen ungefär deras begränsningsstorlek genom två separata blixtomvandlare, där varje omvandlarupplösning är hälften av bitarna för halvspolningsenheten. Kapaciteten för en enda blixtomvandlare är att den hanterar MSB: erna (de viktigaste bitarna) medan den andra hanterar LSB: n (minst signifikanta bitar).

Sigma-Delta ADC

Sigma Delta ADC (ΣΔ) är ganska ny design. Dessa är extremt långsamma jämfört med andra typer av mönster men de erbjuder maximal upplösning för alla typer av ADC. Således är de extremt kompatibla med high-fidelity-baserade ljudapplikationer, men de kan normalt inte användas varhelst hög BW (bandbredd) krävs.

Rörledd ADC

Rörledda ADC: er är även kända som kvantiserare för underliggande intervall som i koncept är relaterade till successiva approximationer, även om de är mer sofistikerade. Medan successiva approximationer växer genom varje steg genom att gå till nästa MSB, använder denna ADC följande process.

  • Den används för en grov omvandling. Därefter utvärderar den förändringen mot insignalen.
  • Denna omvandlare fungerar som en bättre konvertering genom att möjliggöra en tillfällig konvertering med ett antal bitar.
  • Vanligtvis erbjuder rörledda konstruktioner en mittpunkt bland SAR samt flash-analog till digitala omvandlare genom att balansera storlek, hastighet och hög upplösning.

Exempel på analog till digital omvandlare

Exemplen på analog till digital omvandlare diskuteras nedan.

ADC0808

ADC0808 är en omvandlare som har 8 analoga ingångar och 8 digitala utgångar. ADC0808 låter oss övervaka upp till åtta olika givare med endast ett chip. Detta eliminerar behovet av externa noll- och fullskalajusteringar.

ADC0808 IC

ADC0808 IC

ADC0808 är en monolitisk CMOS-enhet, erbjuder hög hastighet, hög noggrannhet, minimalt temperaturberoende, utmärkt långvarig noggrannhet och repeterbarhet och förbrukar minimal effekt. Dessa funktioner gör denna enhet idealisk för applikationer från process- och maskinstyrning till konsument- och fordonsapplikationer. Stiftdiagrammet för ADC0808 visas i figuren nedan:

Funktioner

De viktigaste funktionerna i ADC0808 inkluderar följande.

  • Enkelt gränssnitt för alla mikroprocessorer
  • Ingen noll- eller fullskaljustering krävs
  • 8-kanals multiplexer med adresslogik
  • 0V till 5V ingångsområde med en 5V strömförsörjning
  • Utgångarna uppfyller specifikationerna för TTL-spänningsnivå
  • Bärarkretspaket med 28-stift

Specifikationer

Specifikationerna för ADC0808 inkluderar följande.

  • Upplösning: 8 bitar
  • Totalt ojusterat fel: ± ½ LSB och ± 1 LSB
  • Singelförsörjning: 5 VDC
  • Låg effekt: 15 mW
  • Omvandlingstid: 100 μs

Generellt kan ADC0808-ingången som ska bytas över till digital form väljas med användning av tre adressrader A, B, C som är stiften 23, 24 och 25. Stegstorleken väljs beroende på det inställda referensvärdet. Stegstorlek är förändringen i den analoga ingången för att orsaka en enhetsförändring i utgången från ADC. ADC0808 behöver en extern klocka för att fungera, till skillnad från ADC0804 som har en intern klocka.

Den kontinuerliga 8-bitars digitala utgången motsvarar det momentana värdet på den analoga ingången. Den mest extrema nivån på ingångsspänningen måste sänkas proportionellt till + 5V.

ADC 0808 IC kräver en klocksignal på typiskt 550 kHz, ADC0808 används för att konvertera data till digital form som krävs för mikrokontrollern.

Tillämpning av ADC0808

ADC0808 har många applikationer här, vi har gett en del ansökningar om ADC:

Från nedanstående krets är klockan, start- och EOC-stiften anslutna till en mikrokontroller. Generellt har vi 8 ingångar här, vi använder bara 4 ingångar för operationen.

ADC0808 Krets

ADC0808 Krets

  • LM35-temperatursensorn använder som är ansluten till de första 4 ingångarna på den analoga till digitala omvandlaren IC. Sensorn har 3 stift, dvs. VCC, GND och utgångsstift när sensorn värmer upp spänningen vid utgången ökar.
  • Adresslinjerna A, B, C är anslutna till mikrokontrollern för kommandona. I detta följer avbrottet den låga till höga driften.
  • När startstiftet hålls högt börjar ingen konvertering, men när startstiftet är lågt börjar konverteringen inom åtta klockperioder.
  • Vid den tidpunkt då konverteringen är slutförd går EOC-stiftet lågt för att indikera avslutningen av konverteringen och data redo att plockas upp.
  • Output möjliggör (OE) höjs sedan högt. Detta möjliggör TRI-STATE-utgångar, så att data kan läsas.

ADC0804

Vi vet redan att analog-till-digital-omvandlare (ADC) är de mest använda enheterna för informationssäkerhet för att översätta de analoga signalerna till digitala nummer så att mikrokontrollern lätt kan läsa dem. Det finns många ADC-omvandlare som ADC0801, ADC0802, ADC0803, ADC0804 och ADC080. I den här artikeln ska vi diskutera ADC0804-omvandlaren.

ADC0804

ADC0804

ADC0804 är en mycket vanlig 8-bitars analog till digital omvandlare. Den fungerar med 0V till 5V analog ingångsspänning. Den har en enkel analog ingång och 8-digitala utgångar. Omvandlingstid är en annan viktig faktor för att bedöma en ADC, i ADC0804 varierar omvandlingstiden beroende på klocksignalerna som appliceras på CLK R- och CLK IN-stift, men den kan inte vara snabbare än 110 μs.

Stiftbeskrivning av ADC804

Stift 1 : Det är en chip select pin och aktiverar ADC, aktivt lågt

Stift 2: Det är en ingångsstift hög till låg puls som tar data från interna register till utgångarna efter konvertering

Stift 3: Det är en ingångsstift som ger låg till hög puls för att starta omvandlingen

Stift 4: Det är en klockingång för att ge den externa klockan

Stift 5: Det är en utgångsstift, går låg när konverteringen är klar

Stift 6: Analog icke-inverterande ingång

Stift 7: Analog inverterande ingång, den är normalt jordad

Stift 8: Jord (0V)

Stift 9: Det är en ingångsstift, ställer in referensspänningen för analog ingång

Stift 10: Jord (0V)

Stift 11 - Stift 18: Det är en 8-bitars digital utgångsstift

Stift 19: Används med Clock IN-stift när intern klockkälla används

Stift 20: Matningsspänning 5V

Funktioner i ADC0804

De viktigaste funktionerna i ADC0804 inkluderar följande.

  • 0V till 5V analog ingångsspänningsområde med enkel 5V matning
  • Kompatibel med mikrokontroller är åtkomsttiden 135 ns
  • Enkelt gränssnitt för alla mikroprocessorer
  • Logiska in- och utgångar uppfyller både MOS- och TTL-spänningsnivåspecifikationer
  • Fungerar med 2,5V (LM336) spänningsreferens
  • Klockgenerator på chip
  • Ingen nolljustering krävs
  • 0,3 [Prime] 20-stifts DIP-paket med standardbredd
  • Fungerar förhållande metriskt eller med 5 VDC, 2,5 VDC eller analog spänningsjusterad spänningsreferens
  • Differentiella analoga spänningsingångar

Det är en 8-bitars omvandlare med en 5V strömförsörjning. Det kan bara ta en analog signal som ingång. Den digitala utgången varierar från 0-255. ADC behöver en klocka för att fungera. Tiden det tar att konvertera det analoga till det digitala värdet beror på klockkällan. En extern klocka kan ges till CLK IN. Pin2 är ingångsstiftet - Hög till låg puls tar data från det interna registret till utgångarna efter konvertering. Pin3 är en skriv - låg till hög puls ges till den externa klockan.

Ansökan

Från den enkla kretsen är stift 1 i ADC anslutet till GND där stift 4 är anslutet till GND genom en kondensatorstift 2, 3 och 5 i ADC är anslutna till 13, 14 och 15 stift på mikrokontrollern. Stift 8 och 10 är kortslutna och anslutna till GND, 19 stift av ADC är till fjärde stift genom motstånd 10k. Stift 11 till 18 på ADC är anslutna till 1 till 8 stift på mikrokontrollern som tillhör port 1.

ADC0804 Krets

ADC0804 Krets

När den logiska höga tillämpas på CS och RD, har ingången klockats genom 8-bitars skiftregistret och slutför den specifika absorptionsfrekvensen (SAR) -sökningen, vid nästa klockpuls överförs det digitala ordet till tri-state-utgången. Utgången från avbrottet inverteras för att ge en INTR-utgång som är hög under omvandlingen och låg när omvandlingen är klar. När en låg är vid både CS och RD appliceras en utgång till DB0 till DB7-utgångarna och avbrottet återställs. När antingen CS- eller RD-ingångarna återgår till högt tillstånd är DB0 till DB7-utgångarna inaktiverade (återgår till högimpedansläget). Således, beroende på logiken, matas spänningen från 0 till 5V som transformeras till ett digitalt värde med 8-bitars upplösning, som matas som en ingång till mikroprocessorporten 1.

ADC0804 Komponent Begagnade projekt
ADC0808 Komponent Begagnade projekt

ADC-testning

Testningen av analog till digital omvandlare behöver främst en analog ingångskälla samt hårdvara för att sända styrsignalerna samt för att fånga digitala data o / s. Vissa typer av ADC: er behöver en exakt referenssignalkälla. ADC kan testas med hjälp av följande nyckelparametrar

  • DC-offset-fel
  • Effektförlust
  • DC-förstärkningsfel
  • Spurious Free Dynamic Range
  • SNR (Signal / Noise Ratio)
  • INL eller integrerad icke-linjäritet
  • DNL eller Differentiell icke-linjäritet
  • THD eller total harmonisk distorsion

Testningen av ADC eller Analog-till-digital-omvandlare görs huvudsakligen av flera skäl. Bortsett från anledningen, samhället för IEEE Instrumentation & Measuring, utvecklades kommittén för vågformgenerering och analys IEEE-standarden för ADC för terminologi samt testmetoder. Det finns olika allmänna testuppsättningar som inkluderar Sine Wave, Arbitrary Waveform, Step Waveform & Feedback Loop. För att bestämma analoga till digitala omvandlares stabila prestanda används olika metoder som servobaserad, rampbaserad, ac histogramteknik, triangelhistogramteknik och fysisk teknik. Den enda tekniken som används för dynamisk testning är sinusvågstestet.

Tillämpningar av analog till digital omvandlare

Tillämpningarna från ADC inkluderar följande.

  • För närvarande ökar användningen av digitala enheter. Dessa enheter fungerar baserat på den digitala signalen. En analog till digital omvandlare spelar en nyckelroll i sådana typer av enheter för att konvertera signalen från analog till digital. Tillämpningarna av analoga till digitala omvandlare är obegränsade vilket diskuteras nedan.
  • AC (luftkonditionering) inkluderar temperatursensorer för att hålla temperaturen i rummet. Så denna temperaturomvandling kan göras från analog till digital med hjälp av ADC.
  • Den används också i ett digitalt oscilloskop för att konvertera signalen från analog till digital för visning.
  • ADC används för att konvertera den analoga röstsignalen till digital i mobiltelefoner eftersom mobiltelefoner använder digitala röstsignaler men faktiskt är röstsignalen i form av analog. Så ADC används för att konvertera signalen innan signalen skickas mot sändaren på mobiltelefonen.
  • ADC används i medicintekniska produkter som MRT och röntgen för att konvertera bilderna från analoga till digitala innan de ändras.
  • Kameran i mobilen används främst för att ta bilder såväl som videor. Dessa lagras i den digitala enheten, så de konverteras till digital form med ADC.
  • Kassettmusiken kan också ändras till en digital som CDS & thumb drives använder ADC.
  • För närvarande används ADC i varje enhet eftersom nästan alla enheter som finns på marknaden finns i digital version. Så dessa enheter använder ADC.

Således handlar det om en översikt över analog till digital omvandlare eller ADC-omvandlare och dess typer. För enklare förståelse diskuteras endast några ADC-omvandlare i den här artikeln. Vi hoppas att detta möblerade innehåll är mer informativt för läsarna. Eventuella ytterligare frågor, tvivel och teknisk hjälp om detta ämne kan du kommentera nedan.

Fotokrediter: