电子常识
1、什么是AD转换
A是模拟信号的意思,D是数字信号的意思,AD转换就是模数转换,顾名思义,就是把模拟信号转换成数字信号,例如把电压值转化为数字信号。
2、为什么要AD转换
单片机(以及其他处理器)只能处理数字信号,当单片机想要获取电路上某一点的电压值时,就得用到AD转换了,如果你直接把单片机的引脚接到电路这个点上,单片机只知道这个点的电压是低电平还是高电平,又怎么能得到他的电压值呢?例如数字式的万用表,它测量电压时,先有一个AD转换电路,把电压值转换成一个数值,然后把这个值送个单片机(当然万用表里的用的处理芯片不是单片机),单片机经过计算处理后,再把这电压值显示到显示到屏幕上。不过现在有一些比较强的单片机,其内部已经集成了AD转换器,不需要你再外接AD转换芯片。
3、8位16位的ad转换芯片是什么意思
8位,16位就代表了AD转换芯片的转换分辨率,数字越大,分辨率越高,同时也反映了它的精度,数字越大,精度相对也越高。8位算是最低了,有些单片机里集成的AD转换器一般是10位的。12位和16位的芯片价格就比较贵了。
4、分辨率
举个简单的例子,8位芯片只能转换最小到0.01V的电压,而12位的芯片却能转换最小到0.001V的电压,如果一个电压为3.359V,8位芯片转出来后的数值是3.35V,12位芯片转换出来后是3.359V,精度比8位就高一个档次了。(注:这里数值不是正确的数值,举例用,切勿实际使用)
5、采样
采样是AD转换的速度性能指标,通俗的说就是每秒里能采样多少次,采样次数越高芯片性能越好。如果对采样不理解,也可以用另一种方式理解,就是一个AD转换芯把电压值转换成数字值这个过程所需要的时间,时间越短越好。
6、精度
精度是AD芯片的一个重要参数,表示采集到的数据和真实值之间的相差的程度。例如单片机转换出来的结果是0.3V,而实际可能是0.31V,这样就相差了0.01V。这种误差是不可避免无法消除的。这和在第3点中提到的位数有关,位数越高,这样的误差越小。
单片机内集成的A/D转换,一般都有相应的特殊功能寄存器来设置A/D的使能标志,参考电压,转换频率,通道选择,A/D输入口的属性(模拟量输入还是普通的I/O口),启动,停止控制等。有了这些寄存器,使得我们控制单片机的模拟量采集变得非常方便。
A/D转换的基本原理是:将参考电平按最大的转换值量化,再利用输入模拟电平与参考电平的比例来求得输入电平的测量值(V测=V参*(AD量化值/AD转换的最大值))。有些MCU A/D转换的参考电平可以选择由一个外部引脚输入,这样使得用户可以对A/D转换进行更好的控制。值得注意的一点就是A/D转换的输入电平必须比参考电平低或相等,不然测试的结果就会有很大的偏差。
下面以参考电平为5V,转换的精度为8位为例来说明如何取得实际的测量值是多少。如果AD量化值为128,则V测= 5*128/256=2.5V。因为V测=V参*(AD量化值/AD转换的最大值)=AD量化值*(V参/AD转换的最大值),而针对具体的硬件电路,“V参/AD转化的最大值”是一个固定的系数。而这个系数,就相当于测试的精度了。对于10位的A/D,5V的参考电压的测试精度约5毫伏,而用2.048伏的参考电压,精度就可以达到2毫伏。当然测试的电压范围相应的也减小了。我曾经就用这种减小测量范围来提高精度,使用PIC16F76做A/D测量,使得正负误差不超过5毫伏的高精度测试电源。当误差超过5毫伏时,电路发出报警声,提示操作员,重新调解电压到规定范围内。
然而,即使使用同样一款MCU,不同的软硬件设计者,使得A/D转换的效果相差也甚远。主要是很多新手在处理上有些不当,不是直接把一次转换后的结果拿来处理并做相应的显示,就是对参考电平不做处理。所以使得显示效果老是变化不定,给人一种不稳定的感觉。
针对参考电平设在单片机内部的MCU,主要是要对A/D的量化值做数字滤波处理,比如多次间隔采样,再求平均等。而针对参考电压可以从外部输入脚引入的,最好单独设置一组高稳定度的参考电压,如TL431等。这样,即使MCU的主电源有些波动也不会导致A/D转换值的漂移。其实在没有高精度参考电压的情况下,或者A/D量化值很不稳定的情况下,
我们依然可以通过软件的方法将与A/D转换有关的显示或其他的驱动做得非常稳定。这就要看程序员的设计经验了。
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