Nesten alle miljømålbare parametere er i analog form som temperatur, lyd, trykk, lys osv. Tenk på en temperatur overvåkningsstystem der det ikke er mulig å skaffe, analysere og behandle temperaturdata fra sensorer med digitale datamaskiner og prosessorer. Derfor trenger dette systemet en mellominnretning for å konvertere de analoge temperaturdataene til digitale data for å kommunisere med digitale prosessorer som mikrokontrollere og mikroprosessorer. Analog til digital omformer (ADC) er en elektronisk integrert krets som brukes til å konvertere analoge signaler som spenninger til digital eller binær form bestående av 1s og 0s. De fleste ADC-ene tar en spenningsinngang som 0 til 10V, -5V til + 5V, etc., og produserer tilsvarende digital utgang som et slags binært tall.

Hva er Analog til Digital Converter?

En omformer som brukes til å endre det analoge signalet til digitalt er kjent som en analog til digital omformer eller ADC-omformer. Denne omformeren er en type integrert krets eller IC som konverterer signalet direkte fra kontinuerlig form til diskret form. Denne omformeren kan uttrykkes i A / D, ADC, A til D. Den omvendte funksjonen til DAC er ikke annet enn ADC. Analog til digital omformersymbol er vist nedenfor.

Prosessen med å konvertere et analogt signal til digitalt kan gjøres på flere måter. Det finnes forskjellige typer ADC-chips tilgjengelig i markedet fra forskjellige produsenter som ADC08xx-serien. Så, en enkel ADC kan utformes ved hjelp av diskrete komponenter.

De viktigste funksjonene i ADC er samplingsfrekvens og bitoppløsning.

Samplingsfrekvensen til en ADC er ingenting annet enn hvor raskt en ADC kan konvertere signalet fra analog til digital.
Bitoppløsning er ikke annet enn hvor mye nøyaktighet en analog til digital omformer kan konvertere signalet fra analog til digital.

Analog til digital omformer

En av de største fordelene med ADC-omformer er den høye datainnsamlingshastigheten selv ved multipleksede innganger. Med oppfinnelsen av et bredt utvalg av ADC integrerte kretser (IC’s), blir datainnsamling fra forskjellige sensorer mer nøyaktig og raskere. De dynamiske egenskapene til ADC-ene med høy ytelse er forbedret repeterbarhet for måling, lavt strømforbruk, presis gjennomstrømning, høy linearitet, utmerket signal-til-støy-forhold (SNR) og så videre.

En rekke bruksområder for ADC er måle- og kontrollsystemer, industriell instrumentering, kommunikasjonssystemer og alle andre sensoriske baserte systemer. Klassifisering av ADCer basert på faktorer som ytelse, bithastigheter, effekt, pris osv.

ADC-blokkskjema

Blokkdiagrammet til ADC er vist nedenfor som inkluderer eksempel, hold, kvantiser og koderen. Prosessen med ADC kan gjøres som følger.

Først blir det analoge signalet påført den første blokken, nemlig en prøve hvor det kan samples med en nøyaktig samplingsfrekvens. Amplitudeverdien til prøven, som en analog verdi, kan opprettholdes og holdes i den andre blokken som Hold. Holdeprøven kan kvantiseres til diskret verdi gjennom den tredje blokken som kvantisere. Til slutt endrer den siste blokken som koderen den diskrete amplituden til et binært tall.

I ADC kan konverteringen av signalet fra analog til digital forklares gjennom blokkdiagrammet ovenfor.

Prøve

I prøveblokken kan det analoge signalet samples med et nøyaktig tidsintervall. Prøvene brukes i kontinuerlig amplitude og har reell verdi, men de er diskrete med hensyn til tid. Under konvertering av signalet spiller samplingsfrekvensen en viktig rolle. Så det kan opprettholdes i en presis hastighet. Basert på systemkravet, kan samplingsfrekvensen være fast.

Holde

I ADC er HOLD den andre blokken, og den har ingen funksjon fordi den ganske enkelt holder prøveamplituden til neste prøve er tatt. Så holdverdien endres ikke til neste prøve.

Kvantiser

I ADC er dette den tredje blokken som hovedsakelig brukes til kvantisering. Hovedfunksjonen til dette er å konvertere amplituden fra kontinuerlig (analog) til diskret. Verdien av kontinuerlig amplitude i holdblokken beveger seg gjennom kvantiseringsblokken for å bli diskret i amplitude. Nå vil signalet være i digital form fordi det inkluderer diskret amplitude så vel som tid.

Koder

Den siste blokken i ADC er en koder som konverterer signalet fra digital form til binær. Vi vet at en digital enhet fungerer ved å bruke binære signaler. Så det er nødvendig å endre signalet fra digitalt til binært ved hjelp av en koder. Så dette er hele metoden for å endre et analogt signal til digitalt ved hjelp av en ADC. Tiden det tar for hele konverteringen kan gjøres i løpet av et mikrosekund.

Analog til digital konverteringsprosess

Det er mange metoder for å konvertere analoge signaler til digitale signaler. Disse omformerne finner flere applikasjoner som en mellomenhet for å konvertere signalene fra analog til digital form, vise utgang på LCD gjennom en mikrokontroller. Målet med en A / D-omformer er å bestemme utgangssignalordet som tilsvarer et analogt signal. Nå skal vi se en ADC på 0804. Det er en 8-bits omformer med en 5V strømforsyning. Det kan bare ta ett analogt signal som inngang.

Analog til digital omformer for signal

Den digitale utgangen varierer fra 0-255. ADC trenger en klokke for å fungere. Tiden det tar å konvertere den analoge til den digitale verdien, avhenger av klokkilden. En ekstern klokke kan gis til CLK IN-pin nr. 4. En passende RC-krets er koblet mellom klokken IN og klokken R-pinner for å bruke den interne klokken. Pin2 er inngangspinnen - Høy til lav puls bringer dataene fra det interne registeret til utgangspinnene etter konvertering. Pin3 er en skriv - Lav til høy puls blir gitt til den eksterne klokken. Pin11 til 18 er datapinner fra MSB til LSB.

Analog til digital omformer prøver det analoge signalet på hver fallende eller stigende kant av prøveklokken. I hver syklus får ADC det analoge signalet, måler det og konverterer det til en digital verdi. ADC konverterer utdataene til en serie digitale verdier ved tilnærmet signalet med fast presisjon.

I ADC-er bestemmer to faktorer nøyaktigheten til den digitale verdien som fanger det originale analoge signalet. Dette er kvantiseringsnivå eller bithastighet og samplingsfrekvens. Figuren nedenfor viser hvordan analog til digital konvertering foregår. Bithastighet bestemmer oppløsningen til digitalisert utgang, og du kan se i figuren nedenfor hvor 3-bits ADC brukes til å konvertere det analoge signalet.

Analog til digital konverteringsprosess

Anta at ett volt signal må konverteres fra digitalt ved hjelp av 3-bit ADC som vist nedenfor. Derfor er totalt 2 ^ 3 = 8 divisjoner tilgjengelig for å produsere 1V utgang. Dette resulterer 1/8 = 0,125V kalles som minimum endrings- eller kvantiseringsnivå representert for hver divisjon som 000 for 0V, 001 for 0,125, og på samme måte opptil 111 for 1V. Hvis vi øker bithastighetene som 6, 8, 12, 14, 16 osv., Får vi bedre presisjon på signalet. Dermed gir bithastighet eller kvantisering den minste utgangsendringen i den analoge signalverdien som skyldes en endring i den digitale representasjonen.

Anta at hvis signalet er omtrent 0-5V og vi har brukt 8-bits ADC, er den binære utgangen på 5V 256. Og for 3V er den 133 som vist nedenfor.

ADC-formel

Det er en absolutt sjanse for å fremstille inngangssignalet på utgangssiden feil hvis det samples med en annen frekvens enn ønsket. Derfor er en annen viktig vurdering av ADC samplingsfrekvensen. Nyquist-teoremet sier at den ervervede signalrekonstruksjonen introduserer forvrengning med mindre den samples med (minimum) dobbelt så stor hastighet som signalets største frekvensinnhold som du kan observere i diagrammet. Men denne hastigheten er 5-10 ganger den maksimale frekvensen til signalet i praksis.

Samplingsfrekvens for analog til digital omformer

Faktorer

ADC-ytelsen kan evalueres gjennom ytelsen basert på forskjellige faktorer. Fra det blir følgende to hovedfaktorer forklart nedenfor.

SNR (Signal-til-støy-forhold)

SNR gjenspeiler det gjennomsnittlige antall bits uten støy i et bestemt utvalg.

Båndbredde

Båndbredden til en ADC kan bestemmes ved å estimere samplingsfrekvensen. Den analoge kilden kan samples per sekund for å produsere diskrete verdier.

Typer analoge til digitale omformere

ADC er tilgjengelig i forskjellige typer og noen av typene analog til digital omformere inkludere:

Dual Slope A / D-omformer
Flash A / D-omformer
Suksessiv Tilnærming A / D-omformer
Semi-flash ADC
Sigma-Delta ADC
ADC med rørledning

Dual Slope A / D-omformer

I denne typen ADC-omformer genereres sammenligningsspenning ved hjelp av en integratorkrets som er dannet av en motstand, kondensator og operasjonsforsterker kombinasjon. Ved den innstilte verdien til Vref, genererer denne integratoren en sagtannbølgeform på utgangen fra null til verdien Vref. Når integratorbølgeformen startes, begynner telleren å telle fra 0 til 2 ^ n-1 hvor n er antall bit av ADC.

Dual Slope Analog til Digital Converter

Når inngangsspenningen Vin er lik spenningen til bølgeformen, fanger styrekretsen motverdien som er den digitale verdien til den tilsvarende analoge inngangsverdien. Denne ADC med to skråninger er en enhet med relativt lav pris og lav hastighet.

Flash A / D-omformer

Denne ADC-omformeren IC kalles også parallell ADC, som er den mest brukte effektive ADC når det gjelder hastighet. Denne flash-analoge til digitale omformerkretsen består av en serie komparatorer der hver sammenligner inngangssignalet med en unik referansespenning. Ved hver komparator vil utgangen være i høy tilstand når den analoge inngangsspenningen overstiger referansespenningen. Denne produksjonen er videre gitt til prioritetskoder for å generere binær kode basert på høyere ordens inngangsaktivitet ved å ignorere andre aktive innganger. Denne blitstypen er en høyhastighets enhet med høy hastighet.

Flash A / D-omformer

Suksessiv tilnærming A / D-omformer

SAR ADC er en mest moderne ADC IC og mye raskere enn dual hellings- og flash-ADC, siden den bruker en digital logikk som konvergerer den analoge inngangsspenningen til nærmeste verdi. Denne kretsen består av en komparator, utgangssperrer, suksessivt tilnærmelsesregister (SAR) og D / A-omformer.

Suksessiv tilnærming A / D-omformer

Ved starten nullstilles SAR, og når overgangen LAV til HØY innføres, blir MSB for SAR satt. Deretter blir denne utgangen gitt til D / A-omformeren som produserer en analog ekvivalent av MSB, videre sammenlignes den med den analoge inngangen Vin. Hvis komparatorutgangen er LAV, vil MSB bli ryddet av SAR, ellers vil MSB bli satt til neste posisjon. Denne prosessen fortsetter til alle bitene er prøvd, og etter Q0 får SAR de parallelle utgangslinjene til å inneholde gyldige data.

Semi-flash ADC

Disse typer analoge til digitale konvertere fungerer hovedsakelig omtrent med sin begrensningsstørrelse gjennom to separate flash-omformere, der hver omformeroppløsning er halvparten av bitene for semi-spyleenheten. Kapasiteten til en enkelt flash-omformer er, den håndterer MSB-ene (de viktigste bitene), mens den andre håndterer LSB-en (de minst betydningsfulle bitene).

Sigma-Delta ADC

Sigma Delta ADC (ΣΔ) er ganske nylig designet. Disse er ekstremt sakte sammenlignet med andre typer design, men de tilbyr maksimal oppløsning for alle typer ADC. Dermed er de ekstremt kompatible med high-fidelity-baserte lydapplikasjoner, men de kan normalt ikke brukes når det kreves høy BW (båndbredde).

ADC med rørledning

Rørledede ADC er også kjent som underliggende kvantiserere som i konseptet er relatert til påfølgende tilnærminger, selv om de er mer sofistikerte. Mens påfølgende tilnærminger vokser gjennom hvert trinn ved å gå til neste MSB, bruker denne ADC følgende prosess.

Den brukes til en grov konvertering. Etter det evaluerer den endringen mot inngangssignalet.
Denne omformeren fungerer som en bedre konvertering ved å tillate en midlertidig konvertering med en rekke bits.
Vanligvis tilbyr rørledningsdesign et midtpunkt blant SAR-er, samt flash-analoge til digitale omformere ved å balansere størrelse, hastighet og høy oppløsning.

Eksempler på analog til digital omformer

Eksemplene på analog til digital omformer er diskutert nedenfor.

ADC0808

ADC0808 er en omformer som har 8 analoge innganger og 8 digitale utganger. ADC0808 lar oss overvåke opptil 8 forskjellige svingere med bare en enkelt brikke. Dette eliminerer behovet for eksterne null- og fullskalajusteringer.

ADC0808 IC

ADC0808 er en monolitisk CMOS-enhet, tilbyr høy hastighet, høy nøyaktighet, minimal temperaturavhengighet, utmerket langtidsnøyaktighet og repeterbarhet og bruker minimalt med strøm. Disse funksjonene gjør denne enheten ideell for applikasjoner fra prosess- og maskinstyring til forbruker- og bilapplikasjoner. Pin-diagrammet til ADC0808 er vist i figuren nedenfor:

Egenskaper

Hovedfunksjonene i ADC0808 inkluderer følgende.

Enkelt grensesnitt til alle mikroprosessorer
Ingen null- eller fullskalajustering kreves
8-kanals multiplexer med adresselogikk
0V til 5V inngangsområde med enkelt 5V strømforsyning
Utgangene oppfyller spesifikasjonene for TTL-spenningsnivå
Bærebrikkepakke med 28-pinners

Spesifikasjoner

Spesifikasjonene til ADC0808 inkluderer følgende.

Oppløsning: 8 bit
Total ujustert feil: ± ½ LSB og ± 1 LSB
Enkelt forsyning: 5 VDC
Lav effekt: 15 mW
Konverteringstid: 100 μs

Generelt kan ADC0808-inngangen som skal skiftes over til digital form velges ved å bruke tre adresselinjer A, B, C som er pinnene 23, 24 og 25. Trinnstørrelsen velges avhengig av den innstilte referanseverdien. Trinnstørrelse er endringen i analog inngang for å forårsake en enhetsendring i utgangen til ADC. ADC0808 trenger en ekstern klokke for å fungere, i motsetning til ADC0804 som har en intern klokke.

Den kontinuerlige 8-bits digitale utgangen tilsvarer den øyeblikkelige verdien av analog inngang. Det mest ekstreme nivået på inngangsspenningen må reduseres proporsjonalt til + 5V.

ADC 0808 IC krever et klokkesignal på typisk 550 kHz, ADC0808 brukes til å konvertere dataene til digital form som kreves for mikrokontrolleren.

Påføring av ADC0808

ADC0808 har mange applikasjoner her, vi har gitt noen applikasjoner på ADC:

Fra kretsen nedenfor er klokke, start og EOC-pinner koblet til en mikrokontroller. Generelt har vi 8 innganger her, og vi bruker bare 4 innganger for operasjonen.

ADC0808 Krets

LM35-temperatursensoren bruker som er koblet til de første 4 inngangene til den analoge til digitale omformeren IC. Sensoren har 3 pinner, dvs. VCC, GND og utgangspinner når sensoren varmer opp spenningen ved utgangen øker.
Adresselinjene A, B, C er koblet til mikrokontrolleren for kommandoene. I dette følger avbruddet lav til høy drift.
Når startpinnen holdes høyt, begynner ingen konvertering, men når startpinnen er lav, starter konverteringen innen åtte klokkeperioder.
På det tidspunktet når konverteringen er fullført, går EOC-pinnen lavt for å indikere konverteringens slutt og data som er klare til å bli plukket opp.
Output enable (OE) blir deretter hevet høyt. Dette gjør det mulig for TRI-STATE-utgangene, slik at dataene kan leses.

ADC0804

Vi vet allerede at analog-til-digital-omformere er de mest brukte enhetene for informasjonssikring for å oversette de analoge signalene til digitale tall, slik at mikrokontrolleren enkelt kan lese dem. Det er mange ADC-omformere som ADC0801, ADC0802, ADC0803, ADC0804 og ADC080. I denne artikkelen skal vi diskutere ADC0804-omformeren.

ADC0804

ADC0804 er en svært vanlig 8-bit analog til digital omformer. Den fungerer med 0V til 5V analog inngangsspenning. Den har enkel analog inngang og 8-digitale utganger. Konverteringstid er en annen viktig faktor for å bedømme en ADC, i ADC0804 varierer konverteringstiden avhengig av klokkesignalene som brukes på CLK R- og CLK IN-pinnene, men den kan ikke være raskere enn 110 μs.

Pin Beskrivelse av ADC804

Pin 1 : Det er en chip select pin og aktiverer ADC, aktiv lav

Pin 2: Det er en inngangspinne med høy til lav puls som bringer data fra interne registre til utgangspinnene etter konvertering

Pin 3: Det er en inngangspinne som gir lav til høy puls for å starte konverteringen

Pin 4: Det er en klokkeinngangsstift, for å gi den eksterne klokken

Pin 5: Det er en utgangsnål, går lavt når konverteringen er fullført

Pin 6: Analog ikke-inverterende inngang

Pin 7: Analog inverterende inngang, den er normalt bakken

Pin 8: Jord (0V)

Pin 9: Det er en inngangspinne, angir referansespenningen for analog inngang

Pin 10: Jord (0V)

Pin 11 - Pin 18: Det er en 8-bits digital utgangsstift

Pin 19: Brukes med Clock IN pin når den interne klokkilden brukes

Pin 20: Forsyningsspenning 5V

Funksjoner av ADC0804

Hovedtrekkene i ADC0804 inkluderer følgende.

0V til 5V analog inngangsspenningsområde med enkelt 5V forsyning
Kompatibel med mikrokontrollere, er tilgangstiden 135 ns
Enkelt grensesnitt til alle mikroprosessorer
Logiske innganger og utganger oppfyller både MOS og TTL spenningsnivå spesifikasjoner
Fungerer med 2,5V (LM336) spenningsreferanse
Klokkegenerator på brikken
Ingen nulljustering kreves
0,3 [Prime] standardbredde 20-pin DIP-pakke
Betjener forholdet metrisk eller med 5 VDC, 2,5 VDC eller analog spanjustert spenningsreferanse
Differensielle analoge spenningsinnganger

Det er en 8-biters omformer med en 5V strømforsyning. Det kan bare ta ett analogt signal som inngang. Den digitale utgangen varierer fra 0-255. ADC trenger en klokke for å fungere. Tiden det tar å konvertere den analoge til den digitale verdien, avhenger av klokkilden. En ekstern klokke kan gis til CLK IN. Pin2 er inngangspinnen - Høy til lav puls bringer dataene fra det interne registeret til utgangspinnene etter konvertering. Pin3 er en skriv - Lav til høy puls blir gitt til den eksterne klokken.

applikasjon

Fra den enkle kretsen er pin 1 i ADC koblet til GND der pin4 er koblet til GND gjennom en kondensator pin 2, 3 og 5 i ADC er koblet til 13, 14 og 15 pins på mikrokontrolleren. Pin 8 og 10 er kortsluttet og koblet til GND, 19 pins av ADC er til 4. pin gjennom motstanden 10k. Pin 11 til 18 på ADC er koblet til 1 til 8 pinner på mikrokontrolleren som tilhører port 1.

ADC0804 Krets

Når den logiske høyen blir brukt på CS og RD, har inngang blitt klokket gjennom 8-bits skiftregisteret, og fullført det spesifikke absorpsjonsfrekvenssøket (SAR), ved neste klokkepuls overføres det digitale ordet til trestatusutgangen. Utgangen fra avbruddet er invertert for å gi en INTR-utgang som er høy under konvertering og lav når konverteringen er fullført. Når en lav er på både CS og RD, blir en utgang påført DB0 gjennom DB7-utganger, og avbruddet tilbakestilles. Når enten CS- eller RD-inngangene går tilbake til høy tilstand, deaktiveres DB0 til DB7-utgangene (returneres til høyimpedansetilstanden). Avhengig av logikken, blir altså spenningen forskjellig fra 0 til 5V transformert til en digital verdi med 8-biters oppløsning, som blir matet som en inngang til mikrocontrollerporten 1.

“krusningsspenning halvbølge -likeretter ”

ADC0804 Komponentbrukte prosjekter

Underjordisk kabelfeilavstandssøker

ADC0808 Komponentbrukte prosjekter

Scada (tilsynskontroll og datainnsamling) for eksternt industrianlegg

ADC-testing

Testingen av analog til digital omformer trenger hovedsakelig en analog inngangskilde samt maskinvare for å overføre styresignalene samt for å fange opp digitale data o / s. Noen typer ADC trenger en presis referansesignalkilde. ADC kan testes ved hjelp av følgende nøkkelparametere

DC-forskyvningsfeil
Kraftspredning
DC-gevinstfeil
Spurious Free Dynamic Range
SNR (Signal / Noise Ratio)
INL eller integrert ikke-linearitet
DNL eller Differensiell ikke-linearitet
THD eller total harmonisk forvrengning

Testingen av ADC eller Analog-til-digital-omformere gjøres hovedsakelig av flere grunner. Bortsett fra grunnen, samfunnet til IEEE Instrumentation & Measurement, ble bølgeformgenererings- og analysekomiteen utviklet IEEE-standarden for ADC for terminologi samt testmetoder. Det er forskjellige generelle testoppsett som inkluderer Sine Wave, Arbitrary Waveform, Step Waveform & Feedback Loop. For å bestemme analoge til digitale omformeres stabile ytelse, brukes forskjellige metoder som servobasert, rampebasert, ac histogram teknikk, trekant histogram teknikk og fysisk teknikk. Den ene teknikken som brukes til dynamisk testing er sinusbølgetesten.

Anvendelser av analog til digital omformer

Søknadene til ADC inkluderer følgende.

For tiden øker bruken av digitale enheter. Disse enhetene fungerer basert på det digitale signalet. En analog til digital omformer spiller en nøkkelrolle i slike typer enheter for å konvertere signalet fra analog til digital. Anvendelsene av analoge til digitale omformere er ubegrensede, som diskuteres nedenfor.
AC (klimaanlegg) inkluderer temperatursensorer for å opprettholde temperaturen i rommet. Så denne konverteringen av temperatur kan gjøres fra analog til digital ved hjelp av ADC.
Det brukes også i et digitalt oscilloskop for å konvertere signalet fra analogt til digitalt for visning.
ADC brukes til å konvertere det analoge talesignalet til digitalt i mobiltelefoner fordi mobiltelefoner bruker digitale talesignaler, men faktisk er talesignalet i form av analog. Så ADC brukes til å konvertere signalet før signalet sendes mot senderen på mobiltelefonen.
ADC brukes i medisinsk utstyr som MR og røntgen for å konvertere bildene fra analoge til digitale før endring.
Kameraet i mobilen brukes hovedsakelig til å ta bilder så vel som videoer. Disse lagres på den digitale enheten, så disse konverteres til digital form ved hjelp av ADC.
Kassettmusikken kan også endres til en digital som CDS og tommelstasjoner bruker ADC.
For tiden brukes ADC i alle enheter fordi nesten alle enheter som er tilgjengelige i markedet, er i digital versjon. Så disse enhetene bruker ADC.

Dermed handler dette om en oversikt over analog til digital omformer eller ADC-omformer og dens typer. For lettere forståelse er bare noen få ADC-omformere diskutert i denne artikkelen. Vi håper dette innredede innholdet er mer informativt for leserne. Eventuelle ytterligere spørsmål, tvil og teknisk hjelp om dette emnet kan du kommentere nedenfor.

Fotokreditter: