- Аналогни свет са дигиталном електроником
- Шта је АДЦ и како се користи?
- Резолуција (битови) и канали у АДЦ
- Референтни напон за АДЦ
- Пример
- Врсте АДЦ-а и рад
- Нека често постављана питања о АДЦ-у
Аналогни свет са дигиталном електроником
Пре неколико година целокупни електронски уређаји које данас користимо попут телефона, рачунара, телевизора итд. Били су аналогне природе. Затим су фиксни телефони полако замењени модерним мобилним телефонима, ЦРТ телевизори и монитори замењени су ЛЕД дисплејима, рачунари са вакуумским цевима су постали моћнији са микропроцесорима и микроконтролерима у њима и тако даље.
У данашње дигитално доба сви смо окружени напредним дигиталним електронским уређајима, ово би нас могло преварити кад помислимо да је све око нас дигиталне природе, што није тачно. Свет је увек био аналогне природе, на пример, све оно што ми људи осећамо и доживљавамо попут брзине, температуре, брзине ваздуха, сунчеве светлости, звука итд. Је аналогне природе. Али наши електронски уређаји који раде на микроконтролерима и микропроцесорима не могу директно да читају / тумаче ове аналогне вредности, јер раде само на 0 и 1. Дакле, потребно нам је нешто што ће све ове аналогне вредности претворити у 0 и 1, тако да их наши микроконтролери и микропроцесори могу разумети. То се нешто назива Аналогно-дигитални претварачи или АДЦ укратко. У овом чланку ћемо научитисве о АДЦ-у и како их користити.
Шта је АДЦ и како се користи?
Као што је раније речено, АДЦ је кратица за аналогну у дигиталну конверзију и користи се за претварање аналогних вредности из стварног света у дигиталне вредности као што су 1 и 0. Па које су то аналогне вредности? То су они које видимо у свакодневном животу попут температуре, брзине, осветљености итд. Али сачекајте !! Може ли АДЦ претворити температуру и брзину директно у дигиталне вредности попут 0 и 1?
Не пркосно не. АДЦ може претворити само аналогне вредности напона у дигиталне вредности. Дакле, који параметар желимо да меримо, прво га треба претворити у напон, ово претварање се може извршити уз помоћ сензора. На пример, за претварање вредности температуре у напон можемо користити термистор на сличан начин за претварање осветљености у напон можемо користити ЛДР. Једном када се претвори у напон, можемо га очитати уз помоћ АДЦ-а.
Да бисмо знали како да користимо АДЦ, прво бисмо се требали упознати са неким основним терминима попут резолуције канала, домета, референтног напона итд.
Резолуција (битови) и канали у АДЦ
Када прочитате спецификацију било ког микроконтролера или АДЦ ИЦ-а, детаљи АДЦ-а биће дати користећи изразе канали и резолуција (битови). На пример , Ардуино УНО-ов АТмега328 има 8-канални 10-битни АДЦ. Не може сваки пин на микроконтролеру читати аналогни напон, термин 8-канални значи да на овом АТмега328 микроконтролеру постоји 8 пинова који могу читати аналогни напон и сваки пин може очитати напон у резолуцији од 10 бита. Ово ће се разликовати за различите типове микроконтролера.
Претпоставимо да је наш опсег АДЦ од 0В до 5В и да имамо 10-битни АДЦ, то значи да ће се наш улазни напон 0-5 В поделити на 1024 нивоа дискретних аналогних вредности (2 10 = 1024). Значење 1024 је резолуција за 10-битни АДЦ, слично за 8-битну АДЦ резолуцију ће бити 512 (2 8), а за 16-битну АДЦ резолуцију 65,536 (2 16).
Ако је ово стварни улазни напон 0В, МЦУ ће га очитати као 0, а ако је 5В, МЦУ ће очитати 1024, а ако је негде између 2.5В, онда ће МЦУ очитати 512. Можемо користити доње формуле за израчунавање дигиталне вредности коју ће МЦУ очитати на основу резолуције АДЦ и радног напона.
(АДЦ резолуција / радни напон) = (АДЦ дигитална вредност / стварна вредност напона)
Референтни напон за АДЦ
Још један важан појам са којим бисте требали бити упознати је референтни напон. Током АДЦ конверзије вредност непознатог напона се проналази упоређивањем са познатим напоном, тај познати напон назива се референтни напон. Обично сви МЦУ имају могућност подешавања интерног референтног напона, што значи да овај напон можете интерно подесити на неку доступну вредност помоћу софтвера (програма). На Ардуино УНО плочи референтни напон је подразумевано интерно постављен на 5В, ако је потребно, корисник може тај референтни напон екстерно подесити кроз вреф пин такође након што изврши потребне промене у софтверу.
Увек имајте на уму да измерена вредност аналогног напона увек треба да буде мања од референтне вредности напона, а референтна вредност напона увек мања од вредности радног напона микроконтролера.
Пример
Овде узимамо пример АДЦ-а који има 3-битну резолуцију и 2В референтни напон. Тако може мапирати аналогни напон 0-2в са 8 (2 3) различитих нивоа, као што је приказано на доњој слици:
Дакле, ако је аналогни напон 0,25, тада ће дигитална вредност бити 1 у децималном и 001 у бинарном. Исто тако ако је аналогни напон 0,5 тада ће дигитална вредност бити 2 у децималном и 010 у бинарном.
Неки микроконтролери имају уграђени АДЦ као што су Ардуино, МСП430, ПИЦ16Ф877А, али неки микроконтролери га немају као 8051, Распберри Пи итд., А ми морамо да користимо неке спољне аналогне ИЦ-ове за дигитални претварач попут АДЦ0804, АДЦ0808.
Испод можете пронаћи разне примере АДЦ-а са различитим микроконтролерима:
- Како се користи АДЦ у Ардуино Уно?
- Водич за АДЦ за Распберри Пи
- Повезивање АДЦ0808 са 8051 микроконтролером
- Дигитални волтметар 0-25В помоћу АВР микроконтролера
- Како се користи АДЦ у СТМ32Ф103Ц8
- Како се користи АДЦ у МСП430Г2
Врсте АДЦ-а и рад
Постоји много врста АДЦ-а, најчешће коришћени су Фласх АДЦ, Дуал Слопе АДЦ, Сукцесивна апроксимација и Дуал Слопе АДЦ. Да би се објаснило како би сваки од ових АДЦ-ових дела и разлика између њих били изван домета овог чланка, јер су прилично сложени. Али да дам грубу идеју, АДЦ има интерни кондензатор који ће се напунити аналогним напоном који се мери. Затим меримо вредност напона пражњењем кондензатора током одређеног временског периода.
Нека често постављана питања о АДЦ-у
Како измерити више од 5В помоћу мог АДЦ-а?
Као што је раније речено, АДЦ модул не може мерити вредност напона више од радног напона микроконтролера. То је 5В микроконтролер својим АДЦ пином може измерити само највише 5В. Ако желите да измерите ишта више од тога, рецимо, желите да измерите 0-12В, онда 0-12В можете мапирати у 0-5В помоћу потенциометрског кола или кола за поделу напона. Овај круг ће користити пар отпорника за мапирање вредности МЦУ-а. Можете сазнати више о кругу делитеља напона помоћу везе. За наш горњи пример требало би да користимо 1К отпорник и отпор од 720 охма у серији на извор напона и измеримо напон између отпорника као што је објашњено у горњој вези.
Како претворити дигиталне вредности из АДЦ у стварне вредности напона?
Када се користи АДЦ претварач за мерење аналогног напона, резултат добијен од МЦУ биће дигитални. На пример, у 10-битном 5В микроконтролеру када је стварни напон који треба измерити 4В, МЦУ ће га очитати као 820, можемо поново користити горе разматране формуле за претварање 820 у 4В тако да га можемо користити у нашем прорачуни. Проверимо исто.
(АДЦ резолуција / радни напон) = (АДЦ дигитална вредност / стварна вредност напона) Стварна вредност напона = АДЦ дигитална вредност * (радни напон / АДЦ резолуција) = 820 * (5/1023) = 4.007 = ~ 4В
Надам се да сте стекли добру представу о АДЦ-у и како их користити за своје апликације. Ако сте имали било каквих проблема у разумевању концепата, слободно објавите своје коментаре испод или их напишите на нашим форумима.