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發(fā)布時(shí)間:2021-10-21 06:39  






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a/d 轉(zhuǎn)換器即模數(shù)轉(zhuǎn)換器,或簡(jiǎn)稱 adc,通常是指一個(gè)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)的電子元件。 通常的模數(shù)轉(zhuǎn)換器是將一個(gè)輸入電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為一個(gè)輸出的數(shù)字信號(hào)。由于數(shù)字信號(hào)本身不具有實(shí)際意義,僅僅表示一個(gè)相對(duì)大小。故任何一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器都需要一個(gè)參考模擬量作為轉(zhuǎn)換的標(biāo)準(zhǔn),比較常見的參考標(biāo)準(zhǔn)為可轉(zhuǎn)換信號(hào)大小。而輸出的數(shù)字量則表示輸入信號(hào)相對(duì)于參考信號(hào)的大小。所以量化的階梯數(shù)也必須適當(dāng),可以根據(jù)所需的信噪比(S/N)確定。 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參數(shù)是轉(zhuǎn)換的精度,通常用輸出的數(shù)字信號(hào)的位數(shù)的多少表示。轉(zhuǎn)換器能夠準(zhǔn)確輸出的數(shù)字信號(hào)的位數(shù)越多,表示轉(zhuǎn)換器能夠分辨輸入信號(hào)的能力越強(qiáng),轉(zhuǎn)換器的性能也就越好。



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量化與編碼

數(shù)字信號(hào)不僅在時(shí)間上是離散的,而且在幅值上也是不連續(xù)的。任何一個(gè)數(shù)字量的大小只能是某個(gè)規(guī)定的小數(shù)量單位的整數(shù)倍。為將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量,在A/D轉(zhuǎn)換過程中,還必須將取樣-保持電路的輸出電壓,按某種近似方式歸化到相應(yīng)的離散電平上,這一轉(zhuǎn)化過程稱為數(shù)值量化,簡(jiǎn)稱量化。該顯示界面包含了時(shí)域信息(其示出了集中于轉(zhuǎn)換器工作范圍內(nèi)的偏置正弦波)、一個(gè)富里葉變換(指示了頻譜誤差分量)和詳細(xì)的表列讀數(shù)。量化后的數(shù)值后還需通過編碼過程用一個(gè)代碼表示出來。經(jīng)編碼后得到的代碼就是A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字量。

量化過程中所取小數(shù)量單位稱為量化單位,用△表示。它是數(shù)字信號(hào)低位為1時(shí)所對(duì)應(yīng)的模擬量,即1LSB。

在量化過程中,由于取樣電壓不一定能被△整除,所以量化前后不可避免地存在誤差,此誤差稱之為量化誤差,用ε表示。量化誤差屬原理誤差,它是無法消除的。A/D 轉(zhuǎn)換器的位數(shù)越多,各離散電平之間的差值越小,量化誤差越小。



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現(xiàn)在很多MCU 都內(nèi)置A/D,即可以使用電源電壓作為其基準(zhǔn)電壓,也可以使用外部基準(zhǔn)電壓。如果將電源電壓作為基準(zhǔn)電壓使用的話,假設(shè)該電壓為5V,則對(duì)3V 輸入電壓的測(cè)量結(jié)果為:(輸入電壓/基準(zhǔn)電壓)×255=(3/5)×255=99H。顯然,如果電源電壓升高1%,則輸出值為(3/5.05)×255=97H。模擬信號(hào)由傳感器轉(zhuǎn)換為電信號(hào),經(jīng)放大送入AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量,由數(shù)字電路進(jìn)行處理,再由DA轉(zhuǎn)換器還原為模擬量,去驅(qū)動(dòng)執(zhí)行部件。實(shí)際上典型電源電壓的誤差一般在2~3%,其變化對(duì)A/D 的輸出影響是很大的。



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