很多学习单片机的小伙伴都会听到过A/D，知道是将模拟量转换为数字量，但是大家有深入了解过A/D和它的工作原理吗？今天我就在这里带领大家来了解一下A/D转换器。
A/D转换器，也称“ADC”（Analog-to Digital Convert），是将模拟量转换为数字量的器件。这个模拟量可以是电压、电流等电信号，也可以是压力、温度、湿度、位移、声音等非电信号。但在A/D转换前，必须通过各种传感器把各种物理量转换成电压信号。
那么，A/D是如何进行工作的呢？为了方便大家的理解，这里我们从数字到模拟的方向去解释。
首先，大家要知道的是，在数字系统中是以二进制逻辑代数为数学基础的，使用二进制数字信号，一个n位二进制数，那么它就有N=2n个离散值。由于数字量是离散的，一般用一个称为量子Q的基本单位来度量，定义量子Q等于满量程模拟量的1/2n。
图 1
举个例子，一个3位A/D转换器，那么它的输出就是一个3位二进制数，有8个离散值，分别是000;001;010;011;100;101;110;111。假设它的输入模拟电压满量程是10V，那么Q=10/8=1.25V，这8个离散值分别对应的标准模拟电压为：
图 2
有小伙伴会问，为什么111对应的不是10V呢？别着急，我们继续往下深入。我们先把上面的表格里的数据画在坐标中：
图 3
图中那条直线是我们所希望的输入输出的特性曲线，而阶梯状的曲线是模拟量的量化过程的输出关系，每个台阶的宽度称为量化带，理想情况下，量化带就等于一个量子Q。我们在图中可以看出，当输入模拟量的幅度在Q到2Q之间时，输出都是Q，而我们希望输出是那条直线，直线与实际输出的差值就是A/D转换器的量化误差，这也就是为什么最后的标准模拟电压是8.75V而不是10V。我们把量化误差用图像的形式表现出来，就像下图一样
图 4
在图里看出来，量化误差的绝对值小于一个量子Q。通常，我们把实际输出特性去向左移Q/2，如下图所示：
图 5
相应的量化误差就会降为-Q/2<>
图 6
到这里，我相信大家也都能表达出n位A/D转换器的理想传输函数
图 7
式中，n是A/D转换器的位数，Vm是输入模拟电压的满量程，Bn是数字量，Vn是2n个标准模拟电压，Vi是输入的模拟电压。通过两个式子就可以画出A/D转换器的理想传输特性曲线。
图 8
从图中可以看出来，每个台阶的中心点都在我们想要的直线上，如果说，n趋于无穷大，那么这个台阶就会越来越密，最后和直线重合。也就是说，当n越大，A/D转换器的理想传输特性曲线越趋于这条直线。除此之外，根据量子的计算公式当n越大时，Q越小，量化误差也就越小。
由此可以看出，在其他因素相同，不考虑价格的情况下，A/D转换器位数是越多越好。当然，我们选用A/D转换器是不能只看位数的，一个A/D转换器的质量水平与它的分辨率、转换时间和精度这几项技术指标有关。其中，转换时间与分辨率有关，一般来说，分辨率越高，转换时间越长，这是由A/D转换器的电路结构所决定的。关于技术指标，我们以后再和大家详细说明。如果有技术上的错误，欢迎大家指正，谢谢！
该篇文章由内容创作成员@Vertigo6 提供，看完记得关注我们哦！！！
联系客服
