ADC چیست و چه کاربردی داردـمیکروکنترلر AVR

ADC چیست و چه کاربردی داردـمیکروکنترلر AVR

ADC مخفف عبارت های Analog to Digital Converter می باشد و به معنای مبدل آنالوگ به دیجیتال است. همانطور از نامش پیداست کار این مبدل دریافت سیگنال های آنالوگ و تبدیل آن به سیگنال های دیجتال می باشد. در سیستم های دیجتال به علت وجود صفر و یک میکروکنترلر و پردازنده ها قادر به تجزیه و تحلیل سیگنال تنها به صورت دیجتال را دارند به همین خاطر برای سیگنال های آنالوگ باید آنها را به صورت دیجیتال تبدیل و سپس عمل پردازش روی آن صورت گیرد.

همانطور که در شکل بالا می بینید مبدل ADC سیگنال آنالوگ دریافتی را تبدیل به داده های دیجیتال کرده. در مبدل های ADC ما دو فاکتور مهم داریم که قیمت و کیفیت ADC بر مبنای اونها حساب می شه.

1- سرعت تبدیل

2-دقت نمونه برداری

سرعت تبدیل به معنای گرفتن نمونه های بیشتر در طول زمان می باشد. به عنوان مثال یک مبدل ADC ممکن است بتواند در مدت 1 ثانیه 10 تبدیل را انجام دهد و یک مبدل دیگر بتواند در طول 1 ثانیه 1 میلیون تبدیل را انجام دهد. هر اندازه سرعت تبدیل بیشتر باشد اطلاعات دریافتی از سیگنال نیز بیشتر خواهد بود. همچنین سرعت نمونه برداری بیشتر حافظه بیشتری را برای ذخیره کردن نمونه های دریافتی می طلبد.در نمونه برداری با طول زمان بیشتر قسمت هایی از سیگنال به علت عدم نمونه برداری از بین می رود و هنگام بازسازی دوباره سیگنال دیگر نمی توانیم قسمت از دست رفته را بازسازی کنیم.

دقت نمونه برداری به معنای گرفتن نمونه های کوچکتر از سیگنال ورودی می باشد. هر اندازه دقت مبدل بیشتر باشد می توان نمونه های کوچکتری از سیگنال را گرفت.به عنوان مثال یک مبدل ADC با دقت 8 بیت و ولتاژ رفرنس 5 ولت تنها می تواند فاصله بین ولتاژ ها را با دقت 195 میلی ولت اندازه گیری کند و یک مبدل با دقت 10 بیت می تواند ولتاژ با فاصله حدودا 5 میلی ولت را اندازه گیری کند. واضح است که هر چقدر دقت بیشتر باشد سیگنال های با سطح ولتاژ کوچکتر را می توان اندازه گرفت.در شکل زیر مبدل ADC ما از دقت 10 بیت و ولتاژ رفرنس 5 ولت درست شده است.

6 روش برای تبدیل سیگنال آنالوگ به دیجیتال

1-روش تبدیل ولتاژ به فرکانس

2-روش تبدیل ولتاژ به زمان

3-روش موازی یا همزمان

4-روش تقریب متوالی

5-روش دوشیب

6-روش پله ای

در میکروکنترلر های AVR از روش تقریب متوالی برای تبدیل سیگنال های آنالوگ به دیجیتال استفاده می شود.در شکل زیر بلوک دیاگرام مبدل ADC در میکروکنترلر های AVR نشان داده شده است.

همانطور که در شکل بالا می بینید این مبدل ای یک شمارنده با دقت 10 بیت و یک مقایسه کننده و یک مبدل دیجیتال به آنالوگ تشکیل شده است. نحوه کارکرد مبدل به این صورت می باشد که در VIN ولتاژ روردی که از پایه ها دریافت کرده ایم قرار می گیرد. سپس شمارنده از مقدار صفر شروع به شمارش کرده و بعد از هر شمارش مبدل DAC یک ولتاژ آنالوگ تولید کرده و این ولتاژ به ورودی مقایسه کننده داده می شود. به علت 10 بیتی بوده مبدل DAC و با فرض ولتاژ رفرنس 5 ولت در هر شماره خروجی DAC به اندازه 5 میلی ولت افزایش پیدا می کند. شمارش تا زمانیکه دو ولتاژ در ورودی مقایسه کننده با هم برابر شوند ادامه پیدا می کند. در صورت برابر شدن ولتاژ خروجی مقایسه کننده یک می شود و تایمر متوقف شده و عدد شمارش شده را به برنامه تحویل می دهد. ما از روی این عدد پی به ولتاژ ورودی می بریم.

مدار نمونه بردار و نگه دارنده

در ورودی هر کدام از پایه های ADC میکروکنترلر های AVR یک واحد با نام نگه دارنده و نمونه بردار وجود دارد. این واحد تنها از یک خازن تشکیل شده است. وظیفه این مدار گرفتن لحظه ای نمونه و نگه داری این نمونه تا تبدیل بعدی است. علت استفاده از این واحد به این علت است که تا هنگامی که شمارنده در ADC به شمارش ادامه می دهد نباید ولتاژ روی پایه VIN در مقایسه کننده آنالوگ تغییری داشته باشد.