مبدل آنالوگ به دیجیتال

در استفاده از A2D دو نکته مهم است. 1_ دقت  2_ سرعت

دقت : وقتی شما می خواهید، یک سیگنال آنالوگ را به دیجیتال تبدیل کنید، باید ابتدا دقت مورد نظر خود را مشخص نمایید. برای مثال اگر می خواهید دمای یک مخزن را که بین 20- تا 350 درجه است، را با دقت  0.5 درجه اندازه گیری کنید، لازم است که این بازه را به  740 قسمت کوانتیزه کنید، پس به یک A2D  حداقل 10 بیتی نیاز دارید.  

 

یا اگر بخواهید یک سیگنال که تغییرات آن بین 0 تا 220 ولت است را با دقت 2/. اندازه گیری کنید، پس باید این بازه را به (220-0)/0.2=1100 قسمت تقسیم کنید، پس  یک A2D  حداقل 11 بیتی لازم است. برای انتخاب تعداد بیت A2D لازم است حداکثر تغییرات سیگنال را بر دقت مطلوب خود تقسیم کنید، تا تعداد پله ها را بدست آورید و با توجه به آن تعداد بیت A2D مشخص می شود. (Full Scale/Resolution=Steps)

سرعت : در انتخاب سرعت، شما باید سرعت نمونه برداری از سیگنال آنالوگ را بدانید. برای انتخاب سرعت نمونه برداری باید با مفاهیم درس سیگنال و سیستم بخش Sampling آشنا باشید. در اینجا اشاره ای کوتاه به آن می کنم. یک راه انتخاب فرکانس نمونه برداری، دانستن پهنای باند سیگنال است، فرکانس نمونه برداری حداقل دو برابر بالاترین فرکانس موجود در سیگنال باشد ( قانون نایکوئیست ). برای مثال پهنای باند سیگنال صدا 4 کیلوهرتز است، پس برای اینکه اطلاعات صدا را از دست ندهیم، باید با فرکانس حداقل 8 کیلوهرتز از سیگنال نمونه برداری کنیم. یا اگر بخواهیم یک سیگنال تصویر را که پهنای باند آن 6 مگاهرتز است پردازش کنیم، باید فرکانس نمونه برداری حداقل 12 مگاهرتز باشد، تا اطلاعات تصویر را از دست ندهیم. اگر بخواهیم سیگنال مغز را که پهنای باند آن 90 هرتز است پردازش کنیم، باید از آن حداقل 180 نمونه در ثانیه بگیریم.
اما گاهی از اوقات پهنای باند یک سیستم را ممکن است، نداشته باشیم. برای مثال شما در مسابقات روباتیک یک موتور DC را میخواهید کنترل کنید، برای کنترل سیستم، باید از خروجی در ثانیه چند نمونه بردارید. یک راه سرانگشتی استفاده از پاسخ پله سیستم است. به سیستم یک پله اعمال کرده و خروجی را ثبت و یا با اسیلوسکوپ مشاهده کنید. حال  زمان نمونه برداری را یک دهم زمان بالا آمدن (Rise Time) سیستم بگیرید.  من از این روش بارها استفاده کرده ام.

• در A2D ولتاژ مرجع مهم است. در صورتیکه نمی توانید ولتاژ مرجع با ثبات و دقیق خارجی ایجاد کنید، از ولتاژ مرجع داخلی استفاده کنید.
• به امپدانس ورودی A2D توجه داشته باشید. امپدانس خروجی سیگنال شما باید بسیار کمتر از امپدانس ورودی A2D باشد، وگرنه سیگنال توسط A2D بار می شود. ( درس مدارهای الکترونیک )
• در حالت Free Running اولین تبدیل باید توسط شما و به کمک بیت ADSC انجام شود و تبدیل های بعدی بطور خودکار، پس از پایان تبدیل قبلی شروع می شود.
• در صورتیکه از ولتاژ مرجع داخلی یا AVCC به عنوان ولتاژ مرجع استفاده می کنید، هرگز پایه AREF به ولتاژ وصل نکنید و فقط یک خازن 0.1uf کافیست.
• از انتخاب حالت دیفرانسیلی با دو ورودی یکسان مانند MUX4..0=01000 تعجب زیادی نکنید. در این حالت هر دو ورودی OPAmp به ADC0 وصل می شود. این حالت برای بدست آوردن ولتاژ آفست ورودی و حذف آن به روش دیجیتال به کار می رود. ( از درس مدارهای الکترونیک می دانید که   در OPAmp ها، علیرغم اینکه هر دو ورودی به صفر وصل شود، خروجی صفر نیست و ولتاژ ناچیزی دارد که به آن Offset Voltage می گویند. در آنجا با پتانسیومتر ولتاژ آفست را حذف می کردیم.)