Quase todos os parâmetros mensuráveis do ambiente estão na forma analógica, como temperatura, som, pressão, luz, etc. Considere uma temperatura sistema de monitoramento em que adquirir, analisar e processar dados de temperatura de sensores não é possível com computadores e processadores digitais. Portanto, este sistema precisa de um dispositivo intermediário para converter os dados analógicos de temperatura em dados digitais, a fim de se comunicar com processadores digitais como microcontroladores e microprocessadores. Conversor analógico para digital (ADC) é um circuito integrado eletrônico usado para converter os sinais analógicos, como tensões, para a forma digital ou binária, consistindo em 1s e 0s. A maioria dos ADCs recebe uma entrada de tensão de 0 a 10 V, -5 V a + 5 V, etc. e, de forma correspondente, produz uma saída digital como uma espécie de número binário.

O que é conversor analógico para digital?

Um conversor usado para alterar o sinal analógico para digital é conhecido como conversor analógico para digital ou conversor ADC. Este conversor é um tipo de circuito integrado ou IC que converte o sinal diretamente da forma contínua para a forma discreta. Este conversor pode ser expresso em A / D, ADC, A a D. A função inversa do DAC nada mais é do que ADC. O símbolo do conversor analógico para digital é mostrado abaixo.

O processo de conversão de um sinal analógico em digital pode ser feito de várias maneiras. Existem diferentes tipos de chips ADC disponíveis no mercado de diferentes fabricantes, como a série ADC08xx. Portanto, um ADC simples pode ser projetado com a ajuda de componentes discretos.

Os principais recursos do ADC são a taxa de amostragem e a resolução de bits.

A taxa de amostragem de um ADC nada mais é do que a velocidade com que um ADC pode converter o sinal analógico em digital.
A resolução de bits nada mais é do que quanta precisão um conversor analógico para digital pode converter o sinal de analógico para digital.

Conversor analógico para digital

Um dos principais benefícios do conversor ADC é a alta taxa de aquisição de dados, mesmo em entradas multiplexadas. Com a invenção de uma ampla variedade de ADC circuitos integrados (ICs), a aquisição de dados de vários sensores torna-se mais precisa e rápida. As características dinâmicas dos ADCs de alto desempenho são repetibilidade de medição aprimorada, baixo consumo de energia, rendimento preciso, alta linearidade, excelente relação sinal-ruído (SNR) e assim por diante.

Uma variedade de aplicações dos ADCs são sistemas de medição e controle, instrumentação industrial, sistemas de comunicação e todos os outros sistemas baseados em sensores. Classificação de ADCs com base em fatores como desempenho, taxas de bits, potência, custo, etc.

Diagrama de Bloco ADC

O diagrama de blocos do ADC é mostrado abaixo, que inclui amostra, retenção, quantização e codificador. O processo de ADC pode ser feito da seguinte forma.

Primeiro, o sinal analógico é aplicado ao primeiro bloco, ou seja, uma amostra onde quer que possa ser amostrada em uma frequência de amostragem exata. O valor de amplitude da amostra como um valor analógico pode ser mantido, bem como mantido dentro do segundo bloco como Hold. A amostra de retenção pode ser quantizada em valor discreto por meio do terceiro bloco como quantizar. Finalmente, o último bloco como o codificador muda a amplitude discreta para um número binário.

No ADC, a conversão do sinal de analógico para digital pode ser explicada através do diagrama de blocos acima.

Amostra

No bloco de amostra, o sinal analógico pode ser amostrado em um intervalo de tempo exato. As amostras são usadas em amplitude contínua e mantêm o valor real, embora sejam discretas em relação ao tempo. Ao converter o sinal, a frequência de amostragem desempenha um papel essencial. Portanto, ele pode ser mantido em uma taxa precisa. Com base nos requisitos do sistema, a taxa de amostragem pode ser fixada.

Segurar

No ADC, HOLD é o segundo bloco e não tem nenhuma função porque ele simplesmente mantém a amplitude da amostra até que a próxima amostra seja coletada. Portanto, o valor de espera não muda até a próxima amostra.

Quantize

No ADC, este é o terceiro bloco que é usado principalmente para quantização. A principal função disso é converter a amplitude de contínua (analógica) em discreta. O valor da amplitude contínua dentro do bloco de espera se move ao longo do bloco de quantização para se tornar discreto em amplitude. Agora, o sinal estará na forma digital porque inclui amplitude discreta, bem como tempo.

Codificador

O bloco final no ADC é um codificador que converte o sinal da forma digital em binário. Sabemos que um dispositivo digital funciona usando sinais binários. Portanto, é necessário alterar o sinal digital para binário com a ajuda de um codificador. Portanto, este é todo o método para alterar um sinal analógico para digital usando um ADC. O tempo gasto para toda a conversão pode ser feito em um microssegundo.

Processo de conversão analógico para digital

Existem muitos métodos para converter sinais analógicos em sinais digitais. Esses conversores encontram mais aplicações como um dispositivo intermediário para converter os sinais da forma analógica para a digital, exibir a saída no LCD por meio de um microcontrolador. O objetivo de um conversor A / D é determinar a palavra do sinal de saída correspondente a um sinal analógico. Agora veremos um ADC de 0804. É um conversor de 8 bits com fonte de alimentação de 5V. Pode receber apenas um sinal analógico como entrada.

Conversor Analógico para Digital para Sinal

A saída digital varia de 0-255. ADC precisa de um relógio para operar. O tempo necessário para converter o valor analógico em digital depende da fonte do relógio. Um relógio externo pode ser fornecido ao pino CLK IN no.4. Um circuito RC adequado é conectado entre os pinos IN e R do relógio para usar o relógio interno. Pin2 é o pino de entrada - o pulso de alto para baixo traz os dados do registro interno para os pinos de saída após a conversão. Pin3 é uma gravação - o pulso de baixo para alto é dado ao relógio externo. Pin11 a 18 são pinos de dados de MSB para LSB.

O conversor analógico para digital faz a amostragem do sinal analógico em cada borda descendente ou ascendente do clock de amostragem. Em cada ciclo, o ADC obtém o sinal analógico, mede-o e converte-o em um valor digital. O ADC converte os dados de saída em uma série de valores digitais aproximando o sinal com precisão fixa.

Em ADCs, dois fatores determinam a precisão do valor digital que captura o sinal analógico original. Estes são o nível de quantização ou taxa de bits e taxa de amostragem. A figura abaixo mostra como ocorre a conversão de analógico para digital. A taxa de bits decide a resolução da saída digitalizada e você pode observar na figura abaixo onde o ADC de 3 bits é usado para converter o sinal analógico.

Processo de conversão analógico para digital

Suponha que o sinal de um volt deva ser convertido de digital usando ADC de 3 bits conforme mostrado abaixo. Portanto, um total de 2 ^ 3 = 8 divisões estão disponíveis para produzir saída de 1V. Este resultado 1/8 = 0,125 V é chamado de mudança mínima ou nível de quantização representado para cada divisão como 000 para 0 V, 001 para 0,125 e da mesma forma até 111 para 1V. Se aumentarmos as taxas de bits como 6, 8, 12, 14, 16, etc., obteremos uma melhor precisão do sinal. Assim, a taxa de bits ou quantização fornece a menor alteração de saída no valor do sinal analógico que resulta de uma alteração na representação digital.

Suponha que se o sinal for de cerca de 0-5 V e tivermos usado ADC de 8 bits, a saída binária de 5 V será 256. E para 3 V é 133, conforme mostrado abaixo.

Fórmula ADC

Há uma chance absoluta de distorcer o sinal de entrada no lado de saída se ele for amostrado em uma frequência diferente da desejada. Portanto, outra consideração importante do ADC é a taxa de amostragem. O teorema de Nyquist afirma que a reconstrução do sinal adquirido introduz distorção, a menos que seja amostrado (no mínimo) duas vezes a taxa do maior conteúdo de frequência do sinal, conforme você pode observar no diagrama. Mas essa taxa é de 5 a 10 vezes a frequência máxima do sinal na prática.

Taxa de amostragem do conversor analógico para digital

Fatores

O desempenho do ADC pode ser avaliado por meio de seu desempenho com base em diferentes fatores. A partir daí, os seguintes dois fatores principais são explicados abaixo.

SNR (relação sinal-ruído)

O SNR reflete o número médio de bits sem ruído em qualquer amostra particular.

Largura de banda

A largura de banda de um ADC pode ser determinada estimando a taxa de amostragem. A fonte analógica pode ser amostrada por segundo para produzir valores discretos.

Tipos de conversores analógico para digital

ADC está disponível em diferentes tipos e alguns dos tipos de analógico para digital conversores incluir:

Conversor A / D de inclinação dupla
Conversor Flash A / D
Sucessivas Aproximação Conversor A / D
ADC semi-flash
Sigma-Delta ADC
ADC com pipeline

Conversor A / D de inclinação dupla

Neste tipo de conversor ADC, a tensão de comparação é gerada usando um circuito integrador que é formado por um resistor, capacitor e amplificador operacional combinação. Pelo valor definido de Vref, este integrador gera uma forma de onda dente de serra em sua saída de zero ao valor Vref. Quando a forma de onda do integrador é iniciada, o contador começa a contar de 0 a 2 ^ n-1, onde n é o número de bits do ADC.

Conversor analógico para digital de inclinação dupla

Conversor analógico para digital com inclinação dupla

Quando a tensão de entrada Vin é igual à tensão da forma de onda, o circuito de controle captura o valor do contador, que é o valor digital do valor de entrada analógica correspondente. Este ADC de inclinação dupla é um dispositivo de custo relativamente médio e velocidade lenta.

Conversor Flash A / D

Esse conversor de ADC IC também é chamado de ADC paralelo, que é o ADC eficiente mais amplamente usado em termos de velocidade. Este circuito conversor de flash analógico para digital consiste em uma série de comparadores onde cada um compara o sinal de entrada com uma voltagem de referência exclusiva. Em cada comparador, a saída estará em um estado alto quando a tensão de entrada analógica exceder a tensão de referência. Esta saída é posteriormente fornecida ao codificador de prioridade para gerar código binário com base na atividade de entrada de ordem superior, ignorando outras entradas ativas. Este tipo de flash é um dispositivo de alto custo e alta velocidade.

Conversor Flash A / D

Conversor A / D de aproximação sucessiva

O SAR ADC é o mais moderno ADC IC e muito mais rápido do que os ADCs de inclinação dupla e flash, pois usa uma lógica digital que converge a tensão de entrada analógica para o valor mais próximo. Este circuito consiste em um comparador, travas de saída, registro de aproximação sucessiva (SAR) e conversor D / A.

Conversor A / D de aproximação sucessiva

No início, o SAR é redefinido e, conforme a transição de BAIXO para ALTO é introduzida, o MSB do SAR é definido. Então esta saída é dada ao conversor D / A que produz um equivalente analógico do MSB, posteriormente é comparado com a entrada analógica Vin. Se a saída do comparador for BAIXA, o MSB será limpo pelo SAR, caso contrário, o MSB será definido para a próxima posição. Este processo continua até que todos os bits sejam experimentados e após Q0, o SAR faz com que as linhas de saída paralelas contenham dados válidos.

ADC semi-flash

Esses tipos de conversores analógico para digital funcionam principalmente em torno de seu tamanho de limitação por meio de dois conversores de flash separados, em que a resolução de cada conversor é a metade dos bits do dispositivo de semi-flush. A capacidade de um único conversor de flash é, ele lida com os MSBs (bits mais significativos) enquanto o outro lida com os LSB (bits menos significativos).

Sigma-Delta ADC

Sigma Delta ADC (ΣΔ) é um projeto bastante recente. Eles são extremamente lentos em comparação com outros tipos de projetos, entretanto, eles oferecem a resolução máxima para todos os tipos de ADC. Portanto, eles são extremamente compatíveis com aplicativos de áudio baseados em alta fidelidade; no entanto, eles normalmente não são utilizáveis onde quer que seja necessário um alto BW (largura de banda).

ADC com pipeline

Os ADCs pipelined também são conhecidos como quantizadores de sub-variação que estão relacionados em conceito a aproximações sucessivas, embora mais sofisticados. Embora as aproximações sucessivas aumentem em cada etapa até o próximo MSB, este ADC usa o seguinte processo.

É usado para uma conversão grosseira. Depois disso, ele avalia essa mudança em relação ao sinal de entrada.
Este conversor atua como uma conversão melhor, permitindo uma conversão temporária com um intervalo de bits.
Normalmente, os projetos de pipeline oferecem um terreno central entre os SARs, bem como os conversores de flash analógico para digital, equilibrando seu tamanho, velocidade e alta resolução.

Exemplos de conversor analógico para digital

Os exemplos de conversor analógico para digital são discutidos abaixo.

ADC0808

ADC0808 é um conversor que possui 8 entradas analógicas e 8 saídas digitais. O ADC0808 nos permite monitorar até 8 transdutores diferentes usando apenas um único chip. Isso elimina a necessidade de ajustes externos de zero e escala total.

ADC0808 IC

ADC0808 é um dispositivo CMOS monolítico, oferece alta velocidade, alta precisão, dependência mínima de temperatura, excelente precisão de longo prazo e repetibilidade e consome energia mínima. Esses recursos tornam este dispositivo ideal para aplicações de controle de processo e máquina a aplicações automotivas e de consumo. O diagrama de pinos do ADC0808 é mostrado na figura abaixo:

Características

Os principais recursos do ADC0808 incluem o seguinte.

Interface fácil para todos os microprocessadores
Nenhum ajuste de escala total ou zero necessário
Multiplexador de 8 canais com lógica de endereço
Faixa de entrada de 0 V a 5 V com fonte de alimentação de 5 V única
As saídas atendem às especificações de nível de tensão TTL
Pacote de chip transportador com 28 pinos

Especificações

As especificações do ADC0808 incluem o seguinte.

Resolução: 8 bits
Erro Total Não Ajustado: ± ½ LSB e ± 1 LSB
Fonte única: 5 VDC
Baixa potência: 15 mW
Tempo de conversão: 100 μs

Geralmente, a entrada ADC0808 que deve ser alterada para a forma digital pode ser selecionada usando três linhas de endereço A, B, C que são os pinos 23, 24 e 25. O tamanho do passo é escolhido dependendo do valor de referência definido. O tamanho do passo é a mudança na entrada analógica para causar uma mudança de unidade na saída do ADC. O ADC0808 precisa de um relógio externo para operar, ao contrário do ADC0804, que tem um relógio interno.

A saída digital contínua de 8 bits correspondente ao valor instantâneo da entrada analógica. O nível mais extremo da tensão de entrada deve ser reduzido proporcionalmente para + 5V.

O ADC 0808 IC requer um sinal de clock normalmente de 550 kHz, ADC0808 é usado para converter os dados em formato digital necessário para o microcontrolador.

Aplicação de ADC0808

O ADC0808 tem muitos aplicativos aqui; demos alguns aplicativos no ADC:

A partir do circuito abaixo, os pinos do relógio, início e EOC são conectados a um microcontrolador. Geralmente, temos 8 entradas aqui, estamos usando apenas 4 entradas para a operação.

Circuito ADC0808

O sensor de temperatura LM35 está usando o qual está conectado às 4 primeiras entradas do conversor analógico para digital IC. O sensor tem 3 pinos, ou seja, VCC, GND e pinos de saída quando o sensor aquece a tensão na saída aumenta.
As linhas de endereço A, B, C são conectadas ao microcontrolador para os comandos. Nesse caso, a interrupção segue a operação de baixo para alto.
Quando o pino inicial é mantido alto, nenhuma conversão começa, mas quando o pino inicial é baixo, a conversão começará dentro de 8 períodos de clock.
No ponto em que a conversão é concluída, o pino EOC baixa para indicar o término da conversão e os dados prontos para serem coletados.
A habilitação de saída (OE) é então elevada. Isso habilita as saídas TRI-STATE, permitindo que os dados sejam lidos.

ADC0804

Já sabemos que os conversores analógico-digital (ADCs) são os dispositivos mais amplamente usados para a proteção de informações para traduzir os sinais analógicos em números digitais para que o microcontrolador possa lê-los facilmente. Existem muitos conversores ADC como ADC0801, ADC0802, ADC0803, ADC0804 e ADC080. Neste artigo, vamos discutir o conversor ADC0804.

ADC0804

O ADC0804 é um conversor analógico para digital de 8 bits muito usado. Funciona com tensão de entrada analógica de 0V a 5V. Possui entrada analógica única e 8 saídas digitais. O tempo de conversão é outro fator importante no julgamento de um ADC, no ADC0804 o tempo de conversão varia dependendo dos sinais de clock aplicados aos pinos CLK R e CLK IN, mas não pode ser mais rápido do que 110 μs.

Descrição do pino de ADC804

Pino 1 : É um pino de seleção de chip e ativa ADC, ativo baixo

Pino 2: É um pino de entrada de alto a baixo pulso que traz os dados dos registros internos para os pinos de saída após a conversão

Pino 3: É um pino de entrada de baixo para alto pulso é dado para iniciar a conversão

Pino 4: É um pino de entrada de relógio, para dar ao relógio externo

Pino 5: É um pino de saída, fica baixo quando a conversão é concluída

Pino 6: Entrada analógica não inversora

Pino 7: Entrada inversora analógica, normalmente é aterrada

Pin 8: Terra (0V)

Pino 9: É um pino de entrada, define a tensão de referência para a entrada analógica

Pino 10: Terra (0V)

Pino 11 - Pino 18: É um pino de saída digital de 8 bits

Pin 19: É usado com o pino Clock IN quando a fonte de relógio interno é usada

Pin 20: Tensão de alimentação 5V

Características do ADC0804

Os principais recursos do ADC0804 incluem o seguinte.

Faixa de tensão de entrada analógica de 0 V a 5 V com fonte única de 5 V
Compatível com microcontroladores, o tempo de acesso é 135 ns
Interface fácil para todos os microprocessadores
As entradas e saídas lógicas atendem às especificações de nível de tensão MOS e TTL
Funciona com referência de tensão de 2,5 V (LM336)
Gerador de clock no chip
Nenhum ajuste de zero necessário
Pacote DIP de 20 pinos com largura padrão de 0,3 [Prime]
Opera a razão metricamente ou com 5 VCC, 2,5 VCC ou referência de tensão ajustada de amplitude analógica
Entradas de tensão analógica diferencial

É um conversor de 8 bits com fonte de alimentação de 5V. Pode receber apenas um sinal analógico como entrada. A saída digital varia de 0-255. ADC precisa de um relógio para operar. O tempo necessário para converter o valor analógico em digital depende da fonte do relógio. Um relógio externo pode ser fornecido para CLK IN. Pin2 é o pino de entrada - o pulso de alto para baixo traz os dados do registro interno para os pinos de saída após a conversão. Pin3 é uma gravação - o pulso de baixo a alto é dado ao relógio externo.

Inscrição

Do circuito simples, o pino 1 do ADC é conectado ao GND, onde o pino 4 é conectado ao GND por meio de um capacitor, os pinos 2, 3 e 5 do ADC são conectados aos pinos 13, 14 e 15 do microcontrolador. Os pinos 8 e 10 estão em curto e conectados ao GND, 19 pinos do ADC estão no 4º pino através do resistor 10k. Os pinos 11 a 18 do ADC são conectados a 1 a 8 pinos do microcontrolador que pertence à porta1.

Circuito ADC0804

Quando a lógica alta é aplicada a CS e RD, a entrada foi sincronizada por meio do registrador de deslocamento de 8 bits, completando a busca da taxa de absorção específica (SAR), no próximo pulso de clock a palavra digital é transferida para a saída tri-state. A saída da interrupção é invertida para fornecer uma saída INTR alta durante a conversão e baixa quando a conversão é concluída. Quando um baixo está em ambos CS e RD, uma saída é aplicada às saídas DB0 a DB7 e a interrupção é reinicializada. Quando as entradas CS ou RD retornam a um estado alto, as saídas DB0 a DB7 são desabilitadas (retornam ao estado de alta impedância). Assim, dependendo da lógica a tensão varia de 0 a 5 V que se transforma em um valor digital de resolução de 8 bits, sendo alimentada como entrada para a porta 1 do microcontrolador.

“controlador de motor de modulação de largura de pulso ”

Projetos de componentes usados ADC0804

Localizador de distância de falha de cabo subterrâneo

Projetos de componentes usados ADC0808

Scada (Controle de supervisão e aquisição de dados) para planta industrial remota

Teste ADC

O teste do conversor analógico para digital precisa principalmente de uma fonte de entrada analógica, bem como de hardware para transmitir os sinais de controle e também para capturar dados digitais o / p. Alguns tipos de ADCs precisam de uma fonte de sinal de referência precisa. O ADC pode ser testado usando os seguintes parâmetros-chave

Erro DC Offset
Dissipação de energia
Erro de ganho DC
Faixa dinâmica livre espúria
SNR (relação sinal-ruído)
INL ou não linearidade integral
DNL ou não linearidade diferencial
THD ou Distorção Harmônica Total

O teste de ADCs ou conversores analógico-digital é feito principalmente por vários motivos. Além do motivo, a sociedade de Instrumentação e Medição IEEE, o comitê de geração e análise de forma de onda desenvolveu o Padrão IEEE para ADC para Terminologia e Métodos de Teste. Existem diferentes configurações gerais de teste, que incluem onda senoidal, forma de onda arbitrária, forma de onda de etapa e loop de feedback. Para determinar o desempenho estável dos conversores analógico para digital, métodos diferentes são usados, como o baseado em servo, baseado em rampa, a técnica de histograma ac, a técnica de histograma de triângulo e a técnica física. A única técnica usada para teste dinâmico é o teste de onda senoidal.

Aplicações do conversor analógico para digital

As aplicações do ADC incluem o seguinte.

Atualmente, o uso de dispositivos digitais está aumentando. Esses dispositivos funcionam com base no sinal digital. Um conversor analógico para digital desempenha um papel fundamental em tais tipos de dispositivos para converter o sinal de analógico para digital. As aplicações dos conversores analógico para digital são ilimitadas e são discutidas abaixo.
O AC (ar condicionado) inclui sensores de temperatura para manter a temperatura dentro da sala. Portanto, essa conversão de temperatura pode ser feita de analógico para digital com o auxílio do ADC.
Ele também é usado em um osciloscópio digital para converter o sinal de analógico em digital para exibição.
O ADC é usado para converter o sinal de voz analógico em digital em telefones celulares porque os telefones celulares usam sinais de voz digitais, mas, na verdade, o sinal de voz está na forma analógica. Portanto, o ADC é usado para converter o sinal antes de enviar o sinal para o transmissor do telefone celular.
ADC é usado em dispositivos médicos como MRI e X-Ray para converter as imagens de analógico para digital antes da alteração.
A câmera do celular é usada principalmente para capturar imagens e também vídeos. Eles são armazenados no dispositivo digital, portanto, são convertidos para a forma digital usando ADC.
A música cassete também pode ser alterada para digital, como CDS e pen drives usam ADC.
Atualmente o ADC é usado em todos os dispositivos, pois quase todos os dispositivos disponíveis no mercado estão em versão digital. Portanto, esses dispositivos usam ADC.

Portanto, trata-se de uma visão geral do conversor analógico para digital ou conversor ADC e seus tipos. Para facilitar a compreensão, apenas alguns conversores ADC são discutidos neste artigo. Esperamos que este conteúdo fornecido seja mais informativo para os leitores. Quaisquer outras dúvidas, dúvidas e ajuda técnica sobre este assunto você pode comentar a seguir.

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