ADC – Przetwornik analogowo-cyfrowy (Analog to Digital Converter)
Przetwornik analogowo-cyfrowy, czyli ADC, to jedno z kluczowych urządzeń we współczesnej elektronice. Dzięki niemu możliwe jest przekształcanie sygnałów analogowych – takich jak napięcia z czujników temperatury, dźwięku czy światła – na dane cyfrowe, które można analizować i przetwarzać w układach mikroprocesorowych. W praktyce, ADC pozwala na łączenie świata fizycznego z cyfrową logiką urządzeń elektronicznych. Gdy kiedyś pokazywałem znajomemu, jak mikrokontroler odczytuje dane z czujnika temperatury, to właśnie ADC był elementem, który przekształcał sygnał napięciowy na wartości binarne, zrozumiałe dla układu cyfrowego.
Jak działa ADC?
Działanie przetwornika ADC polega na próbkowaniu sygnału analogowego w określonych odstępach czasu i przypisywaniu każdej próbce odpowiadającej jej wartości cyfrowej. Proces ten odbywa się w kilku krokach:
- Próbkowanie: Sygnał analogowy jest pobierany w regularnych odstępach czasu.
- Kwotyzacja: Każda próbka jest zaokrąglana do najbliższej wartości spośród dostępnych poziomów napięcia.
- Kodowanie: Ostatecznie poziom napięcia zostaje zakodowany w postaci binarnej.
Parametry kluczowe przetwornika ADC
| Parametr | Opis |
|---|---|
| Rozdzielczość | Określa, na ile poziomów można podzielić sygnał – np. 8-bitowy ADC daje 256 możliwych wartości. |
| Częstotliwość próbkowania | Liczba próbek pobieranych na sekundę – im wyższa, tym dokładniejsze odwzorowanie sygnału. |
| Błąd kwantyzacji | Różnica między wartością rzeczywistą a odwzorowaną cyfrowo. |
Rodzaje przetworników ADC
- Przetworniki sukcesywne (SAR): Powszechnie stosowane w mikrokontrolerach ze względu na dobrą równowagę między szybkością a dokładnością.
- Przetworniki z podwójnym całkowaniem: Stosowane w multimetrze cyfrowym – zapewniają wysoką precyzję, ale są wolniejsze.
- Flash ADC: Bardzo szybkie, stosowane tam, gdzie wymagane jest natychmiastowe przetwarzanie danych – np. w systemach radarowych.
Przykłady zastosowań ADC
ADC jest wykorzystywany wszędzie tam, gdzie zachodzi potrzeba konwersji sygnału analogowego na cyfrowy – w smartfonach (mikrofony, sensory światła), samochodach (czujniki ciśnienia, temperatury), aparaturze medycznej (EKG, EEG) czy urządzeniach audio. W systemach wbudowanych, takich jak Arduino, ADC pozwala na odczyt z potencjometru, termistora lub fotorezystora i reagowanie na zmiany fizycznych parametrów otoczenia.
Na co zwrócić uwagę przy wyborze ADC?
- Wymagana rozdzielczość: Czy potrzebujesz dokładnych danych czy wystarczy orientacyjny odczyt?
- Prędkość działania: Czy układ ma mierzyć powolne zmiany, czy może bardzo szybkie sygnały?
- Zakres napięć wejściowych: Musi być zgodny z tym, co dostarcza źródło sygnału.
Często, kiedy projektuję prosty układ czujnikowy oparty o mikrokontroler, pierwszą rzeczą, o jakiej myślę, to jakość ADC wbudowanego w chip. Bo to właśnie on decyduje, jak dokładnie mogę odczytać dane z czujników. W analogicznych sytuacjach wielu inżynierów stoi przed wyborem – użyć ADC zintegrowanego, czy zewnętrznego o lepszych parametrach. W takich układach warto też rozumieć różnicę między ADC a DAC – bo gdy ADC zamienia sygnał analogowy na cyfrowy, DAC robi dokładnie odwrotnie. Jutro wrócimy do tematu DAC i pokażę ci, jak dzięki niemu można sterować sygnałami analogowymi z poziomu systemu cyfrowego.
