自然界中的一切現(xiàn)象都是以模擬信號(hào)的形式獲得的，因此在進(jìn)行數(shù)值計(jì)算、數(shù)字信號(hào)處理、控制等時(shí)，需要使用AD轉(zhuǎn)換板將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。根據(jù)嵌入式應(yīng)用，AD 轉(zhuǎn)換板已推出具有各種接口的產(chǎn)品。

帶有用于內(nèi)置PC的PCI-Express、用于作為子卡連接到其他板的FMC以及USB等接口的產(chǎn)品已經(jīng)發(fā)布。

AD轉(zhuǎn)換板的使用

AD轉(zhuǎn)換板主要用于將各種傳感器獲得的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，供單片機(jī)等處理。

1. 測(cè)量/監(jiān)控

AD轉(zhuǎn)換板用于將溫度、壓力、光、聲音等物理量轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。這使得從傳感器獲取信號(hào)以進(jìn)行測(cè)量和監(jiān)控成為可能。例如工廠的產(chǎn)品質(zhì)量控制和環(huán)境監(jiān)測(cè)。

2. 數(shù)據(jù)收集與處理

AD轉(zhuǎn)換板用于將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)來(lái)采集和處理數(shù)據(jù)。示例包括醫(yī)療設(shè)備中心電圖信號(hào)的采集和音頻處理。

3. 信號(hào)處理

AD轉(zhuǎn)換板用于進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理。示例包括音頻過(guò)濾和波形分析。

AD轉(zhuǎn)換板原理

A/D 轉(zhuǎn)換通過(guò)采樣、量化和編碼等步驟將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。

1. 取樣

以離散周期截取連續(xù)模擬信號(hào)的幅度值。此時(shí)的周期稱為“采樣周期”，主要用符號(hào)Ts表示。計(jì)算公式如下。

采樣周期：Ts=1/Fs（Fs：采樣頻率）

2. 量化?

通過(guò)采樣在離散周期（采樣周期）提取的幅度值近似為離散幅度值，以便可以將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。此時(shí)，由量化產(chǎn)生的誤差稱為“量化誤差”，并由以下公式表示。

量化誤差=（采樣值）-（量化值）

通過(guò)將輸入電壓與參考電壓進(jìn)行比較來(lái)執(zhí)行量化。根據(jù)比較方法的不同，有一些方法可以實(shí)現(xiàn)高精度轉(zhuǎn)換和高速采樣。

3. 編碼

將通過(guò)量化近似的離散幅度值轉(zhuǎn)換為以0和1的二進(jìn)制值表示的代碼。

AD轉(zhuǎn)換板類型

AD轉(zhuǎn)換板的類型按AD轉(zhuǎn)換方式分類。主要有以下三種方法：

1.逐次逼近

逐次逼近型AD轉(zhuǎn)換方法通過(guò)比較電壓將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。將模擬信號(hào)與待比較電壓進(jìn)行比較，逐位確定。

最大分辨率為18位，最大采樣率約為10MHz。需要外部抗混疊濾波器。

2. 德爾塔西格瑪

delta-sigma AD轉(zhuǎn)換方法采用delta-sigma調(diào)制技術(shù)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。最大分辨率約為32位，這是提供最高分辨率的方法，但最大采樣率約為1MHz，速度較慢。

3. 管道

流水線AD轉(zhuǎn)換是一種通過(guò)將模擬信號(hào)以流水線結(jié)構(gòu)分為多級(jí)并并行處理來(lái)實(shí)現(xiàn)高速轉(zhuǎn)換的方法。每一級(jí)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并將其傳遞到下一級(jí)。

最大采樣率為 1GHz，最大分辨率約為 16 位。電路變得更加復(fù)雜，從而增加了成本。

如何選擇AD轉(zhuǎn)換板

1. 決議

選擇所需分辨率的AD轉(zhuǎn)換板。例如，用它進(jìn)行反饋控制時(shí)，根據(jù)精度要求做出決策。

2、采樣周期

采樣周期由目標(biāo)信號(hào)的頻率范圍決定。理論上，需要兩倍頻率范圍的采樣周期，但實(shí)際上據(jù)說(shuō)需要十倍以上。

3. 輸入通道數(shù)

AD轉(zhuǎn)換板的類型多種多樣，從1路到數(shù)百路不等。根據(jù)您要測(cè)量的信號(hào)數(shù)量，您需要選擇所需的輸入通道數(shù)量。

4. 輸入/輸出接口

AD轉(zhuǎn)換板通常具有USB、FMC、PCI Express等接口。您必須根據(jù)您使用的接口選擇合適的接口。

5、軟件

AD轉(zhuǎn)換板可能附帶測(cè)量軟件。該軟件提供數(shù)據(jù)采集、處理、顯示、存儲(chǔ)等功能。您需要根據(jù)您的用途檢查該軟件是否具有您需要的功能。

6. 成本

根據(jù)所需的精度、采樣率、輸入通道數(shù)等，您應(yīng)該在合適的價(jià)格范圍內(nèi)選擇一款。

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