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玳瑁的嵌入式日记---0929（ARM--ADC）

news 2025/9/30 8:30:53

1、什么是 ADC？

ADC 是Analog-to-Digital Converter（模数转换器） 的缩写，是一种核心电子器件，作用是将自然界中连续变化的模拟信号（如温度传感器输出的电压、麦克风采集的声音信号、光敏电阻的电流等）转换为计算机 / 数字电路可处理的离散数字信号（即由 0 和 1 组成的二进制代码）。

1.ADC概念
(1)ADC(Analog-to-Digital Converter):模拟到数字转换器
它是一种电子设备或模块，用于将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号，以便数字系统（如微处理器、微控制器等）能够对其进行处理和分析。
注意：这里的模拟信号是狭义的模拟信号，一般指的是模拟电压信号转换为数字信号。
(2)模拟信号：
模拟信号是物理世界中连续变换的物理量。
(3)数字信号:
数字信号是一种离散的、不连续的信号。
(4)传感器：
它是一种能够探测、感知外部环境信息（如温度、光线、压力、运动等），并将这些信息转换成电信号（通常是电压或电流）的装置或器件。

2、什么是 ADC 的基准电压？

ADC 的基准电压（Reference Voltage，通常用 V_REF 表示） 是 ADC 进行 “量化”（即模拟信号→数字信号转换）的核心参考标准，相当于 ADC 测量模拟电压的 “量程上限” 或 “标尺基准”。

作用：ADC 通过比较输入模拟电压（V_IN）与基准电压（V_REF）的比例，来确定对应的数字输出。基准电压的精度直接决定了 ADC 转换结果的准确性 —— 若基准电压漂移（如受温度影响变化），即使输入电压不变，数字输出也会出现误差。
常见形式：基准电压可由外部高精度电压源提供（如专用基准芯片 REF3033），也可由 ADC 内部集成的基准电路提供（如单片机内置的 2.5V/3.3V 基准），需根据精度需求选择。

3、ADC 的工作原理是什么？

ADC 的核心逻辑是 **“采样→保持→量化→编码”** 四步流程，不同类型的 ADC（如逐次逼近型、SAR 型、Δ-Σ 型）在 “量化” 环节的实现方式不同，但整体流程一致，具体如下：

采样（Sampling）按固定时间间隔（即 “采样频率”），快速读取输入模拟信号（V_IN）的瞬时值，将连续信号 “离散化” 为一系列离散的电压点（如每隔 1ms 读取一次温度电压）。关键要求：采样频率需满足奈奎斯特准则（采样频率≥2 倍模拟信号最高频率），否则会出现 “混叠失真”，导致转换结果错误。
保持（Holding）由于量化过程需要时间，需通过 “采样保持电路（S/H）” 将采样得到的瞬时电压暂时 “冻结” 并保持稳定，确保量化环节能准确处理该电压值。
量化（Quantization）将 “保持” 的模拟电压与基准电压（V_REF）对比，按固定 “量化间隔” 将其归入某个离散的 “量化等级”。例如：12 位 ADC 的量化等级共 2¹²=4096 级，若 V_REF=3.3V，则每个量化等级对应的电压间隔约为 0.805mV（3.3V/4096）。
编码（Coding）将 “量化等级” 转换为对应的二进制数字代码（即 ADC 的输出值）。例如：12 位 ADC 的量化等级 “0” 对应代码 “000000000000”，等级 “4095” 对应代码 “111111111111”。

4、什么是 ADC 的分辨率？常见的分辨率有哪些？

（1）分辨率的定义

ADC 的分辨率（Resolution） 是衡量其 “区分微小模拟电压变化” 能力的核心参数，本质是 ADC 能输出的二进制数字的位数（n 位），或对应的 “量化等级数量”（2ⁿ级）。

分辨率越高，二进制位数越多，量化等级越细，能区分的模拟电压变化越小，转换精度越高。例如：12 位 ADC 比 8 位 ADC 能区分更小的电压差异。

（2）常见的分辨率

工业和消费电子中常见的 ADC 分辨率如下表所示，不同场景选择不同分辨率：

分辨率（位数）	量化等级（2ⁿ）	典型应用场景
8 位	256 级	低成本场景（如简单电压检测、LED 亮度控制）
10 位	1024 级	中等精度场景（如普通传感器、消费类家电）
12 位	4096 级	工业控制主流（如温度 / 压力传感器、电机控制）
14 位	16384 级	高精度场景（如医疗设备、精密仪器）
16 位及以上	65536 级及以上	超高精度场景（如实验室测量、航空航天）