51单片机快速入门之 AD(模数) DA(数模) 转换 2024/10/25

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A模拟信号特点: 电压或者电流缓慢上升随着时间连续缓慢上升或下降

D数字信号特点:电压或者电流保持一段时间的高/低电平状态 / 突变 (高电压瞬间低电压)

数字电路中通常将0-1v电压称呼为低电平(0), 3-5v电压称呼为高电平(1)

AD(将模拟信号转换成数字信号)转换

分四个步骤:

1.采样

每隔一段时间对模拟信号进行取值 (信号电压)

2.保持

将第一步采样得到的信号电压保存下来

参考该简易电路图 v1是模拟信号的输入端, v0 是模拟信号的采样端

当开关因数字信号高电平闭合时模拟信号进入电路对电容C充电, 当低电平时开关断开

此时电容C中的电压被保存了下来采样图中的点位就是开关闭合和断开之后的示范注意看红点

3.量化

将采样信号分割成整数个电压段的过程

4.编码

将每个电压段用相应二进制表示的过程

知识拓展

模数转换的过程是将连续的模拟信号转换为离散的数字信号，通常用二进制数表示。转换的精度取决于转换器的位数（bit数），即分辨率。

分辨率和位数

3位二进制：表示8个不同的状态（2^3 = 8）。这在实际应用中非常有限，通常用于简单的低精度应用。
8位二进制：表示256个不同的状态（2^8 = 256）。这在许多基本的电子设备中已经足够。
10位二进制：表示1024个不同的状态（2^10 = 1024）。常用于音频处理和其他需要更高精度的应用。
12位、14位、16位甚至更高：这些分辨率用于需要极高精度的应用，如医疗设备、科学仪器和高性能音频设备。

应用场景

低分辨率（如3位）：适用于简单的开关信号或非常粗略的测量。
中等分辨率（如8位到10位）：适用于大多数消费电子产品、传感器数据采集等。
高分辨率（如12位及以上）：适用于高精度测量、音频处理、图像处理等领域。

DA(将数字信号转换成模拟信号)转换

转换流程:数字电路经过DA转换成如上图所示的高低块再经过平滑电路转换成模拟信号

以前面模拟信号转数字信号为例

我们可以看到第一个三位是AD模数转换之后是010 再之后是011 101

DA数模转换就是当数字信号010 输出到DA转换器,其输出的将会是4v电压

简单的说就是通过数字信号去控制输出电压的高低,来控制模拟信号的高低,

再通过平滑电路的处理让其变得连续完成整个信号的转换!

转换芯片举例:PCF8591

芯片简介:

PCF8591是一个单片集成、单独供电、低功耗、8-bit CMOS数据获取器件。PCF8591具有4个模拟输入、1个模拟输出和1个串行I²C总线接口。PCF8591的3个地址引脚A0, A1和A2可用于硬件地址编程，允许在同个I2C总线上接入8个PCF8591器件，而无需额外的硬件。在PCF8591器件上输入输出的地址、控制和数据信号都是通过双线双向I2C总线以串行的方式进行传输。

拓展知识 :

单端输入:一条线输入,基准电压固定为0V 或者其他电压,是不变的!

输入信号=单端输入电压与固定电压之间的差值

适用于:电压高(高于1v) 导线短且共地

双端输入:两条线输入, 具有很好的抗干扰性

输入信号=A端输入电压与 B端输入电压之间的差值

适用于:信号小导线长不共地

抗干扰性举例

单端时输入电压是2v 但由于干扰多了0.2v

此时输入电压就为2.2v-0v(地)

差分时由于AB两线输入电压不同,但其差值,一直会保持在2v的电压信号(不会超出)