什么是AD轉(zhuǎn)換板?
?AD轉(zhuǎn)換板是具有將各種模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號功能的板卡。
自然界中的一切現(xiàn)象都是以模擬信號的形式獲得的,因此在進行數(shù)值計算、數(shù)字信號處理、控制等時,需要使用AD轉(zhuǎn)換板將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。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轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號,供單片機等處理。
1. 測量/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。這使得從傳感器獲取信號以進行測量和監(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。
2. 數(shù)據(jù)收集與處理
AD轉(zhuǎn)換板用于將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號來采集和處理數(shù)據(jù)。示例包括醫(yī)療設(shè)備中心電圖信號的采集和音頻處理。
3. 信號處理
AD轉(zhuǎn)換板用于進行數(shù)字信號處理。示例包括音頻過濾和波形分析。
AD轉(zhuǎn)換板原理
A/D 轉(zhuǎn)換通過采樣、量化和編碼等步驟將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。
1. 取樣
以離散周期截取連續(xù)模擬信號的幅度值。此時的周期稱為“采樣周期”,主要用符號Ts表示。計算公式如下。
采樣周期:Ts=1/Fs(Fs:采樣頻率)
2. 量化?
通過采樣在離散周期(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。此時,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)
通過將輸入電壓與參考電壓進行比較來執(zhí)行量化。根據(jù)比較方法的不同,有一些方法可以實現(xiàn)高精度轉(zhuǎn)換和高速采樣。
3. 編碼
將通過量化近似的離散幅度值轉(zhuǎn)換為以0和1的二進制值表示的代碼。
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)換方法通過比較電壓將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。將模擬信號與待比較電壓進行比較,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)將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。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)換是一種通過將模擬信號以流水線結(jié)構(gòu)分為多級并并行處理來實現(xiàn)高速轉(zhuǎn)換的方法。每一級將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并將其傳遞到下一級。
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,用它進行反饋控制時,根據(jù)精度要求做出決策。
2、采樣周期
采樣周期由目標信號的頻率范圍決定。理論上,需要兩倍頻率范圍的采樣周期,但實際上據(jù)說需要十倍以上。
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)您要測量的信號數(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)換板可能附帶測量軟件。該軟件提供數(shù)據(jù)采集、處理、顯示、存儲等功能。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)該在合適的價格范圍內(nèi)選擇一款。
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