嵌入式硬件之ADC/DAC

寫在前面

這幾天在做一個寒假練項目，其中涉及到了音頻的處理，ADC、DAC再次進入到了我的視野，並引起了我新的思考。

1、初次相識

記得去年七月份，本科畢業剛離校，就到研究生學校這邊打雜，導師讓我參與了一個小項目，那個控制器電路中有一個讓我印象很深的的電路——ADC采樣電路。

這個電路目的很簡單，就是讀出P35的AD采樣值，借此來估算VDD的大小，進行監測。

它的模擬信號就是電阻兩端的電壓，數字信號是通過P35讀取到的數值，再根據相應的計算公式，就可以得出VDD的大小。

這里是對模擬信號——電壓的數模轉換。

其實對於AD轉換來講，大家從小都在接觸，比如家家戶戶都有的水銀溫度計。

利用水銀的熱漲冷縮原理，把人的體溫以具體的數值顯示出來。

再比如手機，大家用其播放音樂時，就是把比特流轉化成電壓信號，再通過揚聲器播放出來。

再比如打電話時，不管是你這邊聽到聲音，又或者你的聲音被另一方聽到，其中都離不開ADC、DAC。

2、為什么要有ADC/DAC？

萬事萬物的產生都是自有其道理，都有一種內在驅動力在驅動，那么是什么促成了ADC/DAC的出現呢？

大家都知道在我們的日常生活中有一種信號叫——模擬信號。比如上面提到的：溫度、電壓、電流、聲音等。

模擬信號雖然很容易被人類接收，但有很多的缺點，比如很容易被各種“噪聲”影響，又比如很難去存儲和傳輸。

而數字信號正好與其相反，不僅能大程度上隔絕外部的干擾，又便於存儲。

所以把模擬信號轉化為數字信號是為了更好的去處理和存儲。

3、ADC模數轉換器

ADC——Analog to Digital Converter

只要是轉換，就會有損耗，在ADC轉換期間，有些模擬信號不可避免的會丟失。

舉例來說0~5V的電壓信號，你可以取這個范圍的任意一個數值，你可以取到無數個數據，也就是說從理論上來講，模擬信號的分辨率是無限大的。所以信號的丟失不可避免。

3.1模數轉換流程

首先對模擬信號以特定的速率采樣；采樣之后，對其進行量化；量化后，對其進行二進制編碼。

所以你會看到，在芯片技術手冊上常有的一句話：我們的處理器ADC是幾位幾位的。

這里的分辨率用位數來表示，位數越多分辨率越高，以2的n次方倍。

舉例來講，0~1V的電壓范圍，如果是3位的ADC，那么1除以2的3次方等於0.125V，這就是這個ADC所能達到的精度。

上面那個0.125就表示ADC所能感受到的模擬信號輸入的最小變化。

電壓值每變化0.125V的數值，如上圖橙色那條線，就會上升一個台階，以此對應一個二進制的數值。

以上便是ADC工作的流程：采樣、量化、編碼。

4、DAC數模轉換器

DAC——Digital to Analog Converter

通過數字比特流來產生模擬信號。

因此對模擬信號重構的精確度取決於DAC的分辨率，12位的要好於3位的。

分辨率、基准電壓和重構的時間是DAC的重要參數。

5、如何使用ADC/DAC？

如何使用ADC/DAC？其實很簡單。

因為現在大多的處理器都會內置相應的片上ADC/DAC，而且都是通過外部總線與處理器相連的，故外部接口也比較簡單，直接連接即可。如下圖所示。

再配置好相關的寄存器使能，按照芯片技術手冊的要求進行軟件設計。