嵌入式硬件之ADC/DAC

写在前面

这几天在做一个寒假练项目，其中涉及到了音频的处理，ADC、DAC再次进入到了我的视野，并引起了我新的思考。

1、初次相识

记得去年七月份，本科毕业刚离校，就到研究生学校这边打杂，导师让我参与了一个小项目，那个控制器电路中有一个让我印象很深的的电路——ADC采样电路。

这个电路目的很简单，就是读出P35的AD采样值，借此来估算VDD的大小，进行监测。

它的模拟信号就是电阻两端的电压，数字信号是通过P35读取到的数值，再根据相应的计算公式，就可以得出VDD的大小。

这里是对模拟信号——电压的数模转换。

其实对于AD转换来讲，大家从小都在接触，比如家家户户都有的水银温度计。

利用水银的热涨冷缩原理，把人的体温以具体的数值显示出来。

再比如手机，大家用其播放音乐时，就是把比特流转化成电压信号，再通过扬声器播放出来。

再比如打电话时，不管是你这边听到声音，又或者你的声音被另一方听到，其中都离不开ADC、DAC。

2、为什么要有ADC/DAC？

万事万物的产生都是自有其道理，都有一种内在驱动力在驱动，那么是什么促成了ADC/DAC的出现呢？

大家都知道在我们的日常生活中有一种信号叫——模拟信号。比如上面提到的：温度、电压、电流、声音等。

模拟信号虽然很容易被人类接收，但有很多的缺点，比如很容易被各种“噪声”影响，又比如很难去存储和传输。

而数字信号正好与其相反，不仅能大程度上隔绝外部的干扰，又便于存储。

所以把模拟信号转化为数字信号是为了更好的去处理和存储。

3、ADC模数转换器

ADC——Analog to Digital Converter

只要是转换，就会有损耗，在ADC转换期间，有些模拟信号不可避免的会丢失。

举例来说0~5V的电压信号，你可以取这个范围的任意一个数值，你可以取到无数个数据，也就是说从理论上来讲，模拟信号的分辨率是无限大的。所以信号的丢失不可避免。

3.1模数转换流程

首先对模拟信号以特定的速率采样；采样之后，对其进行量化；量化后，对其进行二进制编码。

所以你会看到，在芯片技术手册上常有的一句话：我们的处理器ADC是几位几位的。

这里的分辨率用位数来表示，位数越多分辨率越高，以2的n次方倍。

举例来讲，0~1V的电压范围，如果是3位的ADC，那么1除以2的3次方等于0.125V，这就是这个ADC所能达到的精度。

上面那个0.125就表示ADC所能感受到的模拟信号输入的最小变化。

电压值每变化0.125V的数值，如上图橙色那条线，就会上升一个台阶，以此对应一个二进制的数值。

以上便是ADC工作的流程：采样、量化、编码。

4、DAC数模转换器

DAC——Digital to Analog Converter

通过数字比特流来产生模拟信号。

因此对模拟信号重构的精确度取决于DAC的分辨率，12位的要好于3位的。

分辨率、基准电压和重构的时间是DAC的重要参数。

5、如何使用ADC/DAC？

如何使用ADC/DAC？其实很简单。

因为现在大多的处理器都会内置相应的片上ADC/DAC，而且都是通过外部总线与处理器相连的，故外部接口也比较简单，直接连接即可。如下图所示。

再配置好相关的寄存器使能，按照芯片技术手册的要求进行软件设计。