模拟信号和数字信号

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模拟信号
自然界中大多数物理量是连续变化的,比如温度、声音、压力等灯,它们在一定时间内,可以有无限多个不同的取值,这些信号就是模拟信号。模拟信号就是指用连续变化的物理量所表示的信号。
自然界中的物理量都需要通过传感器将其转换成电信号后,才能进行进一步的分析,传感器在模拟物理量的变化,模拟信号是对原始物理量连续变化的近似表示。
数字信号
数字信号是由离散的数字值构成的信号，这些数字值代表了某种物理量在一定时间间隔内的采样值。数字信号可以由模拟信号经过采样和量化转换得到，也可以由数字电路产生。数字信号通常由二进制数表示，可以在计算机和数字电路中进行处理和传输。

ADC原理

ADC（Analog-to-Digital Converter）即模数转换器，是一种将模拟信号转换为数字信号的电子元器件，用于实现模拟信号的数字化处理和采集。在嵌入式系统中，ADC广泛应用于传感器信号采集、电源管理、环境检测等领域。
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采样

采样指的是ADC将模拟信号的振幅值在一定时间间隔内进行测量，并将测量结果转换为数字值
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采样之后得到的信号通常被称为抽样信号，因为在时间轴上它是离散的，但在幅值轴上是连续的

量化

ADC将每个采样值转换为最接近的数字值，这个过程称为量化。量化过程中，模拟信号被映射到最接近的数字值
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量化之后的波形
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量化误差
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量化间隔越小，量化之后的波形分辨率越高，输入信号和输出信号越相似，系统精度越高
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量化间隔越小,分辨率越高

分辨率
ADC（模数转换器）的分辨率是指其能够表示的最小数字量的大小，通常以比特数（bits）表示。分辨率决定了ADC能够将输入信号转换为多少个数字值，影响着数字信号的精度和准确性。
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经过量化后,模拟信号成功数字化了,还需要进行编码

编码
编码就是用0和1组合为每个量化区间编号,代替原来的电压值。
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ADC的基本概念包括以下几个方面：

  1. 分辨率：ADC的分辨率是指ADC输出数字信号的位数，也就是最终数字信号的精度。例如，12位分辨率的ADC的量化级别为2^12，即4096。
  2. 采样率：ADC的采样率是指ADC每秒钟可以完成多少次采样，即每秒钟可以将模拟信号采集多少次。采样率越高，ADC对输入信号的采样精度就越高。
  3. 通道：ADC的通道是指ADC可以采集的模拟信号的输入通路。每个通道对应一个输入引脚，可以采集对应的模拟信号。
  4. 时钟：ADC的时钟是指ADC进行采样和量化的时钟信号，时钟频率决定了ADC转换速率的上限。

    常见ADC类型

    Flash ADC

    闪存型模数转换器

采用并行比较的方式进行模数转换，速度快、精度高，常用于高速数据采集、图像处理、通信等应用场合。
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模拟电压 输出 二进制值
0-1V 0 0 0 0 0 0 0 000
1-2V 0 0 0 0 0 0 1 001
2-3V 0 0 0 0 0 1 1 010
3-4V 0 0 0 0 1 1 1 011
4-5V 0 0 0 1 1 1 1 100
5-6V 0 0 1 1 1 1 1 101
6-7V 0 1 1 1 1 1 1 110
7-8V 1 1 1 1 1 1 1 111
  • 范围0-8V，分辨率3bit，精度1V （7个比较器&触发器）
  • 范围0-8V，分辨率4bit，精度0.5V （15个比较器&触发器）
  • 范围0-8V，分辨率10bit，精度0.00785V （1023个比较器&触发器）

缺点：精度越高，内部元器件越多，尺寸和功耗越大

SAR ADC

逐次逼近型模数转换器

采用逐次逼近的方式进行模数转换，实现高精度的模拟信号转换。常用于低功耗、高精度的应用场合。
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GD32F470的ADC

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