جلسه پانزدهم: راه اندازی مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC)

40,000 ریال

میکروکنترلرها تنها می‌توانند سیگنال‌های دودویی (Binary) را تشخیص دهند. مثلا یک دکمه فشار داده شده‌است (یک منطقی) یا خیر (صفر منطقی)؟ به این سیگنال‌ها، سیگنال دیجیتال می‌گویند. وقتی یک میکروکنترلر با 5 ولت کار می‌کند، یعنی که فقط صفر ولت را به عنوان عدد صفر دودویی، و پنج ولت را به عنوان عدد یک دودویی می‌شناسد. ولی اگر سیگنال 2/2 ولت بود چه می‌شود؟ این سیگنال صفر است یا یک؟ ما معمولا باید سیگنال‌هایی را حساب کنیم که محدوده‌ی گسترده‌ای دارند. به این سیگنال‌ها، سیگنال آنالوگ می‌گویند.

توضیحات

میکروکنترلرها تنها می‌توانند سیگنال‌های دودویی (Binary) را تشخیص دهند. مثلا یک دکمه فشار داده شده‌است (یک منطقی) یا خیر (صفر منطقی)؟ به این سیگنال‌ها، سیگنال دیجیتال می‌گویند. وقتی یک میکروکنترلر با ۵ ولت کار می‌کند، یعنی که فقط صفر ولت را به عنوان عدد صفر دودویی، و پنج ولت را به عنوان عدد یک دودویی می‌شناسد. ولی اگر سیگنال ۲/۲ ولت بود چه می‌شود؟ این سیگنال صفر است یا یک؟ ما معمولا باید سیگنال‌هایی را حساب کنیم که محدوده‌ی گسترده‌ای دارند. به این سیگنال‌ها، سیگنال آنالوگ می‌گویند.

یک سنسور آنالوگ ۵ ولتی ممکن است یک خروجی ۱/۰ ولت یا ۹۹/۴ ولت، یا هر عدد دیگری که در بین این دو عدد وجود دارد، داشته باشد. خوشبختانه تقریبا تمام میکروکنترلرها یک دستگاهی درونشان دارند که به آن‌ها اجازه می‌دهد این مقدارها را به مقدارهای مناسب تبدیل کنند.

 

مبدل آنالوگ به دیجیتال

یک مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) یک مبدل خیلی کاربردی است که می‌تواند ولتاژ آنالوگ سر یک پین را به اعداد دیجیتال تبدیل کند. با تبدیل کردن سیگنال آنالوگ به دیجیتال، می‌توانیم بین دنیای آنالوگ خودمان و دستگاه‌های دیجیتال یک ارتباط برقرار کنیم.

مبدل‌های آنالوگ به دیجیتال در میکروکنترلرهای متفاوت، بسیار متنوع هستند. مبدلی که برروی این برد قرار دارد، مثلا یک مبدل ۱۰ بیتی است، یعنی که می‌تواند ۱۰۲۴ (۲ به توان ۱۰) نوع سیگنال آنالوگ را تشخیص دهد. برخی از میکروکنترلرها مبدل‌های ۸ بیتی (۲ به توان ۸ برابر با ۲۵۶ نوع سیگنال)، و برخی نیز مبدل‌های ۱۶ بیتی (۲ به توان ۱۶ برابر با ۶۵۵۳۶ نوع سیگنال) دارند.

نحوه‌ی کارکردن مبدل‌های آنالوگ به دیجیتال کمی پیچیده است. برای انجام این کار چندین راه وجود دارد، ولی یکی از پرکاربردترین تکنیک‌های این کار به این شکل است که از ولتاژ آنالوگ برای شارژ کردن یک خازن داخلی استفاده می‌کنند. سپس مدت زمانی که طول می‌کشد تا آن ولتاژ در بین مقاومت‌ها تخلیه شوند را اندازه می‌گیرند. میکروکنترلر تعداد سیکل ساعتی که عمل تخلیه شارژ به طول می‌انجامد را اندازه می‌گیرد. تعداد سیکل ساعت، عدد نهایی است که پس از تکمیل تبدیل آنالوگ به دیجیتال، به مدار برمی‌گردد.

ارتباط مقدار برگشته توسط ADC با ولتاژ

مبدل آنالوگ به دیجیتال یک مقدار نسبی برمی‌گرداند. یعنی که مبدل، ۵ ولت را به عنوان ۱۰۲۳ در نظر می‌گیرد، و هرچیزی که از ۳٫۳ ولت کمتر باشد، نسبتی بین ۳٫۳ ولت و ۱۰۲۳ است.

مبدل‌های آنالوگ به دیجیتال، بر اساس ولتاژ سیستم کار می‌کنند. ما عمدتا در سیستم‌های ۳٫۳ ولت، از مبدل‌های ۱۲ بیتی استفاده می‌کنیم، می‌توانیم معادله آن را همانند زیر بنویسیم:

اگر سیستمتان ۵ ولت است، می‌توانید خیلی ساده عدد ۳/۳ را با ۵ در معادله جابه‌جا کنید.

اگر ولتاژ آنالوگ ۱۲/۲ ولت باشد، مبدل چه مقداری را برمی‌گرداند؟

همانطور که مشاهده می‌کنید، خروجی عدد ۲۶۳۱ است.