精密機器を設計する場合、エンジニアは処理や分析のためにセンサーからのアナログ電圧信号をデジタル データに変換するという課題に頻繁に直面します。中心となる疑問は、どうすれば変換精度を確保し、特定のアナログ電圧に対応するデジタル出力を正確に決定できるかということです。この記事では、8 ビットのアナログ - デジタル コンバータ (ADC) を検討して、変換プロセスを実証し、実際のアプリケーション向けの詳細な計算方法を提供します。
ADC は、連続的なアナログ信号を離散的なデジタル表現に変換する電子コンポーネントです。パフォーマンスを定義する 2 つの基本的なパラメータ:
解決：検出可能な最小の電圧変化をビット単位で決定します。ビット数が多いほど、解像度が高く、精度が高くなります。
入力電圧範囲:ADC が処理できる最小および最大アナログ電圧を指定します。
入力範囲が -5V ～ +5V の 8 ビット ADC について考えてみましょう。このコンバータは、この範囲内の電圧を 8 ビットのバイナリ値にマッピングできます。入力電圧 1.95V のデジタル出力を計算してみましょう。
1. 合計出力レベルを決定します。
8 ビット ADC は 2 つの機能を提供します。8= 256 の個別出力レベル、入力範囲を 256 ステップに分割します。
2. 電圧分解能を計算します。
検出可能な最小電圧変化は次のように計算されます。
解像度 = (V最大-V分) / 出力レベル
私たちの例の場合:
分解能 = (5V - (-5V)) / 256 = 10V / 256 ≈ 0.0390625V/ステップ
3. デジタル コードを計算します。
特定の入力電圧に対するデジタル出力 (N) は次のように計算されます。
N = 丸め((Vで-V分) / (V最大-V分) × (2n- 1))
1.95V入力の場合:
N = 丸め((1.95V - (-5V)) / 10V × 255)
N = 四捨五入(6.95V / 10V × 255) = 四捨五入(177.225) = 177 (10 進数)
4. バイナリ変換 (オプション):
10 進数値 177 は、8 ビットの 2 進表現 10110001 に変換されます。
量子化エラー:デジタル変換に固有の離散的な性質があり、解像度が高くなると軽減されます。
非線形性:理想的な線形入出力関係からの逸脱。
温度ドリフト:熱変化による性能の変動。
ノイズ：信号干渉には適切なフィルタリングが必要です。
これらの原理を理解することで、エンジニアはより正確で信頼性の高いデータ収集システムを設計し、技術的アプリケーションでの正確な測定を保証できるようになります。
コンタクトパーソン: Ms. Sunny
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