ما هو ADC

العالم التناظري مع الإلكترونيات الرقمية

قبل بضع سنوات ، كانت الأجهزة الإلكترونية التي نستخدمها اليوم مثل الهواتف وأجهزة الكمبيوتر والتلفزيونات وما إلى ذلك من الأجهزة التناظرية في طبيعتها. ثم تم استبدال الهواتف الأرضية ببطء بهواتف محمولة حديثة ، واستبدلت أجهزة تلفزيون CRT والشاشات بشاشات LED ، وتطورت أجهزة الكمبيوتر ذات الأنابيب المفرغة لتكون أكثر قوة مع المعالجات الدقيقة وأجهزة التحكم الدقيقة بداخلها وما إلى ذلك..

في العصر الرقمي اليوم ، نحن محاطون جميعًا بالأجهزة الإلكترونية الرقمية المتقدمة ، وهذا قد يخدعنا للاعتقاد بأن كل شيء من حولنا رقمي بطبيعته ، وهذا غير صحيح. لطالما كان العالم تناظريًا في الطبيعة ، على سبيل المثال ، كل ما نشعر به نحن البشر ونختبره مثل السرعة ودرجة الحرارة وسرعة الهواء وضوء الشمس والصوت وما إلى ذلك هو تناظرية في الطبيعة. لكن أجهزتنا الإلكترونية التي تعمل على المتحكمات الدقيقة والمعالجات الدقيقة لا يمكنها قراءة / تفسير هذه القيم التناظرية مباشرة لأنها تعمل فقط على 0 و 1. لذلك نحن بحاجة إلى شيء يحول كل هذه القيم التناظرية إلى 0 و 1 حتى تتمكن المتحكمات الدقيقة والمعالجات الدقيقة لدينا من فهمها. هذا الشيء يسمى المحولات التناظرية إلى الرقمية أو ADC للاختصار. في هذه المقالة سوف نتعلمكل شيء عن ADC وكيفية استخدامها.

ما هو ADC وكيف يتم استخدامه؟

كما ذكرنا سابقًا ، فإن ADC تعني التحويل التناظري إلى الرقمي ويتم استخدامه لتحويل القيم التناظرية من العالم الحقيقي إلى قيم رقمية مثل 1 و 0. إذن ما هي هذه القيم التناظرية؟ هذه هي الأشياء التي نراها في حياتنا اليومية مثل درجة الحرارة والسرعة والسطوع وما إلى ذلك ولكن انتظر !! هل يمكن لـ ADC تحويل درجة الحرارة والسرعة مباشرة إلى قيم رقمية مثل 0 و 1؟

لا بتحد لا. يمكن لـ ADC فقط تحويل قيم الجهد التناظري إلى قيم رقمية. لذلك أي معلمة نرغب في قياسها ، يجب تحويلها إلى جهد أولاً ، يمكن إجراء هذا التحويل بمساعدة المستشعرات. على سبيل المثال لتحويل قيم درجة الحرارة إلى جهد ، يمكننا استخدام Thermistor بالمثل لتحويل السطوع إلى جهد ، يمكننا استخدام LDR. بمجرد تحويله إلى جهد ، يمكننا قراءته بمساعدة ADC.

من أجل معرفة كيفية استخدام ADC ، يجب أولاً التعرف على بعض المصطلحات الأساسية مثل دقة القنوات والمدى والجهد المرجعي وما إلى ذلك.

القرار (بت) والقنوات في ADC

عندما تقرأ مواصفات أي متحكم دقيق أو ADC IC ، سيتم إعطاء تفاصيل ADC باستخدام المصطلحات القنوات والقرار (بت). على سبيل المثال ، يحتوي ATmega328 الخاص بـ Arduino UNO على 8 قنوات ADC 10 بت. لا يمكن لكل دبوس على متحكم قراءة الجهد التناظري ، فإن المصطلح 8 قنوات يعني أن هناك 8 دبابيس على متحكم ATmega328 هذا يمكنه قراءة الجهد التناظري ويمكن لكل دبوس قراءة الجهد بدقة 10 بت. سيختلف هذا لأنواع مختلفة من ميكروكنترولر.

لنفترض أن نطاق ADC الخاص بنا من 0V إلى 5V ولدينا ADC 10 بت ، وهذا يعني أن جهد الدخل 0-5 فولت الخاص بنا سيتم تقسيمه إلى 1024 مستوى من القيم التناظرية المنفصلة (2 ¹⁰ = 1024). المعنى 1024 هو دقة ADC 10 بت ، وبالمثل بالنسبة لقرار ADC 8 بت سيكون 512 (2 ⁸) ولقرار ADC 16 بت سيكون 65،536 (2 ¹⁶).

مع هذا إذا كان جهد الإدخال الفعلي هو 0 فولت ، فإن ADC الخاص بـ MCU سوف يقرأه على أنه 0 وإذا كان 5 فولت ، فستقرأ MCU 1024 وإذا كان في مكان ما بين 2.5 فولت ، فستقرأ MCU 512. يمكننا استخدام الصيغ أدناه لحساب القيمة الرقمية التي ستقرأها MCU بناءً على قرار ADC والجهد التشغيلي.

(دقة ADC / جهد التشغيل) = (القيمة الرقمية ADC / قيمة الجهد الفعلي)

الجهد المرجعي ل ADC

مصطلح آخر مهم يجب أن تكون على دراية به هو الجهد المرجعي. أثناء تحويل ADC ، يتم العثور على قيمة الجهد غير المعروف من خلال مقارنته بجهد معروف ، ويسمى هذا الجهد المعروف باسم الجهد المرجعي. عادةً ما تحتوي كل MCU على خيار لتعيين الجهد المرجعي الداخلي ، مما يعني أنه يمكنك ضبط هذا الجهد داخليًا على بعض القيمة المتاحة باستخدام برنامج (برنامج). في لوحة Arduino UNO ، يتم ضبط الجهد المرجعي على 5V افتراضيًا داخليًا ، إذا كان المستخدم المطلوب يمكنه ضبط هذا الجهد المرجعي خارجيًا من خلال دبوس Vref أيضًا بعد إجراء التغييرات المطلوبة في البرنامج.

تذكر دائمًا أن قيمة الجهد التناظري المقاسة يجب أن تكون دائمًا أقل من قيمة الجهد المرجعي ويجب أن تكون قيمة الجهد المرجعي دائمًا أقل من قيمة جهد التشغيل لوحدة التحكم الدقيقة.

مثال

نحن هنا نأخذ مثالاً على ADC الذي يتميز بدقة 3 بت والجهد المرجعي 2V. لذلك يمكنه تعيين الجهد التناظري 0-2 فولت مع 8 (2 ³) مستويات مختلفة ، كما هو موضح في الصورة أدناه:

لذلك إذا كان الجهد التناظري 0.25 ، فإن القيمة الرقمية ستكون 1 في النظام العشري و 001 في النظام الثنائي. وبالمثل ، إذا كان الجهد التناظري 0.5 ، فإن القيمة الرقمية ستكون 2 في النظام العشري و 010 في النظام الثنائي.

تحتوي بعض وحدات التحكم الدقيقة على ADC يحمل في ثناياه عوامل مثل Arduino و MSP430 و PIC16F877A ولكن بعض وحدات التحكم الدقيقة لا تحتوي عليها مثل 8051 و Raspberry Pi وما إلى ذلك ، وعلينا استخدام بعض المحولات الخارجية التناظرية إلى الرقمية المرحلية مثل ADC0804 و ADC0808.

أدناه يمكنك العثور على أمثلة مختلفة من ADC مع ميكروكنترولر مختلفة:

• كيفية استخدام ADC في Arduino Uno؟
• دروس Raspberry Pi ADC
• ربط ADC0808 مع متحكم 8051
• 0-25 فولت الفولتميتر الرقمي باستخدام متحكم AVR
• كيفية استخدام ADC في STM32F103C8
• كيفية استخدام ADC في MSP430G2

أنواع ADC والعمل

هناك العديد من أنواع ADC ، وأكثرها استخدامًا هي Flash ADC و Dual Slope ADC والتقريب المتتالي و Dual Slope ADC. لشرح كيف سيكون كل عمل من عمل ADC والفرق بينهما خارج نطاق هذه المقالة لأنها معقدة إلى حد ما. ولكن لإعطاء فكرة تقريبية ، يحتوي ADC على مكثف داخلي يتم شحنه بالجهد التناظري الذي يتم قياسه. ثم نقيس قيمة الجهد عن طريق تفريغ المكثف خلال فترة زمنية.

بعض الأسئلة الشائعة الناشئة عن ADC

كيف أقيس أكثر من 5 فولت باستخدام ADC الخاص بي؟

كما نوقش سابقًا ، لا يمكن لوحدة ADC قياس قيمة الجهد أكثر من جهد التشغيل لوحدة التحكم الدقيقة. هذا هو متحكم 5V يمكن أن يقيس فقط 5V كحد أقصى مع دبوس ADC الخاص به. إذا كنت تريد قياس أي شيء أكثر من ذلك ، فأنت تريد قياس 0-12 فولت ثم يمكنك تعيين 0-12 فولت في 0-5 فولت باستخدام مقسم محتمل أو دائرة مقسم جهد. ستستخدم هذه الدائرة زوجًا من المقاومات لتعيين قيم MCU ، يمكنك معرفة المزيد عن دائرة مقسم الجهد باستخدام الرابط. بالنسبة للمثال أعلاه ، يجب أن نستخدم المقاوم 1K و 720 أوم المقاوم في سلسلة لمصدر الجهد وقياس الجهد بين المقاومات كما تمت مناقشته في الرابط أعلاه.

كيفية تحويل القيم الرقمية من ADC إلى قيم جهد فعلية؟

عند استخدام محول ADC لقياس الجهد التناظري ، ستكون النتيجة التي تم الحصول عليها بواسطة MCU رقمية. على سبيل المثال في متحكم دقيق 10 بت 5 فولت عندما يكون الجهد الفعلي المطلوب قياسه 4 فولت ، ستقرأه MCU على أنها 820 ، يمكننا مرة أخرى استخدام الصيغ التي تمت مناقشتها أعلاه لتحويل 820 إلى 4 فولت حتى نتمكن من استخدامها في العمليات الحسابية. دعونا نتحقق من نفس الشيء.

(دقة ADC / جهد التشغيل) = (القيمة الرقمية لـ ADC / قيمة الجهد الفعلي) قيمة الجهد الفعلي = القيمة الرقمية ADC * (جهد التشغيل / دقة ADC) = 820 * (5/1023) = 4.007 = ~ 4 فولت

آمل أن تكون لديك فكرة عادلة عن ADC وكيفية استخدامها لتطبيقاتك. إذا كانت لديك أي مشكلة في فهم المفاهيم ، فلا تتردد في نشر تعليقاتك أدناه أو كتابتها على منتدياتنا.