Abtastrate Analog-Digital-Wandler

Ich bin ein Neuling im Bereich Mikrocontroller und habe gerade erfahren, dass ADC eine analoge Spannung an einem Pin von beispielsweise einem Arduino in eine Binärzahl umwandelt. Da der ADC auf dem Arduino ein 10-Bit-ADC ist, haben wir 2 10 diskrete analoge Pegel. Bedeutet dies, dass die Anzahl der Abtastungen während der Erfassungszeit 2 10 beträgt und die Intervalle zwischen diesen Abtastungen die Abtastzeit ergeben?

Bearbeiten: Also hier im Bild mit zwei Bits haben wir 4 Ebenen. Wenn ich mir dieses Diagramm ansehe, sehe ich, dass das Signal 4 Mal gleich 2 2 abgetastet wurde .

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Nein, es bedeutet, dass jede Probe in einen ganzzahligen Wert zwischen 0 und 1023 umgewandelt wird ( 0 → 2 10 − 1 )
Nun, würde das die Anzahl der Samples nicht auf 1024 bringen?
Nein, es bedeutet, dass jede Spannungsprobe in eine Binärzahl zwischen 00 0000 0000 und 11 1111 1111 umgewandelt wird
Ein ADC-Messwert ist für den Benutzer eine Probe.
Könnten Sie sich bitte die Bearbeitung ansehen, die ich an meiner Frage vorgenommen habe.
@Chu Also ist die gesamte Grafik hier eine Stichprobe?
Das Signal wird zeitlich abgetastet und in Spannung quantisiert. Für einen 10-Bit-ADC erhalten Sie 1024 Quantisierungsstufen pro Sample.
@alex, also hat das zeitliche Abtasten keinen Bezug zur Quantisierung der Spannung?
Ja. Es ist möglich, ohne Quantisierung (dh Sample and Hold) zu sampeln oder ohne Sampling (dh Komparator) zu quantisieren.
Außerdem würde ich das von Ihnen gepostete Diagramm so beschreiben, dass es eine kontinuierliche Zeit (keine Samples) mit vier Quantisierungsstufen zeigt.
OK danke. Ich bin immer noch etwas verwirrt, was die Anwendungen angeht. Ich dachte, wir machen Sampling, damit der Computer das analoge Signal verarbeiten kann. Wann wird also gesampelt und wann quantisiert?
@alex Ich habe gerade etwas gegoogelt. Anscheinend quantisieren wir das abgetastete Signal, um es aufzurunden, und das Sampling wird vor der Quantisierung durchgeführt. Aber daraus würde ich schließen, dass die Anzahl der Samples gleich der Anzahl der quantisierten Zahlen ist. Würde das die Antwort auf meine obige Frage JA ergeben? (Falls wir nach dem Sampling quantisieren?)
Welche Frage konkret?
Jedes Mal, wenn Sie probieren, erhalten Sie eine Ebene. Dieser Pegel wird dann in eine Anzahl von Quantisierungspegeln quantisiert, und das Ergebnis ist eine Ganzzahl, die den quantisierten Pegel dieses Samples darstellt. Sie erhalten eine Zahl pro Sample, aber diese Zahl hat 1024 mögliche Werte, wenn Sie einen 10-Bit-Quantisierer verwenden.
Die Frage, die ich in diesem Forum gestellt habe, trägt den Titel Abtastrate Analog-Digital-Wandler
Siehe Änderungen. Ich habe ein paar Bilder hinzugefügt, die vielleicht die Dinge klarer machen.

Antworten (2)

Nein, während der Erfassungszeit verbindet der Wandler einen Abtastkondensator in einer sogenannten Sample-and-Hold-Schaltung mit dem Pin und lädt ihn auf. Am Ende der Abtastzeit wird der Kondensator abgeschaltet und die gespeicherte Ladung gemessen. Ich glaube, die Atmega-Mikrocontroller verwenden eine sukzessive Annäherung, die einen ADC-Taktzyklus pro Bit erfordert (also 10 Taktzyklen für 10 Bits). Weitere Informationen zu ihrer Funktionsweise finden Sie unter https://en.wikipedia.org/wiki/Analog-to-digital_converter und https://en.wikipedia.org/wiki/Successive_Approximation_ADC .

Beachten Sie, dass der ADC-Eingang tatsächlich ein geschalteter Kondensatoreingang ist; Dies kann mehrere Designherausforderungen mit sich bringen, da der Kondensator in der Lage sein muss, sich vollständig aufzuladen, ohne dabei die Schaltung zu beeinträchtigen, an die er angeschlossen ist. Einige Lösungen beinhalten das Hinzufügen eines Pufferverstärkers oder eines Tiefpassfilters oder sogar eine sehr sorgfältige Scan-Reihenfolge, sodass vor jeder Messung eine bekannte Spannung abgetastet wird, um historische Effekte zu minimieren.

Bearbeiten: Hier ist ein anständiges Diagramm, das Sampling und Quantisierung darstellt. Die blaue Kurve ist die analoge Eingangswellenform, die schwarzen Punkte sind die Samples und die rote Kurve ist die quantisierte Ausgabe. Das Ergebnis ist eine n-Bit-Zahl pro Sample.

Quantisierung

Dies ist ein Ausschnitt aus dem Atmega-Datenblatt, der das Timing der ADC-Konvertierung zeigt. Die Abtastzeit sind die ersten anderthalb Taktzyklen, in denen der Abtast- und Haltekondensator angeschlossen ist. Der Begriff „Erfassungszeit“ ist gleichbedeutend mit der Abtastzeit für SAR-ADCs. Sobald der Kondensator getrennt ist, wandelt der sukzessive Approximations-ADC diese abgetastete Spannung über die nächsten 10 Taktzyklen in eine Binärzahl um. Am Ende dieser Zeit erscheint die umgewandelte 10-Bit-Zahl in den ADCH/ADCL-Registern. Jedes Sample erzeugt eine Zahl, obwohl diese Zahl 10 Bits und als solche 1024 mögliche Werte hat. Der ADC kann die Eingangsspannung abtasten und alle 14 ADC-Taktzyklen einmal umwandeln.

Atmega-Adc

Abhängig von der internen Funktionsweise des ADC kann es beim Generieren eines Messwerts, der dem Benutzer (oder dem aufrufenden Programm) angezeigt wird, eine Reihe von Abtastungen vornehmen.

Wenn ein Programmierer davon spricht, mehrere ADC-Abtastwerte zu mitteln, bezieht er sich im Allgemeinen auf den vollständigen Messwert, den der ADC bereitstellt, und nicht auf eine Abtastung, die Teil der internen Arbeit des ADC ist.

Abtastrate Analog-Digital-Wandler
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