51单片机之AD模数转换（概念）

单片机是一个典型的数字系统，数字系统只能呢个对输入的数字信号进行处理，其输出信号也是数字的。但工业或者生活中的很多量都是模拟量，这些模拟量可以通过传感器变成与之对应的电压、电流等模拟量。为了实现数字系统对这些电模拟量的测量，运算和控制，就需要一个模拟量和数字量之间的相互转化的过程。

A/D和D/A的基本概念

A/D是模拟量到数字量的转换，依靠的是模数转换器(Analog to Digital Converter)，简称ADC。D/A是数字量到模拟量的转换，依靠的是数模转换器(Digital to Analog Converter)，简称DAC。它们的道理是完全一样的，只是转换方向不同，因此我们讲解过程主要以A/D为例来讲解。
什么是模拟量？就是指变量在一定范围内连续变化的量，总之，任何两个数字之间都有无限个中间值，所以称之为连续变化的量，也就是模拟量。ADC就是起到把连续的信号用离散的数字表达出来的作用

A/D的主要指标

我们在选取和使用A/D的时候，依靠什么指标很重要。由于AD的种类很多，分为积分型，逐次逼近型，并行/串行比较型，Σ-Δ型等多种类型。同时指标也比较多，并且有的指标还有轻微差别。

1.ADC的位数

一个n位的ADC表示这个ADC共有2的n次方个刻度。8位ADC，输出的是从0-255的256个数字，也就是2的8次方的一个数据刻度。

2.基准源

基准源也叫基准电压，是ADC的1个重要标准，要想把输入ADC的信号测量准确，那么基准源首先要准，基准源的偏差会导致转换结果的偏差比如一根米尺，总长度本应该是1米，假定这根米尺被火烤了一下，实际变成了1.2米，再用这根米尺测物体长度的话自然就有了较大的偏差。假如我们的基准源应该是5.10V，但是实际上提供的却是4.5V，这样误把4.5V当成了5.10V来处理的话，偏差也会比较大。

3.分辨率

分辨率是数字量变化的一个最小刻度时，模拟信号的变化量，定义为满刻度量程与2n-1的比值。假定5.10V的电压系统，使用8位的ADC进行测量，那么相当于0-255一共256个刻度把5.10V划分成255份，那么分辨率就是5.10/255=0.02V.

INL(积分非线性度)和DNL（差分非线性度）

一般容易混淆两个概念就是分辨率和精度，认为分辨率越高，则精度越高，而实际上，两者并没有必然的联系。分辨率是用来描述刻度划分的，而精度是用来描述准确程度。同样一根米尺，刻度数相同，分辨率就相当，但是精度却可以相差很大,ADC精度关系重大的两个指标是INL(Integral NonLiner)和DNL(Differencial NonLiner)。
INL指的是ADC器件在所有的数值上对应的模拟值，和真实值之间的误差最大的哪一个点的误差值，是ADC最重要的一个精度标准，单位是LSB。LSB是最低有效位的意思，那么实际上对应的就是ADC的分辨率。一个基准为5.10V的8位ADC，它的分辨率就是0.02V，用它去测量一个电压信号，得到的实际结果是100，就是表示它测到的电压值是100*0.02=2V，假定它的INL是1LSB，就是表示这个电压信号真实的准确值是在1.98V——2.02之间的，按理想情况对应的数字因该是99-101，测量误差是一个最低的有效位，即1LBS。
DNL表示的是ADC相邻两个刻度之间最大的差异，单位也是LSB。一把分辨率是1毫米的尺子，相邻的刻度之间并不都刚好是一毫米，而总是会存在或大或小的误差。同理，一个ADC的两个刻度线之间也不总是准确的等于分辨率，也是存在误差，这个就是DNL。一个基准为5.10V的8位ADC，假定DNL是0.5LSB，那么当它的转换结果从100增加到101时，理想情况下实际电压应该增加0.02V，但DNL为0.5LSB的情况下实际电压为0.01——0.03V之间，值得一提的是DNL并非一定小于1LSB，很多时候它会等于或者大于1LSB，这在相当一定程度上刻度紊乱，当实际电压保持不变时，ADC得出的结果可能会在几个数值之间跳动，很大程度上由于这个原因（但并不完全是，因为还有很多干扰）。

5.转换速率

转换速率，是指ADC每秒能进行采样转换的最大次数，单位是sps（或s/s、sa/s，即samples per second），它与ADC完成一次从模拟到数字的转换所需要的时间互为倒数关系。ADC的种类比较多，其中积分型的ADC转换时间是毫秒级的，属于低速ADC；逐次逼近型ADC转换时间是微妙级的，属于中速ADC；并行/串行的ADC的转换时间可达到纳秒级，属于高速ADC