相信很多學(xué)習(xí)嵌入式的同學(xué)都會(huì)使用ADC模塊，筆者在大學(xué)時(shí)代也經(jīng)常使用ADC做溫度采樣，往往得到溫度值就暗自開心，也沒有深究ADC中連續(xù)采樣、單次采樣和被動(dòng)觸發(fā)模式是干嘛用的。直到工作多年后才發(fā)現(xiàn)ADC的應(yīng)用不僅僅那么簡單，涉及到的采樣頻率，分辨率，轉(zhuǎn)換誤差和轉(zhuǎn)換時(shí)間都需要去深入了解，這樣才能得到更精確的模擬信號(hào)量。

ADC采樣頻率

ADC采樣模塊，就是用來得到當(dāng)前傳感器的值。比如可以通過高鐵中的溫度傳感器得到高鐵中的溫度，通過煙霧傳感器得到煙霧濃度，通過雷達(dá)得到前方是否有障礙物等等。在電力電子的世界，傳感器就相當(dāng)于人的眼睛，耳朵和感覺，人的大腦就相當(dāng)于CPU；通過ADC采樣模塊得到了外界參數(shù)，再送入CPU，由CPU控制列車降速，停止，升溫降溫等等操作。在高精度的傳感器和CPU方面，歐洲，韓國，日本和美國還是要比我國做得好，我們只是在他們的基礎(chǔ)之上，應(yīng)用做得好，還需要多多投入基礎(chǔ)研發(fā)。

我們來看一個(gè)例子，230V 50Hz的家用市電，CPU是如何采樣的呢？

第一步：將模擬信號(hào)經(jīng)過變壓互感器進(jìn)行降壓到0-3V以內(nèi)，再將得到的小信號(hào)送給單片機(jī)

第二步：軟件經(jīng)過采樣，得到數(shù)字信號(hào)；再將數(shù)字信號(hào)乘以采樣比將得到模擬信號(hào)的波形。理論上來說，采樣頻率越高，得到的信號(hào)越準(zhǔn)確，更接近于實(shí)際信號(hào)，但是更加耗費(fèi)單片機(jī)的資源；采樣頻率越小，得到的信號(hào)精度越差，但是對單片機(jī)的性能要求不高。實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)實(shí)際的芯片性能，對采樣信號(hào)進(jìn)行采樣頻率的設(shè)定。ADC采樣，大家需要牢記采樣定理：

在進(jìn)行模擬/數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換過程中，當(dāng)采樣頻率fs.max大于信號(hào)中最高頻率fmax的2倍時(shí)(fs.max>2fmax)，采樣之后的數(shù)字信號(hào)完整地保留了原始信號(hào)中的信息，一般實(shí)際應(yīng)用中保證采樣頻率為信號(hào)最高頻率的2.56～4倍

采樣定理又稱取樣定理或抽樣定理，它說明了采樣頻率和信號(hào)之間的關(guān)系，是模擬信號(hào)離散化的重要依據(jù)；簡單來講就是采樣頻率一定要大于信號(hào)最高頻率的2倍，這樣你才能得到真實(shí)的信號(hào)。

比如下面的這個(gè)例子，市電頻率50Hz，使用20K，1K和50Hz的采樣頻率去模擬市電，只有20K和1K能夠模擬出真實(shí)的波形；50Hz完全失真，提取不到市電的信號(hào)。

ADC轉(zhuǎn)換參數(shù)

ADC的轉(zhuǎn)換參數(shù)有：分辨率，ADC轉(zhuǎn)換時(shí)間和轉(zhuǎn)換誤差等

分辨率：AD模塊對模擬信號(hào)分辨能力，及數(shù)值部分的精度；我們將常說的16位或12位的采樣芯片，說的就是ADC的分辨率；比如輸入0-3V，12位AD采樣分辨率為3V/2^12=0.732mV；16位AD采樣分辨率為3V/2^16=0.0458mV；分辨率越高，采樣的范圍越精確，價(jià)格也越貴；

轉(zhuǎn)換時(shí)間：從軟件發(fā)出開始采樣到采樣完成的時(shí)間。進(jìn)行一個(gè)采樣時(shí)，需要經(jīng)過如下步驟：

第一步：軟件發(fā)出采樣指令，ADC先將需要采樣的通道值保持住；保證采樣得到的都是同一時(shí)刻的值；

第二步：通過比較寄存器將每一個(gè)需要采樣的通道與基準(zhǔn)電壓比較，并將比較的值存入ADC結(jié)果寄存器；比較完成后，發(fā)出轉(zhuǎn)換完成信號(hào)；

第三步：CPU讀到轉(zhuǎn)換完成的信號(hào)后，開始讀取結(jié)果寄存器的值，完成采樣；

這個(gè)步驟跟芯片性能密切相關(guān)，一定要注意，采樣周期不能大于轉(zhuǎn)換時(shí)間，否則CPU此次采樣還未完成，下一次采樣已經(jīng)開始，CPU負(fù)荷太重會(huì)導(dǎo)致各種位置問題。

ADC采樣方式

ADC的采樣方式一般有：單次采樣，連續(xù)采樣和觸發(fā)采樣；

單次采樣：軟件發(fā)出采樣指令，CPU啟動(dòng)采樣，采樣完成；ADC停止工作；采樣頻率由軟件控制

連續(xù)采樣：軟件發(fā)出采樣指令，CPU啟動(dòng)采樣，采樣完成，接著又開始采樣個(gè)采樣頻率與ADC轉(zhuǎn)換頻率一致；

觸發(fā)采樣：收到觸發(fā)信號(hào)，CPU啟動(dòng)采樣，采樣完成；ADC停止工作。觸發(fā)信號(hào)可以為定時(shí)器或過零或者周期處，也可以為外部引腳，被觸發(fā)一次采樣一次；采樣頻率與觸發(fā)信號(hào)頻率一致；

最常見的是觸發(fā)采樣，一般在定時(shí)器的零點(diǎn)和周期處分別采樣，得到平均值去計(jì)算或保護(hù)；

在工業(yè)控制領(lǐng)域，ADC往往不是單獨(dú)存在，筆者經(jīng)常把ADC和PWM聯(lián)系在一起使用，在PWM的零點(diǎn)和周期處采樣，再根據(jù)PWM驅(qū)動(dòng)duty上一次的值計(jì)算出下一次的duty值，去控制輸出量電壓電流功率等等；下一節(jié)我們將通過PWM和ADC的結(jié)合深入了解工業(yè)控制中是如何控制物理量的；如新能源汽車的充電電流，變頻器的輸出電壓等等。