АЦП / ЦАП
Тема дорожной карты · Embedded / Системный программист
АЦП (аналого-цифровой преобразователь, ADC) и ЦАП (цифро-аналоговый, DAC) — мост между аналоговым физическим миром и цифровым мозгом микроконтроллера. АЦП превращает напряжение с датчика (температура через термистор, давление через пьезоэлемент, аудио с микрофона) в число; ЦАП наоборот — число в напряжение для управления исполнительными механизмами или генерации сигналов. Без них embedded-устройство глухо и немо.
Как это работает
АЦП характеризуется разрядностью (8/10/12/16/24 бита — определяет точность), частотой выборок (sample rate, kHz–MHz — определяет полосу сигнала по теореме Найквиста), референсным напряжением (VREF — определяет диапазон). Типы: SAR (successive approximation, 1 МГц, 12-16 бит, дефолт в МК), sigma-delta (24-bit, медленный, для измерений), flash (быстрый, мало бит). DMA-передача сэмплов в RAM освобождает CPU от прерываний на каждый сэмпл. ЦАП — обычно R-2R лестница или sigma-delta. Связанные концепты: oversampling для увеличения SNR, dithering для борьбы с квантизацией, anti-aliasing filter перед АЦП.
Когда применять
АЦП — для любого датчика с аналоговым выходом: температура (NTC термисторы, RTD), давление, ток (через шунт), напряжение батареи, аудио (microphone preamp), light (фотодиод). ЦАП — для генерации произвольных waveform-ов (function generator, audio output), управления аналоговыми регуляторами, формирования reference voltage. Если задача — управление двигателем или нагревателем, чаще используется ШИМ (PWM) — фильтр после него даёт аналоговый сигнал дешевле и точнее.
Типичные ошибки
Игнорирование настроек ADC clock и sampling time — данные смазываются на высокоомных источниках. Отсутствие фильтра anti-aliasing перед АЦП — паразитные сигналы выше Найквиста зеркалируются в полосу. Использование VDD как VREF без необходимости — шумы по питанию портят измерения, лучше внешний прецизионный референс. Игнорирование calibration offset+gain — реальная точность АЦП ниже паспортной без калибровки.