相信很多學習嵌入式的同學都會使用ADC模塊，筆者在大學時代也經常使用ADC做溫度采樣，往往得到溫度值就暗自開心，也沒有深究ADC中連續采樣、單次采樣和被動觸發模式是干嘛用的。直到工作多年后才發現ADC的應用不僅僅那么簡單，涉及到的采樣頻率，分辨率，轉換誤差和轉換時間都需要去深入了解，這樣才能得到更精確的模擬信號量。

ADC采樣頻率

ADC采樣模塊，就是用來得到當前傳感器的值。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，傳感器就相當于人的眼睛，耳朵和感覺，人的大腦就相當于CPU；通過ADC采樣模塊得到了外界參數，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之上，應用做得好，還需要多多投入基礎研發。

我們來看一個例子，230V 50Hz的家用市電，CPU是如何采樣的呢？

第一步：將模擬信號經過變壓互感器進行降壓到0-3V以內，再將得到的小信號送給單片機

第二步：軟件經過采樣，得到數字信號；再將數字信號乘以采樣比將得到模擬信號的波形。理論上來說，采樣頻率越高，得到的信號越準確，更接近于實際信號，但是更加耗費單片機的資源；采樣頻率越小，得到的信號精度越差，但是對單片機的性能要求不高。實際應用中，需要根據實際的芯片性能，對采樣信號進行采樣頻率的設定。ADC采樣，大家需要牢記采樣定理：

在進行模擬/數字信號的轉換過程中，當采樣頻率fs.max大于信號中最高頻率fmax的2倍時(fs.max>2fmax)，采樣之后的數字信號完整地保留了原始信號中的信息，一般實際應用中保證采樣頻率為信號最高頻率的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之間的關系，是模擬信號離散化的重要依據；簡單來講就是采樣頻率一定要大于信號最高頻率的2倍，這樣你才能得到真實的信號。

比如下面的這個例子，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能夠模擬出真實的波形；50Hz完全失真，提取不到市電的信號。

ADC轉換參數

ADC的轉換參數有：分辨率，ADC轉換時間和轉換誤差等

分辨率：AD模塊對模擬信號分辨能力，及數值部分的精度；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，價格也越貴；

轉換時間：從軟件發出開始采樣到采樣完成的時間。進行一個采樣時，需要經過如下步驟：

第一步：軟件發出采樣指令，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刻的值；

第二步：通過比較寄存器將每一個需要采樣的通道與基準電壓比較，并將比較的值存入ADC結果寄存器；比較完成后，發出轉換完成信號；

第三步：CPU讀到轉換完成的信號后，開始讀取結果寄存器的值，完成采樣；

這個步驟跟芯片性能密切相關，一定要注意，采樣周期不能大于轉換時間，否則CPU此次采樣還未完成，下一次采樣已經開始，CPU負荷太重會導致各種位置問題。

ADC采樣方式

ADC的采樣方式一般有：單次采樣，連續采樣和觸發采樣；

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

連續采樣：軟件發出采樣指令，CPU啟動采樣，采樣完成，接著又開始采樣個采樣頻率與ADC轉換頻率一致；

觸發采樣：收到觸發信號，CPU啟動采樣，采樣完成；ADC停止工作。觸發信號可以為定時器或過零或者周期處，也可以為外部引腳，被觸發一次采樣一次；采樣頻率與觸發信號頻率一致；

最常見的是觸發采樣，一般在定時器的零點和周期處分別采樣，得到平均值去計算或保護；

在工業控制領域，ADC往往不是單獨存在，筆者經常把ADC和PWM聯系在一起使用，在PWM的零點和周期處采樣，再根據PWM驅動duty上一次的值計算出下一次的duty值，去控制輸出量電壓電流功率等等；下一節我們將通過PWM和ADC的結合深入了解工業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。